Μελέτη ευαισθησίας της ανάδρασης μεταξύ νεφών και ακτινοβολίας με προσομοιώσεις περιοχικού κλιματικού μοντέλου.
Creators: name: Βαβρίτσα, Μαργαρίτα-Στεφανία Ιωάννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Περιοχικές κλιματικές προσομοιώσεις
Ανάδραση νεφών-ακτινοβολίας
Νέφη υποκλίμακας
Regional climate simulations
Cloud-radiation feedback
Subgrid-scale convective clouds

description: Στην παρούσα Μεταπτυχιακή Διατριβή Ειδίκευσης πραγματοποιούνται προσομοιώσεις ευαισθησίας για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης των νεφών κλίμακας μικρότερης από τη χωρική ανάλυση του μοντέλου (νέφη υποκλίμακας - subgid scale convective clouds) με την ακτινοβολία (cloud-radiation feedback). Η επίπτωση της αλληλεπίδρασης νεφών-ακτινοβολίας εστιάζει σε διάφορες παραμέτρους του ενεργειακού και υδατικού ισοζυγίου. Η ανάλυση βασίζεται σε δύο περιοχικές κλιματικές προσομοιώσεις του κλιματικού μοντέλου Weather Research and Forecasting (WRF-ARW v3.6.1) που καλύπτουν την χρονική περίοδο 1990-1994 και αφορούν στην περιοχή της Ευρώπης. Η χωρική ανάλυση του μοντέλου είναι 50 km (0.44o). Στην προσομοίωση αναφοράς, το κλιματικό μοντέλο WRF δεν επιτρέπει την αλληλεπίδραση των νεφών υποκλίμακας με την ακτινοβολία, ενώ στην προσομοίωση ευαισθησίας λαμβάνεται υπόψη. Τα αποτελέσματα των δύο προσομοιώσεων συγκρίνονται για παραμέτρους όπως: το συνολικό ποσοστό νεφοκάλυψης, την ακτινοβολία μικρού και μεγάλου μήκους κύματος, τη συνολική βροχόπτωση, τη βροχόπτωση κατακόρυφης μεταφοράς, τη διαθέσιμη δυναμική ενέργεια για ανωμεταφορά, την υγρασία της ατμόσφαιρας και του εδάφους, καθώς και τις επιφανειακές ροές αισθητής και λανθάνουσας θερμότητας. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η εισαγωγή της αλληλεπίδρασης των νεφών υποκλίμακας με την ακτινοβολία οδηγεί στη μείωση της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στο έδαφος με αποτέλεσμα τη μείωση της διαθέσιμης δυναμικής ενέργειας για κατακόρυφη ανάπτυξη και επομένως της βροχόπτωσης κατακόρυφης μεταφοράς. Οι διαφορές στην ηλιακή ακτινοβολία στο έδαφος παρατηρούνται κυρίως κατά την περίοδο της άνοιξης (6.4% κατά μέσο όρο πάνω από την Ευρώπη) και του καλοκαιριού (7% κατά μέσο όρο πάνω από την Ευρώπη). Οι πιο ευαίσθητες περιοχές στην ενεργοποίηση της αλληλεπίδρασης νεφών-ακτινοβολίας, φαίνεται να είναι η περιοχή της κεντρικής Ευρώπης, της Γαλλίας και των Βρετανικών νήσων, στις οποίες η ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος στην επιφάνεια μειώνεται κατά 10,1% , 9,2% και 10,5%, αντίστοιχα. Η αύξηση της ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος προς τα κάτω είναι μικρότερη του 2% κατά την διάρκεια όλων των εποχών και συνδέεται με την αύξηση της νέφωσης που παρατηρείται πάνω από την Ευρώπη (~6% την άνοιξη και ~12% το καλοκαίρι). Η ροή λανθάνουσας θερμότητας εμφανίζεται μειωμένη κατά 7% κατά μέσο όρο σε ολόκληρη την ήπειρο, λόγω της μείωσης της διαθέσιμης ενέργειας για εξάτμιση αλλά και λόγω της μείωσης της βροχόπτωσης. Η μείωση της θερμοκρασίας είναι πολύ μικρή (~0.2οC) και προκύπτει ως αποτέλεσμα πολλαπλών συνδυαστικών φυσικών διεργασιών. Από την αξιολόγηση της θερμοκρασίας, της βροχόπτωσης και της ακτινοβολίας μικρού μήκους κύματος με δεδομένα παρατηρήσεων αλλά και δορυφορικά προέκυψε ότι με την ενεργοποίηση του μηχανισμού ανάδρασης, οι προσομοιώσεις της βροχόπτωσης και της ηλιακής ακτινοβολίας είναι πιο ρεαλιστικές (μικρότερες τιμές bias), ενώ η παράμετρος της θερμοκρασίας επηρεάζεται ελάχιστα (σχεδόν ίδιο bias στην προσομοίωση αναφοράς και ευαισθησίας).
description: In the current thesis a sensitivity study is performed to examine the interaction between subgrid scale cumulus clouds and radiation. The study focus on the impact of cloud-radiation feedback on several parameters of energy and water balance. The analysis is based on two 5-year (1990-1994) climate simulations covering Europe. The simulations have been performed with WRF-ARW v3.6.1, with a spatial resolution of 50km (0.44o). In the “control” experiment, WRF does not consider cumulus cloud feedbacks to radiation, while in the “feedback” experiment the subgrid-scale cloudiness associated with convection, is taken into account. The results are compared with the “control” experiment and the differences for total cloud cover, shortwave and longwave radiation, total precipitation, convective precipitation, convective available potential energy, humidity, soil moisture and energy fluxes (latent and sensible) are discussed. According to the results, taking into account subgrid scale cumulus clouds in the radiation scheme leads to a decrease of shortwave radiation which is reflected in the reduction of available potential energy and convective precipitation. Changes in downward shortwave radiation are more pronounced during spring (2% on average over Europe) and summer (7% on average over Europe). The most sensitive subregions in the activation of the cumulus radiation feedback are Central Europe, France and British Isles, where the downward shortwave radiation is reduced to 10.1%, 9.2% and 10.5% respectively. The increase of downward longwave radiation is less than 2% during all seasons and associated with the increase of total cloud cover over Europe (~6% during spring and~12% during summer). Latent heat flux is also reduced to 7% on average throughout the continent, as a result of less available potential energy and less precipitation. Temperature is reduced (~0.2οC) as a result of multiple combined physical processes. The evaluation study for temperature, precipitation and downward with observational and satellite data indicates that the activation of sub-grid scale cumulus clouds and radiation interaction leads to more realistic simulations as far as precipitation and radiation concerned (smaller biases in feedback experiment), while temperature bias remains almost the same in both simulations.