Evaluation des EMAC Modells mithilfe des neu entwickelten ESMValTools
Eine umfangreiche Studie zur Evaluation des globalen Klima-Chemie-Modells EMAC wurde mit Hilfe des ESMValTools erstellt. Dazu wurden vier EMAC-Simulationen in verschiedenen Konfigurationen durchgeführt und mit dem ESMValTool hinsichtlich ihrer Unterschiede in der Simulation von Ozon und ausgewählten Klimaparametern ausgewertet. Die Unterschiede in den Simulationsergebnissen entstehen zum einen durch verschiedene Konfigurationen des EMAC-Modells (angetrieben ('nudged') oder frei laufend) und zum anderen durch verschiedene Randbedingungen (Emissionen, Meeresoberflächentemperatur und Meereiskonzentration). Quantitative Performanzmetriken wurden in angemessener Weise auf Klimaparameter und Ozontracer angewandt. Dieses Vorgehen ist wichtig für die Interpretation der Evaluationsergebnisse, da Abweichungen im simulierten Klima die Chemie beeinflussen können und umgekehrt. Die zur Evaluation verwendeten Messdaten beinhalten Daten von Ozonsonden, Flugmessungen, meteorologische Reanalysen sowie Satellitenmessungen.
Troposphärische Ozonsäule in der EMAC-ACCMIP-Simulation im Vergleich mit einer Sensitivitätssimulation, die den zusätzlichen HNO3 Entstehungspfad (ACCMIP-S2) beinhaltet, sowie mit MLS/OMI Satellitenmessungen. Die Werte am oberen Rand der Grafiken geben den globalen Durchschnitt in Dobson-Einheiten (DU) an |
Mit Ausnahme einiger spezieller Besonderheiten wurden keine größeren Unterschiede festgestellt, die sich mit den zwei verschiedenen Modellkonfigurationen in Verbindung bringen lassen. Dies lässt Möglichkeiten zu, das Modell mit Hilfe von kürzeren Simulationen im 'nudged' Modus zu prüfen und zu verbessern. Der Hauptunterschied zwischen den zwei Konfigurationen ist eine akkuratere Repräsentation der troposphärischen und stratosphärischen Temperatur, was auch die Reproduktion der stratosphärischen Wasserdampfkonzentration verbessert, da die Simulation die Temperatur der tropischen Tropopausengrenzschicht genauer widerspiegelt. Ozon sowie Ozonvorläufersubstanzen sind in den verschiedenen Modellläufen sehr ähnlich, wenn dieselben Randbedingungen verwendet werden, wobei abweichende Randbedingungen zu relevanten Unterschieden in den vier Modellsimulationen führen. In allen Simulationen treten Abweichungen bezüglich der Unterschätzung des Ozonlochs und einer Überschätzung der troposphärischen Ozonsäule auf. Letztere ist signifikant kleiner, wenn geringere Stickstoffoxidemissionen durch Blitze verwendet werden.
Zur Aufklärung der Ursachen von zu hohen troposphärischen Ozonmischungsverhältnissen wurde eine zusätzliche Sensitivitätssimulation durchgeführt, mit einer zusätzlich eingefügten Reaktion HO2 + NO = HNO3. Die Einführung des HNO3-formierenden Kanals der Reaktion reduziert die Abweichung signifikant. Dies bringt die Vermutung nahe, dass die Einführung der neuen Reaktionsrate eine realitätsnähere Simulation von troposphärischem Ozon zulässt, wobei dies noch mit Laborexperimenten und anderen Modellstudien bestätigt werden muss. Zusätzlich könnten weitere Modifikationen der Reaktionsrate, welche einen starken Einfluss auf Wasserdampf hat, notwendig sein.
Referenz: Righi, M., V. Eyring, K.-D Gottschaldt, C. Klinger, F. Frank, P. Jöckel, and I. Cionni, Quantitative evaluation of ozone and selected climate parameters in a set of EMAC simulations, Geosci. Model Dev., 8, 733-768, doi:10.5194/gmd-8-733-2015, 2015.
Kontakt: Dr. Mattia Righi