GCM’s for IPCC-4AR computed slightly different insolation at top of the atmosphere

E. Raschke (Univ. Hamburg) S.Kinne, M. Giorgetta (MPI-Met. Hamburg)

Y. Tsushima (JAMSTEC Yokohama)

G. Chiodo (Univ. Wien)

S. Bakan (MPI-Met. Hamburg) See Poster by Chiodo et al.

Eigentlich sollte es sehr einfach sein die Einstrahlung der Sonne zu jedem Zeitpunkt über jedem Gebiet der Erde zu berechnen!

Zur Berechnung der Einstrahlung am Oberrand der Atmosphäre (ca. 80 km Höhe) benötigt man:

Solarkonstante (jetzt 1361 Wm-2, 11-Jahreszyklus)

Spektrum der Einstrahlung (zeitlich variabel)

Astronomische Kennwerte: Exzentrizität der Erdbahn, Neigung der Erdachse, Position des Frühlingspunktes (alle zeitlich variabel)

Genaue Definitionen der Tageslänge, Anzahl der Tage pro Jahr (360?, 365 Tage + Schaltjahr, 365,25?, mittlerer Tag bei 400 Jahreszyklus?)

Erde als Kugel (Ellipsoid) Geometrischer Horizont der Erde schneidet auch die Einstrahlung ab.

Sehr unterschiedlich lange Schritte in Zeit und Raum Unvollständige Neuerungen in den Programmen, BUGS

Es erfolgen jedoch grobe Vereinfachungen für

Berechnungen in der Troposphäre und Stratosphäre:

Halten sich Klima-Modelierer an die Tatsache, dass wir alle im gleichen Sonnensystem leben?

Offenbar NEIN (s.u.)

AMIP II IPCC – 4th AR

Monthly zonal anomalies in IPCC models

IPCC-4AR

Monthly zonal anomalies from ISCCP parameters, vernal equinox = 21th March - green: 360

days-Gregorian calendar; orange: Gregorian but vernal equinox on 20 March. Model name: MIROC (CCSR/NIES/FRCGC GCM), resolution ~ 250 km

Zonale Mittel der monatlichen Einstrahlung am TOA: SRB (dünn)/CERES (dick) minus ISCCP in den Jahren 2001, 2002, 2003

Jahresmittel

Experiment mit ECHAM-5: Jahresgänge von SST und Meereisverteilung

vorgegeben; Simulationszeit = 22 Jahre

Kontrolllauf

(siehe auch Poster von

Gabriel Chioda et al.)

Verlängerter Tag Verkürzter Tag

Jan.

Dec.

Zonale Mittel der Temperatur während der 4 Jahreszeiten –Abweichung vom Kontrolllauf (Mittel über 20 Jahre)

Verlängerte Einstrahlung Verkürzte Einstrahlung

S N

DJF MAM

JJA SON SONJJA

DJF MAM

Temperatur in Bodennähe (in K) – Differenzen zum Kontrolllauf gemittelt über 20 Jahre bei verlängerter (links) und verkürzter (rechts) Einstrahlung

Anomalies of air temperature at 2m, and of sea level pressure

and of

surface albedo and geo-potential height (300 hPa)

for higher insolation

Surface albedo Geo-potential height (300 hPa)

Air temperature at 2m

Sea level pressure

Spezifische Feuchte (20 Jahre gemittelt)

Verlängerter Tag Verkürzter Tag

Kontrolllauf

Conclusions and future:

(a) Modelers and data analysists should use the same (quality-controlled) routine and astronomical input data to compute the insolation at the top of the atmosphere. Some groups already agreed.

(b) The sensitivity studies should be enhanced to obtain better knowledge of the magnitude of uncertainties due to different insolation routines.

(c) Another sensitivity study with a shallow ocean coupled to the atmosphere is underway.

DANKE

Local deviations from monthly zonal averages (IPCC 4AR)

Local deviations from monthly zonal averages (AMIP II)

Wir fanden mit 95% (und mehr) Signifikanz:

Bei verlängerter Tageslichtperiode:

Bei verkürzter Tageslichtperiode

Einstrahlung am Oberrand

Vertikales Profil der Temperatur

Temperatur in Bodennähe

Zonaler Wind

Niederschlag

Albedo:

Zunahme bis zu 6 Wm-2 in März und September an beiden Polen

Antarkt. Stratosphäre +>0.6K im Jahr; SON: +>0.6K in arktischer Troposphäre

+> 0.6K in Arktis, ->0.6K über Grönland im Nordherbst

MAM: Abn. –antarkt. Strato., trop. Tropopause, arkt. Tropos.; SON: Zun. antarkt. T., Abn. in T. mittl. Breiten

„Rauschen“ global

SON: Zunahme Nordküsten

Abnahme bis zu 2 Wm-2 in März und September an beiden Polen

Stratosph.: DJF +> 0.6K, SON ->0.4K; - >0.2K überall in JJA, -DJF

MAM: Zun. Subtr. N+S; Abn. Mittl. Breiten und Subpolar in N+S.; SON: Abnahme südl. subpolar. Breiten