Dynamisches Windwellenklima-Ensemble
Beitrag von Dr. Arno Behrens, Abteilung Hydrodynamik und Datenassimilation
Vorgestellt wird ein dynamisches Windwellenklima-Ensemble, das einzeln angetriebene Einzelmodelle und Einzelszenarien umfasst, wobei dessen Leistungsfähigkeit in der Periode von 1979 bis 2005 im Hinblick auf die repräsentative Beschreibung des derzeitigen Wellenklimas bewertet wird. Ein durch ein einzelnes globales Klimamodell GCM (Global Climate Model) angetriebenes Wellenklima-Ensemble wurde mit dem Ziel erzeugt, die dem GCM innewohnende Variabilität zu reduzieren, indem ein Multi-Antriebs-Ansatz für das gleiche Wellenmodell angewandt wurde.
Sieben CMIP5 EC-Earth Ensemble-Läufe wurden für sieben WAM-Wellenmodell-Realisierungen genutzt, während Simulationen der Zukunft hier nicht analysiert und durchgeführt wurden, und zwar unter Nutzung eines Setups repräsentativ für hohe Emissionen, die sogenannten „Repräsentativen Konzentrationspfade“ (RCP8.5 : Representative Concentration Pathways 8.5).
Die Modellergebnisse der historischen Periode des Wellenklima-Ensembles wurden intensiv mit in-situ Messungen der Wellenhöhe an 72 Bojenstationen, den Ergebnissen der ERA-Interim Reanalyse und denen des Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) Hindcast verglichen. Die Übereinstimmung zwischen den Ergebnissen des Wellenklima-Ensembles und den in-situ Messungen und der Reanalyse der mittleren und extremen Wellenhöhen, mittleren Wellenperioden und mittleren Wellenrichtungen war gut, in Übereinstimmung mit früheren Studien oder in einigen Gebieten des globalen Ozeans sogar besser, insbesondere in den außertropischen Breiten.
Die im Rahmen dieser Untersuchung erzielten Ergebnisse untermauern in einem hohem Grad das Vertrauen in die Fähigkeit des Ensembles, realistische Signale des Klimawandels zu simulieren. Die Arbeiten wurden unter der Schirmherrschaft des JCOMM (Joint Technical Commision for Oceanography and Marine Meteorology) COWCLIP (Coordinated Ocean Wave Climate Project) durchgeführt. HZG war beteiligt mit dem Ensemble Design, dem Setup für das Wellenmodell WAM, sowie der Ausführung von Simulationsläufen.
Semedo, A., Dobrynin, M., Lemos, G., Behrens, A., Staneva, J., Vries, de H., Sterl, A., Bidlot, J.-R., Miranda, P.M.A., & Murawski, J. (2018): CMIP5-Derived Single-Forcing, Single-Model, and Single-Scenario Wind-Wave Climate Ensemble: Configuration and Performance Evaluation. J. Mar. Sci. Eng. 2018, 6(3), 90, doi:10.3390/jmse6030090
Abstract:
A Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5)-derived single-forcing, single-model, and single-scenario dynamic wind-wave climate ensemble is presented, and its historic period (1979–2005) performance in representing the present wave climate is evaluated. A single global climate model (GCM)-forcing wave climate ensemble was produced with the goal of reducing the inter GCM variability inherent in using a multi-forcing approach for the same wave model. Seven CMIP5 EC-Earth ensemble runs were used to force seven WAM wave model realizations, while future wave climate simulations, not analyzed here, were produced using a high-emission representative concentration pathway 8.5 (RCP8.5) set-up. The wave climate ensemble’s historic period was extensively compared against a set of 72 in situ wave-height observations, as well as to ERA-Interim reanalysis and Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) hindcast. The agreement between the wave climate ensemble and the in situ measurements and reanalysis of mean and extreme wave heights, mean wave periods, and mean wave directions was good, in line with previous studies or even better in some areas of the global ocean, namely in the extratropical latitudes. These results give a good degree of confidence in the ability of the ensemble to simulate a realistic climate change signal.
