Dynamik der Atmosphäre und Hydrosphäre

Massenumverteilungen der oberflächennahen geophysikalischen Fluide in Atmosphäre, Ozean und der kontinentalen Hydrosphäre spiegeln sich in den Beobachtungen zahlreicher geodätischer und geophysikalischer Messverfahren. Das breitbandige Spektrum der Dynamik in Atmosphäre und Hydrosphäre mit Perioden von Stunden bis hin zu Dekaden erfordert die Nutzung von unterschiedlichen numerischen Modelldatensätzen, um einerseits hochfrequente Variationen in den Rohbeobachtungen zur Vermeidung von Aliaseffekten zu korrigieren, und andererseits unterschiedliche Beobachtungstypen über mehrere Jahre oder sogar Dekaden hinweg gemeinsam zu interpretieren.

Für die Beschreibung von atmosphärischen Variationen des Luftdrucks und der Winde mit hoher zeitlicher Auflösung wird in erster Linie auf Daten des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) zurückgegriffen. Für zeitnahe Datenauswertungen stehen die operationellen Analysen und 10-Tages-Vorhersagen zur Verfügung, für Untersuchungen über mehrere Dekaden finden die Reanalyse-Datensätze ERA-40 und ERA Interim Anwendung. Ergänzt werden diese atmosphärischen Echtzeitmodelldaten durch Simulationsstudien mit den Klimamodellen WACCM und CESM. Zur Beschreibung der kontinentalen Komponente des globalen Wasserkreislaufs werden Simulationen mit dem Land Surface Discharge Model (LSDM) genutzt. Das als Bodenwasser, in Aquiferen, oder in Oberflächengewässern gespeicherte Wasser verursacht über Auflastwirkungen elastische Deformationen der Erdkruste und damit verbundene zeitliche Variationen des äußeren Erdschwerefeldes. Numerische Modelldaten des LSDM können dazu beitragen, diese klimatologisch relevanten Signale verlässlich von zufälligen und systematischen Fehlern der verschiedenen geodätischen Mess- und Auswerteverfahren zu trennen. 

Für die Interpretation und Korrektion von ozeanischen Bodendruck- und Meeresspiegelvariationen in geodätischen Observablen werden in erster Linie Simulationen mit dem Ozeanmodell für Zirkulation und Gezeiten (OMCT) verwendet, welches seit 2007 am GFZ gepflegt wird. Daten einer OMCT-Modellsimulation mit atmosphärischen Antriebsdaten aus den operationellen ECMWF-Analysen werden gegenwärtig als Standard-Hintergrundmodell in der GRACE- und GOCE-Schwerefeldprozessierung genutzt. Für ergänzende Studien wird auch auf alternative Modelldaten von verschiedenen anderen numerischen Ozeanzirkulationsmodellen zurückgegriffen.

Gleichzeitig werden Untersuchungen zur Assimilation von geodätischen Observablen in das numerische Ozeanmodell OMCT durchgeführt, um eine Synthese von Modelldaten und beispielsweise Satellitenschwerefeldbeobachtungen oder altimetrisch bestimmten Meereshöhenänderungen zur realistischen Beschreibung der hochfrequenten Massenumverteilungen im Weltozean zu erreichen, und so potentiell zu einer verbesserten Vorhersagekraft der OMCT-Modellsimulationen durch verbesserte Anfangsbedingungen beizutragen.

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Dr. Henryk Dobslaw
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