Simulation nordatlantischer Polar Lows im Klimamodus mit einem Limited Area Modell

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Bernd Ziegler
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1 Simulation nordatlantischer Polar Lows im Klimamodus mit einem Limited Area Modell Matthias Zahn1,2, Hans v. Storch1,2, Stephan Bakan3 (1) Institut für Küstenforschung, GKSS Forschungszentrum, Geesthacht (2) Meteorologisches Institut der Universität Hamburg (3) Max Planck Institut für Meteorologie, Hamburg,

Storch1,2, Stephan Bakan3 (1) Institut für Küstenforschung, GKSS

2 Polar Lows/ Hintergrund Polar Lows in LAMs Daten Ergebnisse Schlussfolgerungen Anwendungsbeispiel 2

3 Polar Lows Polar Lows starke maritime mesoskalige Stürme einige hundert Kilometer Durchmesser treten polwärts der Polar Fronten hauptsächlich im Winter auf hohe Windgeschwindigkeiten (>13,9m/s), schlechtes Wetter, Starkniederschlag können sich sehr plötzlich entwickeln (erreichen maximale Intensität innerhalb von 24 Stundenhours) arktische Hurrikane Von: pesofdistrubances.htm Rasmussen and Turner, 2003: Polar Lows: Mesoscale Weather Systems in the Polar Regions Nordeng, T., and E. Rasmussen, A most beautiful polar low. A case study of a polar low development in the bear island region., Tellus, 44A, 81 99,

arktische Hurrikane Von:http://www.eumetcal.org.uk/polarlow/cometplows/polarlows/1.2_ty pesofdistrubances.

4 Hintergrund Trends and variability in extratropical mesoscale cyclones (VI EXTROP): Fernziel: klimatologische Beschreibung von Polar Low Ereignissen im Nordatlantik 4

5 Hintergrund Umfangreiche Messwerte werden für klimatologische Fragestellungen benötigt (Zeit, Raum, Homogenität ) Nutzung numerischer Modelle zusammen mit Messungen, um den Zustand der Atmosphäre in der Vergangenheit zu rekonstruieren Erster Teil: können Polar Lows mit LAM's reproduziert werden? Zweiter Teil: reicht die Qualität der Darstellung zur automatischen Detektion von Polar Lows? (Dritter Teil: die eigentliche Klimatologie) 5

Vergangenheit zu rekonstruieren Erster Teil: können Polar Lows mit LAM's reproduziert werden?

6 PLows in CLM-Daten Ensemble Simulationen (2x4) mit CLM ( ~50km ) im Klimamodus für drei Polar Low Fälle Oct (and Dec.1993, Jan. 1998) Angetrieben von den NCEP/NCAR reanalysen Initialisierung (ca. zwei Wochen vor der polar low Entwicklung) mit spectral Nudging (4x) und ohne (4x) Wellen über 700 km Länge Hans von Storch, Heike Langenberg, and Frauke Feser, A Spectral Nudging Technique for Dynamical Downscaling Purposes, Monthly Weather Review 128(10)

zwei Wochen vor der polar low Entwicklung) mit spectral Nudging (4x) und ohne (4x) Wellen über 700 km Länge Hans von

7 15.10., 6:00 NCEP DWD 10m wind speed 13.9m/s and air pressure (at mean sea level) on 15. October 1993: NCEP/NCAR analysis after interpolation onto the CLM grid, 6:00 UTC, DWD analysis data, 6:00 UTC, CLM ensemble run without (nn) and with(sn) spectral nudging, 9:00 UTC Claud, C., G. Heinemann, E. Raustein and L. McMurdie, 2004: Polar low le Cygne: Satellite observations and numerical simulations. Quarterly Journal Of The Royal Meteorological Society, 130, Nielsen,1997: An early Autumn polar low formation over the Norwegian Sea, J.Geophys. Res., 102, PLows in CLMErgebnisse 7

with(sn) spectral nudging, 9:00 UTC Claud, C., G. Heinemann, E. Raustein and L.

8 PLows in CLMErgebnisse , 6:00 NCEP CLM01-nn CLM02-nn DWD CLM03-nn CLM04-nn 10m wind speed 13.9m/s and air pressure (at mean sea level) on 15. October 1993: NCEP/NCAR analysis after interpolation onto the CLM grid, 6:00 UTC, DWD analysis data, 6:00 UTC, CLM ensemble run without (nn) and with(sn) spectral nudging, 9:00 UTC 8

9 PLows in CLMErgebnisse , 6:00 NCEP DWD CLM01-nn CLM02-nn CLM03-nn CLM04-nn CLM01-sn CLM02-sn CLM03-sn CLM04-sn 10m wind speed 13.9m/s and air pressure (at mean sea level) on 15. October 1993: NCEP/NCAR analysis after interpolation onto the CLM grid, 6:00 UTC, DWD analysis data, 6:00 UTC, CLM ensemble run without (nn) and with(sn) spectral nudging, 9:00 UTC 9

wind speed 13.9m/s and air pressure (at mean sea level) on 15.

PLows in CLMErgebnisse 15.10., 6:00 (Response function: Wellenlaengen zwischen ca.

(isolines; hpa) and 10m wind speed anomalies, NCEP/NCAR analysis after interpolation onto the CLM grid, 6:00 UTC, DWD analysis data, 6:00

10 PLows in CLMErgebnisse , 6:00 (Response function: Wellenlaengen zwischen ca. 200 und 600 km bleiben erhalten) NCEP DWD CLM01-nn CLM02-nn CLM03-nn CLM04-nn CLM01-sn CLM02-sn CLM03-sn CLM04-sn Band-pass ﬁltered mslp (isolines; hpa) and 10m wind speed anomalies, NCEP/NCAR analysis after interpolation onto the CLM grid, 6:00 UTC, DWD analysis data, 6:00 UTC, CLM ensemble run without and with spectral nudging, 9:00 UTC. Black dots indicate the positions of the polar lows pressure minimum in the respective untreated ﬁeld of the ensemble run. 10

11 PLows in CLMErgebnisse Fall Dez Dundee Satellite Receiving Station CLM22-sn, gefiltert , 0:00 Wetterkarte, DWD, , 0:00 CLM22-sn, normal , 0:00 Rasmussen and Turner, 2003: Polar Lows: Mesoscale Weather Systems in the Polar Regions 11

12 PLows in CLMErgebnisse Fall Jan Dundee Satellite Receiving Station CLM01-sn, gefiltert, 0:00 Weather chart, , 1:00 CLM01-sn, normal, 0:00 Woetmann Nielsen, N., Om forudsigelighed af polare lavtryk, Vejret, 20, 37 48, in Danish,

13 PLows in CLM-Fazit Zwischenergebnis/ Schlussfolgerung: Prinzipiell können Polar Lows mit CLM im Klimamodus reproduziert werden Allerdings können Abweichungen im Detail auftreten (Ort,Druckminimum) Ein digitaler bandpass Filter könnte für eine automatische Detektierung geeignet sein Zahn, M., H. von Storch, and S. Bakan, 2007: Climate mode simulation of North Atlantic Polar Lows in a limited area model, submitted to TellusA, 18 June 2007, in Revision 13

Filter könnte für eine automatische Detektierung geeignet sein Zahn, M., H. von Storch, and S.

14 PLows in CLM-Fazit Zwischenergebnis/ Schlussfolgerung: Prinzipiell können Polar Lows mit CLM im Klimamodus reproduziert werden Allerdings können Abweichungen im Detail auftreten (Ort,Druckminimum) Ein digitaler Filter könnte für eine automatische Detektierung geeignet sein Anwendung in einer längerfristigen Simulation (Okt Sept. 1995, 2005) Zahn, M., H. von Storch, and S. Bakan, 2007: Climate mode simulation of North Atlantic Polar Lows in a limited area model, submitted to TellusA, 18 June 2007, in Revision 14

Detektierung geeignet sein Anwendung in einer längerfristigen Simulation (Okt. 1993- Sept. 1995, 2005) Zahn, M., H.

15 Anwendungs beispiel Anwendung der Ergebnisse (vorläufig): Detektionsalgorithmus, Kriterien: gefiltertes Minimum mit sehr starkem Gradienten, oder: 1. Minimum im gefilterten MSLP-feld 2. Windgeschwindigkeit über 13.9 m/s 3. kein synoptisches Tief 4. ein Minimum (oder Trog) im normalen MSLP-feld 5. atmosphärische Instabilität: SST 700hPa 0 mslp 700 hpa und: wird in zwei aufeinander folgenden Zeitschritten (3 Stunden) detektiert 15

Windgeschwindigkeit über 13.9 m/s 3. kein synoptisches Tief 4.

16 Anwendungs beispiel Detektierte potentielle Polar Lows Zeitraum der Simulation: Oktober 1993 bis September 1995, 2005 Bilder kreieren und einfuegen!!! Sommer (AMJJAS) Winter (ONDJFM) 16

17 Anwendungs beispiel Häufigkeitsverteilung nach Monaten: von: Lystad, M., 1986: Polar lows in the Norwegian, Greenland and Barents Sea - Final Report. Norwegian Meteorological Institute, Oslo, Norway, 196 pp. Noer, G. and M. Ovhed, 2003: Forecasting of polar lows in the Norwegian and the Barents Sea. Proc. of the 9th meeting of the EGS Polar Lows Working Group, Cambridge, UK, Wilhelmsen, K., 1985: Climatological Study Of Gale-Producing Polar Lows Near Norway. Tellus, 37A,

Norwegian Meteorological Institute, Oslo, Norway, 196 pp. Noer, G. and M.

18 Anwendungs beispiel Vergleich einzelner detektierter Polar Low Ereignisse mit gezählten Blechschmidt, A.-M.; pers. comm. 18

19 Anwendung sbeispielfazit Schlussfolgerung: Prinzipiell können Polar Lows mit CLM im Klimamodus reproduziert werden Allerdings können Abweichungen im Detail auftreten (Ort,Druckminimum) Ein digitaler Filter könnte für eine automatische Detektierung geeignet sein Anwendung der Ergebnisse in einer längerfristigen Simulation Zeitliche Häufigkeitsverteilungen ähneln den erwarteten bei der Reproduktion von Einzelfällen bestehen noch Diskrepanzen zwischen Detektion und Zählung 19

Detektierung geeignet sein Anwendung der Ergebnisse in einer längerfristigen Simulation Zeitliche

20 Vielen Dank Homepage: 20

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