Modellerede skyer i troperne får et realitetstjek

På grund af mangel på nyttige observationer til at vejlede modeludvikling, Jordsystemmodeller savner ofte målet med at forudsige tropiske skyer og deres virkninger på indgående og udgående energi i atmosfæren. I det meste af de sidste to årtier, det amerikanske energiministerium (DOE) atmosfærisk strålingsmåling (ARM) klimaforskningsfacilitet, en videnskabelig brugerfacilitet, indsamlede data på tre overfladesteder i det tropiske vestlige Stillehav (TWP) for at forbedre dataregistreringen i denne region med få prøver.

Forskere ved DOE's Pacific Northwest National Laboratory analyserede ARM TWP-dataene for at evaluere jordsystemets modelresultater. De fandt ud af, at modelfejl i overskyethed er afhængige af modelopløsning, hvilket yderligere kan føre til fejl i omgivende temperatur og luftfugtighed og, på tur, feedback på skyer.

Havgrænselagskonvektion og tropiske skyer – nøgleelementer i den globale energibalance og vandkredsløb – er fortsat en vigtig kilde til usikkerhed i forståelsen af ​​tropiske skyers feedbackprocesser og klimafølsomhed, og forudsige ændringer i jordens system.

De langsigtede ARM TWP-datasæt giver en fremragende ressource til at evaluere jordsystemmodeller ved hjælp af både statistiske og procesorienterede tilgange og til at reducere fejl i skybehandlinger. Denne måling-til-model-tilgang kan let tilpasses til evaluering af nye ordninger, der udvikles til Community Atmosphere Model version 5 (CAM5) eller andre jordsystemmodeller.

Atmosfærisk fugtig konvektion i troperne omfordeler varme, fugtighed, og momentum globalt. De seneste generationer af jordsystemmodeller har undervurderet dækningen af ​​tropiske lave skyer, men overvurderet deres tykkelse og køleeffekter. Dette omtales som "de for få, for lyst" tropisk lavsky-problem. At kompensere for dette problem ved at justere estimater af forskellige skyegenskaber kan reducere den samlede fejl i energibudgettet, men skjule andre problemer i modelrepræsentationer.

Forskere brugte ARM's langsigtede TWP-datasæt til at evaluere CAM5's evne til at simulere de forskellige typer tropiske skyer (dvs. konvektiv vs. væske- eller isstratiform), deres sæsonmæssige og daglige variationer, og deres indflydelse på overfladestråling, samt opløsningsafhængigheden af ​​modellerede skyer. Stigninger på op til 20 procent i den modellerede årlige gennemsnitlige samlede skydække skyldtes den store overvurdering af lagdelte isskyer. Simuleringer med højere opløsning reducerede overvurderingen af ​​isskyer, men øgede undervurderingen af ​​konvektive skyer og væskeskyer på lavt niveau. Sammenlignet med meteorologiske sonderingsdata, den køligere og mere fugtige luft simuleret i modellen forårsagede også overvurdering af skyer i alle højder.

Sammenligning af den modellerede forekomst af konvektive skyer med ARM-observationer afslørede modelmangel ved at udløse dyb konvektion for ofte, som påvirker den vertikale transport af damp og indsprøjtning af væske og is til den øvre luft. Denne fejl manifesterede sig i ud-af-fase skyens døgncyklus simuleret af CAM5, forårsager den unøjagtige lodrette fordeling af stratiforme skyer.