G. Leckebusch, A. Fink, P. Speth (Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln, Kerpener Str. 13, D-50923 Köln, Deutschland)
Der polwärtige atmosphärische Feuchtefluß als qualitativer Indikator für die zeitabhängige Variation der Schneeakkumulation in südlichen polaren Breiten wurde untersucht. Bezogen auf einen lO-jähri-gen Zeitraum wurden Regionen starker atmosphärischer Feuchtesenken (=hohe Akkumulationsra-ten am Boden) über die Divergenz des Feuchteflusses identifiziert. Darüber hinaus war die interannuale Variabilität der Einströmrichtung der Feuchte Gegenstand der Untersuchungen, welche für Simulationen des Paläoklimas und des rezenten Klimas des ECHAM3-Modells Durchführung fanden. Bei der Betrachtung der Paläoklimate wurde sich auf die Simulation für das Holozän (6 kyr vor heute) und das letzte Glaziale Maximum (kurz LGM, 21 kyr vor heute) konzentriert. Für das heutige Klima wurde die ECHAM3-Kontrollsimulation verwendet. Eine Validierung der Resultate fand mit Hilfe der ECMWF-Analysen statt.
Zehnjährige Südwintermittel des vertikal integrierten Feuchtetransportes aus ECMWF-Analysen zeigen drei Regionen bevorzugten Einströmens von Feuchte in die Antarktis: Königin-Maud-Land (im Bereich des Atlantischen Sektors)' und hier insbesondere die südliche Weddellmeer-Küste, Marie-Byrd-Land (im Pazifischen Sektor) und eine schwächere im Bereich des östlichen Wilkesland (im Australischen Sektor). Es läßt sich eine enge Beziehung zur klimatologischen Lage der Tief-druckgebiete in der atmosphärischen polaren Frontalzone identifizieren. Die Kontrollsimulation für das rezente Klima des ECHAM3 reproduziert die für die Analysen gefundenen Ergebnisse (vgl.
Abbildung 1), zeigt aber eine etwas abgeschWächte interannuale Variabilität sowohl in Stärke als auch in Richtung des Feuchtetransports. Zusätzlich zu den drei in den Analysen identifizierten Berei-chen bevorzugten Einströmens von Feuchte in die Antarktis tritt im Kontrollexperiment der Bereich des Enderby-Lands in Erscheinung (vgl. Abbildung 1). Im LGM weisen die Feuchteflüsse eine wesentlich meridionalere Richtung (vgl. Abbildung 2) bei allerdings reduzierten totalen Feuchte-transporten gegenüber dem heutigen Klima auf. Die gleichen Akkumulationsstrukturen wie für das rezente Klima werden mit geringeren Werten identifiziert. Die Ergebnisse für die Holozän-Simula-tion weisen im Verglich zu dem heutigen Klima nur wenig Veränderungen auf. Im wesentlichen dokumentieren sich Änderungen nur in einer Erhöhung der interannualen Variabilität der Richtung der Feuchteflüsse in die Antarktis.
Aussagen über die Herkunft der in der Antarktis akkumulierten Feuchte werden für die einzelnen Datensätze über die Berechnung von Rückwärtstrajektorien gewonnen. Dazu werden jeweils die Episoden besonders starker bzw. geringer Feuchteakkumulation in den jeweiligen Zielgebieten her-angezogen.
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;' Abb.1:
Kontroll-Experiment
Modelljahre 21-30 Stromlinien des vertikal integrierten Feuchteflus-ses (SFC-300 hPa) Mittel über 10 Jahre, JJA Schattiert unterlegt:
Meridionaler Transport in Prozent des totalen Transportes: 20%, 30%, 40%
Abb.2:
LGM-Experiment
Modelljahre 6-15
Stromlinien des vertikal integrierten Feuchteflus-ses (SFC-300 hPa) Mittel über 10 Jahre, JJA Schattiert unterlegt:
Meridionaler Transport in Prozent des totalen Transportes: 20%, 30%, 40%
Vergleich von beobachteten und modellierten Niederschlags- und Schneehöhen in der Arktis
J. Rapp, T. Fuchs und B. Rudolf Deutscher Wetterdienst
Referat FE 22/WZN
Postfach 10 04 65,63004 Offenbach/Main
Mit dem Ziel einer umfassenden und möglichst genauen Analyse des Gesamtniederschlages und der Schneehöhe baut das Weltzentrum für Niederschlagsklimatologie (WZN), eingerichtet im Deutschen Wetterdienst, zur Zeit ein Niederschlagsdatenarchiv für das hydrologische Einzugsgebiet der Arktis auf (WMO/wCRP, 1997). Dieses "Arctic Precipitation Data Archive" (APDA) ist Teil der "Arctic Climate System Study" (ACSYS) des Weltklimaforschungsprogrammes (WCRP) und erhält finanzielle Unterstützung aus dem Polarforschungsprogramm der Bundesregierung. Neben der Sammlung und Auswertung von Meßdaten aus früheren internationalen Forschungsprogrammen wird es aktuelle Beobachtungsdaten, Abschätzungen der Niederschlagshöhe aus Satellitenmessungen und Ergebnisse globaler Wettervorhersagemodelle sowie Reanalysen beinhalten. Zunächst wird eine verbesserte Niederschlagsklimatologie angestrebt. Unter Ein-beziehung der Daten des globalen Abflußdatenzentrums (GRDC) soll außerdem die arktische Wasserbilanz untersucht werden. Weitere Informationen zu APDA unter http://www.dwd.de/research/gpcc/acsys.
Der Aufbau dieses Datenarchivs wird von zwei Hauptproblemen bestimmt: Zum einen von der unzureichen-den Stationsdichte konventioneller Messungen des Niederschlages und der Schneehöhe vornehmlich über dem Arktischen Meer und dem Inneren GrÖnlands. Zum anderen tritt die Problematik einer hohen Meßun-genauigkeit auf, da ein mit der Windgeschwindigkeit zunehmender Anteil des zumeist als Schnee fallenden Niederschlages vom Meßgerät nicht aufgefangen wird. Für eine Windgeschwindigkeit, wie sie im Mittel über dem Arktischen Meer anzutreffen ist (ca. 4.4 m/s; Radionov et al., 1996) variieren die Auffangraten der ein-zelnen nationalen Niederschlagsmesser bei trockenem Schnee zwischen 30 bis 85 % (nach Goodison &
Louie in WMO/WCRP, 1997). Vom Boden in die Meßöffnung hineingewehter Schnee verkompliziert die Situa-tion zusätzlich. Es ist deshalb unumgänglich, zu den spärlichen Beobachtungsdaten die Ergebnisse von Wet-tervorhersagemodellen mit heranzuziehen, da sie den Vorteil haben, Niederschlagsvorhersagen und Schnee-dichteanalysen für ein regelmäßiges Gitterpunktsystem zu liefern, also ohne größere räumliche Datenlücken.
Vergleiche zwischen der beobachteten und der vom Globalmodell (GM) des Deutschen Wetterdienstes pro-gnostizierten monatlich aufsummierten Niederschlagshöhe lassen erkennen, daß der modellierte den gemessenen Niederschlag in den meisten Fällen deutlich übersteigt (Abb.1). Am Beispiel einer Station im östlichen Sibirien ist der Verlauf der gemessenen und für den nächstgelegenen Gitterpunkt des GM berechneten monatlichen Niederschlagshöhe für die Jahre 1996 und 1997 dargestellt. Deutlich ist der von den Klimanormalwerten (CLlNO) her zu erwartende Jahresgang mit Maxima im Juli bzw. August und Minima im Winter und Frühjahr zu erkennen. Allerdings sind die Unterschiede zwischen beobachteten und model-lierten Niederschlagshöhen regional sehr variabel, auch wenn der zeitliche Schwankungsverlauf beider Datenarten überraschend gut übereinstimmt. Berücksichtigt man in den Stationsdaten die Korrektur des systematischen Meßfehlers nach Legates (1987), verringert sich in der Regel die Diskrepanz zwischen Beo-bachtung und Modell. Die Anwendung länderspezifischer und zudem windabhängiger Algorithmen der Auf-fangrate der Niederschlagssammler (nach Goodison & Louie in WMO/wCRP, 1997) verspricht eine weitere Annäherung der Zahlenwerte. Allerdings sind auch die Modellergebnisse stark fehlerbehaftet.
Der vom GM analysierte Wassergehalt der Schneedecke stimmt teilweise gut mit den beobachteten Werten überein (Abb. 2, Station Gillam Airport), was nicht verwundert, da zur Assimilation des Vorhersagemodells die SYNOP-Meldungen der Schneehöhe benutzt werden. Andererseits ergeben sich auch bemerkenswerte Differenzen: Bei einigen untersuchten Stationen ist in der Realität die Schneedecke früher abgetaut als im Modell (Beispiel: Station Zyryank), wobei diese Phasenverschiebung bis zu zwei Wochen betragen kann.
Außerdem ist die Äquivalenz zwischen Schneehöhe (in cm) und Wassergehalt der Schneedecke (in mm) nicht durchgehend anzutreffen. So nimmt zeitweise der Wassergehalt zwar zu, gleichzeitig verändert sich die Schneehöhe aber kaum, was auf eine Verdichtung des Schnees schließen lässt.
Eingehendere Untersuchungen zu diesem Problemkreis erscheinen jedoch erst bei einer Ausweitung der Datengrundlage sinnvoll, was durch die Heranziehung von EZMWF-Reanalyse-Daten für die Zeit seit 1979 realisiert werden soll. Unabhängig von weiteren Untersuchungsergebnissen ist schon gegenwärtig klar, daß die Verknüpfung beobachteter und berechneter Niederschlags- und Schneehöhen zu einem einheitlichen Datensatz zwar prinzipiell möglich ist, aber praktisch nur schwer zu realisieren sein wird.
Literatur:
Legates, D.R., 1987: A Climatology of Global Precipitation. Publ. in Climatol., Vol. XL, No 1, Univ. Delaware.
Radionov, V.F., Bryazgin, N.N., Alexandrov, E.I., 1997: The Snow Cover of the Arctic Basin. Technical Report APL-UW TR 9701, Applied Physics Laboratory, Seattle, Washington.
WMOIWCRP, 1997: Proceedings of the Workshop on the Implementation of the ACSYS-Arctic Precipitation Data Archive (APDA) at the Global Precipitation Climatology Centre (GPCC). WCRP-98 (WMOfTD No. 804),127 pp.
120
100
l!!!I!!l!!!!!!! SYN-o-P~baten
l!I!!l!I!!!!!!! Korrekturbetrag nach Legates GM 12std Prognose
Monate seit Januar 1996
16 18 20 22
Abb.1: Vergleich zwischen beobachteter und vom Globalmodell des DWD prognostizierter Niederschlags-höhe für die Station Zyryank (im Osten Sibiriens), Januar 1996 - Oktober 1997.
SYNOP/Schneehöhe [ern] in Gillam Airport (Kanada, 56.21 oN, 94.42°W) GMlWassergehalt (mm]am Gitterpunkt 56.64°N, 94.50 oW
SYNOP/Schneehöhe (ern] in Zyryank (FSU, 65.73°N, 150.900E) GMlWassergehalt[mm] am Gitterpunkt 65.61 oN, 150.75°E
HW , . . - - - , - 180
Tage seit 01.01.1996 (bis 31.12.1997)
Abb.2: Vergleich zwischen beobachteter und für das Globalmodell des DWD assimilierter Schneedecken-höhe für zwei Stationen in Sibirien und Kanada, Januar 1996 - Dezember 1997.
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