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Zusammenfassung:
In a chaotic system such as the Earth’s atmosphere, the differences
between the members in an ensemble of global climate model simulations
launched from different initial conditions initially grow in time until
they reach the level of natural variability, indicating that member simulations
become
uncorrelated. In nested Regional Climate Models (RCMs), however,
the growth of inter-member differences is quenched due to the control exerted
by the lateral boundary conditions (LBCs), but it nevertheless exhibits
episodes of large fluctuations. Earlier work has speculated that this puzzling
behaviour may simply reflect remaining chaos allowed by the incomplete
control exerted
by LBC.
In this work, two large ensembles of twenty simulations were performed over
an Arctic domain with two different RCMs: the Canadian RCM (CRCM5) and
the High-Resolution Limited-Area Model (HIRHAM5). The inter-member
variability (IV) of each ensemble was methodically analysed in the framework
of the potential temperature IV budget. The study reveals that, despite
being simulated by models with entirely different formulation, the two ensembles
exhibit nearly identical IV patterns and time evolution, and in both cases
baroclinic processes trigger fluctuations of IV. These results confirm earlier
speculations that IV in RCMs is not an artefact of specific model nesting
technique,
but rather a natural phenomenon arising from the chaotic nature
of the
atmosphere.
Zusammenfassung:
Wird mit einem globalen Klimamodell ein Ensemble
mit unterschiedlichen Anfangsbedingungen generiert, dann führt dies aufgrund
des chaotischen Verhaltens der Atmosphäre dazu, dass die Differenzen
zwischen den Ensemblemitgliedern mit der Zeit anwachsen, bis ein
Zustand entsprechend der natürlichen Variabilität erreicht ist. Dies führt zu
Simulationen,
die sich zueinander unkorreliert verhalten. In genesteten regionalen
Klimamodellen
(RCM) ist das Anwachsen der Variabilität zwischen
den Ensemblemitgliedern
aufgrund der äußeren Randbedingungen (LBC)
gedämpft. Dennoch können Episoden mit starken Schwankungen der Variabilität
zwischen
den Ensemblemitgliedern auftreten. In früheren Studien wird
die Vermutung
geäußert, dass dieses rätselhafte Verhalten durch mangelhafte
LBC und das damit zusammenhängende verbleibende Chaos initiiert wird.
In dieser Arbeit werden zwei große Ensemble mit je 20 Ensemblemitgliedern
über der Arktis mit zwei verschiedenen RCMs erzeugt: dem kanadischen
RCM (CRCM5) und dem „High-Resolution Limited-Area Model“
(HIRHAM5). Für diese Ensemble wird die Variabilität zwischen den Ensemblemitgliedern
(inter-member Variability; IV) mit Hilfe einer IV Budgetstudie
für die potentielle Temperatur analysiert. Die Studie ergab, dass trotz der
sehr unterschiedlichen Modellformulierungen die räumlichen Muster und die
zeitliche Entwicklung der IV in beiden RCM Ensembles sehr ähnlich sind.
Außerdem werden in beiden Fällen die Schwankungen der IV durch barokline
Prozesse ausgelöst. Diese Ergebnisse bestätigen die früheren Vermutungen,
dass die IV in RCMs nicht durch die Nestingmethode bedingt, sondern
eher
ein natürliches Phänomen ist, dessen Ursache in der chaotischen Natur der
Atmosphäre liegt.
