Kalmen in hochauflösenden Simulationen wiederentdeckt

Near surface winds, navigation directions and the doldrums over the tropical Atlantic. Maury, M. F., The physical geography of the sea and its meteorology (1864). Parts of plate VIII are shown.

Daniel Klocke, Matthias Brück, Cathy Hohenegger und Bjorn Stevens vom Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) präsentieren in einem kürzlich veröffentlichten Artikel neue sturmauflösende Simulationen, die zeigen, wie die Konvektion und ihre dazugehörige Zirkulation mit der größeren Zirkulation innerhalb der atlantischen Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) wechselwirken und diese bildet. Eine Besonderheit in diesen Simulationen ist das Auftreten der Kalmen - eine weitgehend vergessene Region mit Windstille und unbeständigen Winden in den Tropen, die sich über weite Teile des tropischen Atlantiks erstrecken.

Die Kalmen waren vor der Erfindung von Dampfschiffen für die Seefahrt wichtig und in frühen Windatlanten von Maury (siehe Abbildung) und Köppen von Bedeutung. Der wissenschaftliche Fokus verschob sich im 20. Jahrhundert zu den Konvektionssystemen, die in die Kalmen eingebettet sind und die ITCZ bilden, mit der Folge, dass viele Wissenschaftler die Kalmen mit den Rossbreiten verwechseln.

Im Vergleich ihrer Simulationsergebnisse mit dem alten Windatlas und Schiffsmessungen des 19. Jahrhunderts fanden die Autoren eine erstaunliche Übereinstimmung. Mit 106 weniger Daten beschreiben die schiffsbasierten Punktbeobachtungen unbeabsichtigt die kleinräumige Variabilität der simulierten Winde, wie sie schon vor 150 Jahren wehten. Im Gegensatz dazu bilden Modelle mit groben Auflösungen die Kalmen trotz ihrer großen Ausdehnung nicht ab, da Konvektionsparametrisierungen die zugehörigen Windsysteme nicht reproduzieren. Die Studie legt daher nahe, dass es wichtig ist, die sturmskalige Dynamik darzustellen, um die großräumige Struktur der tropischen Dynamik korrekt darzustellen, was die derzeitigen Konvektionsparametrisierungen nicht leisten können. Die Autoren regen weitere Forschungen auf diesem Gebiet an, um bei der Simulation der tropischen Zirkulationssysteme voranzukommen.

Die Simulationen eröffnen aufgrund ihres Rasterabstands (2,4 km), des Simulationsgebietes (3000x9000 km) und des Integrationszeitraums (2 Monate) interessante neue Möglichkeiten, da sie sowohl kleinräumige Merkmale der atmosphärischen Strömung wie die Windböen eines konvektiven Sturms als auch die gesamte atmosphärische Zirkulation über dem tropischen Atlantik auf für Klimastudien interessanten Zeitskalen explizit erfassen können. Die riesige Menge der Simulationsergebnisse wird im Deutschen Klimarechenzentrum (DKRZ) gespeichert und wird von den Autoren auf Anfrage zur Verfügung gestellt. Die Simulationen wurden mit dem ICON-Modell des Deutschen Wetterdienstes (DWD) und des MPI-M im Rahmen der luftgestützten Messkampagnen NARVAL-I und II des MPI-M durchgeführt. Die Simulationen wurden durch eine Kooperation zwischen DWD und MPI-M über die Projekte HErZ und HD(CP)2 ermöglicht.

Veröffentlichung:
Klocke, D., Brueck, M., Hohenegger, C. and Stevens, B. (2017): Rediscovery of the doldrums in storm-resolving simulations over the tropical Atlantic. Nature Geoscience. doi: 10.1038/s41561-017-0005-4

Kontakt:

Dr. Daniel Klocke
Hans Ertel Zentrum für Wetterforschung
Deutscher Wetterdienst
Tel.: 069 8062-3051
E-Mail: daniel.klocke@we dont want spamdwd.de

Dr. Cathy Hohenegger
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Tel.: 040 41173 302
E-Mail: cathy.hohenegger@we dont want spammpimet.mpg.de

Dr. Matthias Brueck
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Tel.: 040 41173 308
E-Mail: matthias.brueck@we dont want spammpimet.mpg.de