Simulation der indischen Monsunzirkulation mit dem Regionalen Klimamodell HIRHAM

• Main Author: Polanski, Stefan
• Format: Doctoral Thesis
• Language: German
• Published: Universität Potsdam 2011
• Subjects: Indische Monsunzirkulation; regionales Klimamodell; Indian Monsoon Circulation; Regional Climate Model; Earth sciences
• Online Access: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-52508; http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2011/5250/

In dieser Arbeit wird das regionale Klimamodell HIRHAM mit einer horizontalen Auflösung von 50 km und 19 vertikalen Schichten erstmals auf den asiatischen Kontinent angewendet, um die indische Monsunzirkulation unter rezenten und paläoklimatischen Bedingungen zu simulieren. Das Integrationsgebiet des Modells erstreckt sich von etwa 0ºN - 50ºN und 42ºE - 110ºE und bedeckt dabei sowohl die hohe Topographie des Himalajas und Tibet Plateaus als auch den nördlichen Indischen Ozean. Das Ziel besteht in der Beschreibung der regionalen Kopplung zwischen der Monsunzirkulation und den orographischen sowie diabatischen Antriebsmechanismen. Eine 44-jährige Modellsimulation von 1958-2001, die am seitlichen und unteren Rand von ECMWF Reanalysen (ERA40) angetrieben wird, bildet die Grundlage für die Validierung der Modellergebnisse mit Beobachtungen auf der Basis von Stations- und Gitterdatensätzen. Der Fokus liegt dabei auf der atmosphärischen Zirkulation, der Temperatur und dem Niederschlag im Sommer- und Wintermonsun, wobei die Qualität des Modells sowohl in Bezug zur langfristigen und dekadischen Klimatologie als auch zur interannuellen Variabilität evaluiert wird. Im Zusammenhang mit einer realistischen Reproduktion der Modelltopographie kann für die Muster der Zirkulation und Temperatur eine gute Übereinstimmung zwischen Modell und Daten nachgewiesen werden. Der simulierte Niederschlag zeigt eine bessere Übereinstimmung mit einem hoch aufgelösten Gitterdatensatz über der Landoberfläche Zentralindiens und in den Hochgebirgsregionen, der den Vorteil des Regionalmodells gegenüber der antreibenden Reanalyse hervorhebt. In verschiedenen Fall- und Sensitivitätsstudien werden die wesentlichen Antriebsfaktoren des indischen Monsuns (Meeresoberflächentemperaturen, Stärke des winterlichen Sibirischen Hochs und Anomalien der Bodenfeuchte) untersucht. Die Ergebnisse machen deutlich, dass die Simulation dieser Mechanismen auch mit einem Regionalmodell sehr schwierig ist, da die Komplexität des Monsunsystems hochgradig nichtlinear ist und die vor allem subgridskalig wirkenden Prozesse im Modell noch nicht ausreichend parametrisiert und verstanden sind. Ein paläoklimatisches Experiment für eine 44-jährige Zeitscheibe im mittleren Holozän (etwa 6000 Jahre vor heute), die am Rand von einer globalen ECHAM5 Simulation angetrieben wird, zeigt markante Veränderungen in der Intensität des Monsuns durch die unterschiedliche solare Einstrahlung, die wiederum Einflüsse auf die SST, die Zirkulation und damit auf die Niederschlagsmuster hat. === In this study the regional climate model HIRHAM with a horizontal resolution of 50 km and 19 vertical levels is applied over the Asian continent to simulate the Indian monsoon circulation under present-day and past conditions. The integration domain extends from 0ºN - 50ºN and 42ºE - 110ºE and covers the high topography of Himalayas and Tibetan Plateau as well as the northern Indian Ocean. The main objective is the description of the regional coupling between monsoon circulation and orographic as well as thermal driving mechanisms of monsoon. A 44-years long simulation from 1958-2001, driven at the lateral and lower boundaries by European reanalysis (ERA40), is the basis for the validation of model results with observations based on station and gridded data sets. The focus is on the the long-term and decadal summer and winter monsoon climatology and its variability concerning atmospheric circulation, temperature and precipitation. The results successfully reproduce the observations due to a realistic simulation of topographic features. The simulated precipitation shows a better agreement with a high-resolution gridded data set over the central land areas of India and in the higher elevated Tibetan and Himalayan regions than ERA40. In different case and sensitivity studies the main driving mechanisms of the Indian monsoon (Sea Surface Temperatures, strength of the Siberian High in winter and soil moisture anomalies) are investigated. The results show, that the simulation of these mechanisms with a regional climate model is also difficult related to the complex non linear monsoon system and the small-scale processes, which are not just sufficiently parameterized and understood in the model. A paleoclimatic experiment for a 44-years long time slice in mid-holocene (6000 years before present), which is driven by a global ECHAM5 simulation, shows significant changes in the monsoon intensity due to the different solar forcing, which influences the SST, the circulation and the precipitation.