RCC Node-CM Produktbeschreibung Version 1.0 (Januar 2015)

Transkript

1 Meeresoberflächentemperatur Die Meeresoberflächentemperatur ist definiert als die Wassertemperatur in einem Meter Tiefe unter der Meeresoberfläche. Sie liefert ergänzende Informationen zu den Produkten der Lufttemperatur (s. Produktbeschreibung Temperatur). Über den Wasserflächen wird die Lufttemperatur neben der solaren Einstrahlung und dem Transport von Luftmassen auch maßgeblich von der Temperatur der Meeresoberfläche beeinflusst. Da das Wasser aber eine viel größere thermische Trägheit als die darüber liegende Luft hat und die Meeresströmung nicht unbedingt identisch mit der Luftströmung ist, kann sich die Wassertemperatur an der Meeresoberfläche von der Lufttemperatur über dem Meer unterscheiden, auch im Monatsmittel. Für das Klimamonitoring ist es daher von Interesse, beide Temperaturgrößen zu betrachten, um damit z.b. abschätzen zu können, ob sich eine Luftmasse vor allem durch das Meer aufgewärmt bzw. abgekühlt hat, oder durch andere Einflüsse bzw. umgekehrt, denn vor allem in höheren Breiten wird die Meeresoberflächentemperatur auch durch die Atmosphäre verändert und nicht nur durch die Meeresströmungen wie der großräumigen thermohalinen Meereszirkulation. Über die Meeresströmungen werden auch Klimaeinflüsse durch El Niño bzw. La Niña wirksam, die sich auch in Europa auswirken können. Während für die Lufttemperatur viele Messungen auf fahrenden Handelsschiffen vorliegen, ist die Datenlage für die Meeresoberflächentemperatur aus in situ- Messungen (Schiffen oder Bojen) weitaus schwieriger. Schiffe messen nicht immer in gleicher Wassertiefe und Bojen sind nur begrenzt hochseetauglich. Die Meeresoberflächentemperatur kann jedoch flächendeckend durch Satelliten gemessen werden, nämlich indirekt durch Messung der Ausstrahlung des Ozeans im Infrarotbereich, die allerdings nicht so genau sein kann wie eine direkte Messung. Daher werden oft Satellitenmessungen nicht direkt verwendet, sondern in einem numerischen Modell assimiliert, d.h. die Satellitenmessungen werden über die Modellphysik angepasst. Im DWD wird die Meeresoberflächentemperaturverteilung über die gesamte Erde durch ein operationelles Vorhersagemodell berechnet und monatlich gemittelt. Bis Dezember 2014 war dies das Modell GME, ab Januar 2015 erfolgte eine Umstellung auf das neue DWD-Modell ICON, welches das GME als operationelles Modell ablöst. Das ICON-Modell unterscheidet sich vom GME vor allem in der Modellphysik und in der räumlichen Auflösung (s. tabellarische Gegenüberstellung unten). In beide Modelle gehen mehrere Satellitendatenquellen ein, die sich im Lauf der Zeit immer wieder verändern, z.b. durch neue Satelliten und Instrumente oder durch technische Ausfälle. Die Modellanalyse entsteht mittels Datenassimilation: Zunächst wird die räumliche Verteilung der Zustandsvariablen durch eine 3-stündige numerische Vorhersage vom Vortermin, in der die physikalischen Gleichungen des Modells enthalten sind, als erste Schätzung berechnet. Anschließend wird diese Modellschätzung durch das Verfahren der sogenannten optimalen Interpolation 1 / 8

2 an die Beobachtungen des betreffenden Zeitpunkts angepasst. Dieses Verfahren wird in jedem Zeitschritt wiederholt, so dass immer die aktuellen Beobachtungen in die Analyse mit eingehen. Da das operationelle Vorhersagemodell im DWD in Abständen von einigen Jahren mehrmals gewechselt hatte, liegen für diese modellbasierte Meeresoberflächentemperatur keine langen Zeitreihen und keine vieljährigen Mittelwerte vor, so dass für diese Größe keine Anomalien berechnet werden können. Ein Vergleich mit anderen Referenzklimatologien konnte bisher noch nicht umgesetzt werden. 2 / 8

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4 Produkte Die monatlichen Modellfelder der Meeresoberflächentemperatur werden direkt übernommen und nach einer Koordinatentransformation als Karten dargestellt. Unabhängig von den Eingangsdaten (GME oder ICON-Analysen) wird die gleiche Transformation und das gleiche Kartenlayout verwendet. Die großräumige Darstellung der Verteilung der Meeresoberflächentemperatur sollte sich jedoch zwischen den beiden Modellen nicht grundsätzlich unterscheiden. 4 / 8

5 Monatsmittel der Meeresoberflächentemperatur 5 / 8

6 Spezifikationen geografische Region: Europa (Eckpunkte: 26.6 W, 27.4 N; 86.4 W, 69.5 N; 37.3 E, 22.6 N; 93.5 E, 60.4 N, WMO RA VI Region und angrenzende Teilregionen räumliche Auflösung: 0,1 x0,1 zeitliche Auflösung: monatlich Projektion: gedrehtes regelmäßiges Breiten-Längengrad-Gitter, virtueller Nordpol: 180 Länge, 38 Breite. Verfügbarkeit: 01/2012-heute Aktualisierung: 1. Tag des Folgemonats Format: png (nur Karten) Einheit: C Datenquelle Monatsmittel: Bis Dezember 2014: monatlich gemittelte globale Analysen des GME- Modells (DWD) in einem regelmäßigen 0,5 x0,5 -Gitter aus der GME- Datenbank des DWD. Ab Januar 2015: gleiche Analysen, aber vom ICON-Modell des DWD. Methodik Monatliches Mittel Die Monatsmittel der 0,5 x0,5 -Analysen der Meeresoberflächentemperatur des GME- bzw. ICON-Modells werden mit CDO auf ein gedrehtes regelmäßiges Breiten-Längengrad-Gitter in einer Auflösung von 0,1 x0,1 bilinear interpoliert (CDO-Befehl: remapbil). Anschließend werden die rotierten Gitterpunktdaten mithilfe eines R-Programms als Karte für den Europa-Ausschnitt dargestellt. Qualität / Verwendung Diese Produkte werden zum Zweck der Klimaüberwachung generiert, d.h. für die großräumige klimatologische Interpretation von Karten. Die Karten zeigen die mittlere großräumige Verteilung der Meeresoberflächentemperatur im Rahmen 6 / 8

7 der vorgegebenen Auflösung und Datengenauigkeit. Sie können daher nur als ein Hilfsmittel für die großräumige Interpretation herangezogen werden. Einzelne Punkte können eine hohe Unsicherheit haben. Daher sind diese Karten nicht geeignet, um kleinräumige Verteilungen zu analysieren oder an einzelnen Gitterpunkten Zeitreihen- und Trendanalysen vorzunehmen. Hierfür sollte auf direkte Messdaten zurückgegriffen werden. Eine regelmäßige Qualitätskontrolle der Eingangsdaten findet im Rahmen der operationellen Modellanalyse im DWD statt. Referenzen GME-Analysen: DWD-Dokumentation D. Majewski, D. Liermann, P. Prohl, B. Ritter, M. Buchhold, T. Hanisch, G. Paul, W. Wergen, J. Baumgardner, 2002: The operational global icosahedral-hexagonal gridpoint model GME: Description and high-resolution tests. Mon. Wea. Rev., 130, Und: D. Majewski, H. Frank, D. Liermann (2014) GME User s Guide (Stand: July 2014, ab Version 2.32), (-> Spezielle Nutzer -> Forschung, Universitäten -> Analyse und Modellierung -> Veröffentlichungen -> GME) ICON-Dokumentation D. Reinert, F. Prill, H. Frank, G. Zängl (2014): ICON Database Reference Manual, (-> Spezielle Nutzer -> Forschung, Universitäten -> Analyse und Modellierung -> Veröffentlichungen -> ICON) CDO User s Guide: d6c30bff7/cdo.pdf Allgemeine Übersicht zur Definition der Meeresoberflächentemperatur und zu ihrer Messung: 7 / 8

8 Versionsgeschichte Version Datum Beschreibung der Änderungen erste operationelle Version für Europa-Ausschnitt mit Umstellung GME -> ICON Kontakt Deutscher Wetterdienst RCC-CM (WMO RA VI) Frankfurter Str Offenbach Deutschland letzte Aktualisierung: 08. Januar / 8