297 research outputs found
Modelleren van extreme neerslag in België.
No full textNeerslag is wellicht het meest problematische aspect van de weersvoorspe lling in elk atmosfeermodel, omwille van de verschillende schalen waarop de neerslagvorming speelt en het amalgaam van interagerende processen d ie uiteindelijk tot neerslag aan het oppervlak leiden. Dankzij toenemend e rekenkracht van computers en een beter begrip en voorstelling van de f ysische processen in atmosfeermodellen, is het vandaag technisch mogelij k om individuele buiensystemen operationeel te voorspellen. De vooruitga ng in de simulatie van neerslag is totnogtoe echter eerder teleurstellen d. Gemodelleerde systemen zijn vaak te intens en verschijnen op verkeerd e plaatsen en op verkeerde momenten. Vele aspecten van zulke convectie-o plossende modellen zijn onderwerp geweest van gedetailleerde studies m.b .t. de kwantitatieve neerslagvoorspelling, maar geen enkele was in staat één enkel facet van de modellen aan te duiden dat verantwoordelijk was voor de slechte neerslagvoorspelling. Het belangrijkste doel van deze dissertatie is om een groot aantal recen t beschikbare ruimtelijk verdeelde observatiegegevens te gebruiken om zo veel mogelijk van de relevante gesimuleerde interagerende processen in de atmosfeer te evalueren. Via het uitvoeren van een groot aantal gevoel igheidsstudies naar bodemvochtinitialisatie, de grootteverdelingen van d e verschillende neerslagtypes, de ruimtelijke resolutie en zelfs numerie ke onnauwkeurigheden voor intense neerslagevents, wordt verwacht dat de kennis over de relevantie van elk van deze aspecten voor oppervlakteneer slag verbeterd zal kunnen worden. Voor twee situaties met intense convectie werd gevonden dat het voordeel van ruimtelijk verdeelde bodemeigenschappen in atmosfeermodellen (tegen over ruimtelijk homogene bodemeigenschappen) erg klein was, hoewel het b elangrijk is om het gemiddelde bodemvochtgehalte correct te initialisere n voor een realistische simulatie van koudepoelintensiteit, buienstructu ur en oppervlakteneerslag. Verder werd een mechanisme voorgesteld om de omgekeerde relatie te verklaren tussen oppervlakteneerslag en bodemvocht gehalte, die gevonden werd in onze simulaties maar ook in eerdere studie s. Een hoger bodemvochtgehalte leidt tot gunstigere thermodynamische oms tandigheden voor buienvorming, maar aan de andere kant zwakkere koudepoe len onder de buien, omwille van beperkte verdampingskoeling in vochtige grenslagen. Voor vele buiensystemen zijn zowel de thermodynamische omsta ndigheden als de koudepoelkarakteristieken van groot belang voor de inte nsiteit. Wanneer de horizontale resolutie verder verhoogd werd, bleek de geparameterizeerde turbulentie in de grenslaag te beperkt te worden waa rdoor te veel turbulente bewegingen werden opgelost door het modelgrid z elf. Deze buitensporige turbulenties werder vlot opwaarts getranporteerd in een situatie met sterke windschering, wat aanleiding gaf tot intense buien ter grootte van slechts één enkele grid cell Een groot aantal gevoeligheidsexperimenten naar de grootteverdeling van de neerslaande hydrometeoren (regen, sneeuw en hagel) werden uitgevoerd voor drie situaties met intense neerslag en deze werden rigoreus ge-eval ueerd aan de hand van ruimtelijk verdeelde teledetectiedata (satelliet e n radar). De frequentieverdeling van de wolken-optische dikte kon enkel realistisch gesimuleerd worden wanneer hagel vervangen werd door korrelh agel. Dit kon worden gerelateerd aan overmatige hoeveelheden sneeuw in e xperimenten met hagel. Het verticale radar reflectiviteitsprofiel verbet erde significant tijdens de simulatie van stratiforme neerslag wanneer h agel vervangen werd door korrelhagel. Tijdens convectieve neerslag echte r, was hagel noodzakelijk om de sterk reflectieve neerslagkernen te simu leren. Verder verslechterde de verticale buienstructuur en de oppervlakt eneerslagstructuur sterk wanneer hagel vervangen werd door korrelhagel. Daarom werd geconcludeerd dat in een operationeel model zowel hagel als korrelhagel zouden moeten inbegrepen zijn in de microfysica parameterisa tie. Oppervlakteneerslag was veel minder gevoelig aan de voorgestelde mo dificaties. Tijdens de simulatie van een ondiepe supercell over België werd bevonden dat wanneer hagel vervangen werd door korrelhagel, de oppervlakteneersl ag licht toenam, in tegenstrijd tot vele eerdere studies. Er werd aanget oond dat deze toename te wijten was aan contrasterende effecten van aan de ene kant verminderde neerslagefficiëntie (gerelateerd aan intense kor relhagelsublimatie) en aan de andere kant gunstigere thermodynamische om standigheden (gerelateerd aan rijmingprocessen). We toonden aan dat de g evoeligheid van gesimuleerde buien voor veranderingen aan de grootteverd eling van de grootste ijshydrometeoor in modellen sterk afhangt van de diepte van de buien. In diepe buien treedt namelijk veel meer sublimatie van korrelhagel op en bijgevolgd is de neerslagefficiëntie er lager in vergelijking met ondiep e buien die korrelhagel bevatten. Verder toonden we aan dat terwijl het implementeren van meer realistische sneeuwgrootteverdelingen geen invloe d had op de buienkarakteristieken, meer realistische regengrootteverdeli ngen de geaccumuleerde opppervlakteneerslag duidelijk verbeteren. Dit kw am door het verkleinen van de koudepoel aangezien er minder verdamping v an regen optrad aan de randen van koudepoelen onder buien. Hierdoor werd de neerslagoppervlakte van de buien typisch verkleind. Tenslotte werd o ntdekt dat de bijdrage van het kunstmatig toevoegen van water aan het mo del in verband met numerieke onnauwkeurigheden in het vochttranport van het model niet verwaarloosbaar is en belangrijke hoevelheden water toevo egt aan het model (tot meer dan 30 %). Bij een experiment waarin het mod el geforceerd werd om de totale hoeveelheid water te behouden, werd de o ppervlakteneerslag duidelijk beter gesimuleerd. Voor twee composieten die respectievelijk 15 stratiforme en 15 convectie ve weersituaties bevatten, konden we de meeste van de bevindingen hierbo ven gemaakt werden, bevestigen. Korrelhagel werd noodzakelijk bevonden o m de stralingseigenschappen van wolken correct te simuleren, terwijl opp ervlakteneerslag ongevoelig was voor elk van de experimenten met variabe le grootteverdelingen. De positieve neerslagafwijking kon sterk verbeter d worden door het model te dwingen om de totale hoeveelheid water in het model te behouden. Het grote voordeel van het integreren van atmosfeerm odellen met een hogere resolutie op dit moment is dat de voorstelling va n de structuur van buien en de fysica van de convectieve systemen is ver beterd, hoewel weinig verbetering werd gevonden in de neerslaghoeveelhed en.status: Publishe
PARASO source code (no COSMO)
No full textSource code for the PARASO Antarctic configuration, except the COSMO model (atmosphere), which is only accessible to CLM-Community members (free membership charge for all research applications). A full version of these sources, including the COSMO part, has been uploaded to the CLM-Community RedC under "Downloads" -> "COSMO-CLM".
Hence, these sources are provided for dicdactical purposes, not for running the full model (which requires COSMO).
Model described in:
Pelletier, C., Fichefet, T., Goosse, H., Haubner, K., Helsen, S., Huot, P.-V., Kittel, C., Klein, F., Le clec'h, S., van Lipzig, N. P. M., Marchi, S., Massonnet, F., Mathiot, P., Moravveji, E., Moreno-Chamarro, E., Ortega, P., Pattyn, F., Souverijns, N., Van Achter, G., Vanden Broucke, S., Vanhulle, A., Verfaillie, D., and Zipf, L.: PARASO, a circum-Antarctic fully-coupled ice-sheet - ocean - sea-ice - atmosphere - land model involving f.ETISh1.7, NEMO3.6, LIM3.6, COSMO5.0 and CLM4.5, Geosci. Model Dev. Discuss. [preprint], https://doi.org/10.5194/gmd-2021-315, in review, 2021.Developed within the framework of the PARAMOUR project, Decadal predictability and variability of polar climate: the role of atmosphere-ocean-cryosphere multiscale interactions.
Fonds de la Recherche Scientifique–FNRS Grant number O0100718F (EOS ID 30454083)
Modelleren van stedelijke groei en de hydrologische respons.
No full textDe belangrijkste verandering in landgebruik en bodembedekking die zich gedurende de laatste jaren heeft voorgedaan en die zich nu nog steeds voortzet in Vlaanderen en Brussels is een uitbreiding van de versteende ruimte ten koste van landbouwgronden en natuurgebieden. Dit heeft geleid tot het huidige sterk versnipperde landschap, gekenmerkt door een mozaïek van verschillende bodembedekkingtypen.De toegenomen verstening van de bodem heeft een sterke invloed op allerlei landschapsfuncties. Landschapsfuncties geven de capaciteit van een landschap aan om bepaalde goederen en diensten aan de maatschappij te verlenen. In deze thesis wordt vooral aandacht besteed aan de waterregulerende functie van het landschap, waarbij het landschap aanzien wordt als een buffer tegen zware neerslag en overstromingen. Om op een duurzame manier om te gaan met deze waterregulerende functie, is er een nood aan realistische scenarios die de toestand van de versteende ruimte in de nabije toekomst weergeven en die gebaseerd zijn op landgebruik- of urbanisatiemodellen. Deze scenarios dienen vervolgens gekoppeld te worden aan hydrologische modellen om de hydrologische respons van de gesimuleerde veranderingen te begroten.Het eerste deel van deze doctoraatsthesis heeft als doel een beter inzicht te krijgen in de toepassing van urbanisatiemodellen in sterk versnipperde landschappen, zoals in Vlaanderen en Brussel. Het tweede deel behandelt de koppeling van landgebruikmodellen en hydrologische modellen en de analyse van de resultaten op verschillende ruimtelijke schalen. Het algemene doel van dit doctoraatsonderzoek is een schatting te maken van de mogelijke impact die toekomstige urbanisatiepatronen in Vlaanderen en Brussel kunnen hebben op de oppervlakkige afstroming, piekdebieten en overstromingen. Vooreerst werden recente urbanisatiepatronen in Vlaanderen en Brussels gedetecteerd aan de hand van Landsat satellietbeelden uit 1976, 1988 en 2000. De geobserveerde landgebruikveranderingen werden gebruikt om een aantal verschillende landgebruikmodellen te kalibreren en valideren. Deze landgebruikmodellen verschilden van elkaar in de aangewende modelleertechnieken en de gebruikte variabelen. De modellen werden zowel gevalideerd voor een suburbaan studiegebied in het Hageland als voor een sterk verstedelijkt gebied rondom Brussel. Hieruit werd duidelijk dat het sterk versnipperde landschap in het Hageland moeilijker te modelleren is dan het meer homogene Brusselse landschap dat gekenmerkt is door een meer concentrische groei van de versteende oppervlakte. In beide studiegebieden presteren de geteste modellen wel beduidend beter dan een random model dat de nieuwe versteende oppervlakte op willekeurige plaatsen in het landschap plaatst. Verder toonde de validatie ook aan dat de bebouwing in Vlaanderen en Brussel voornamelijk toeneemt in de nabijheid van grote wegen en dat de urbanisatiepatronen bovendien sterk afhankelijk zijn van de geobserveerde bodembedekkingtypes in de buurt. Het is daarom belangrijk om zowel buurteffecten als informatie over het wegennetwerk op te nemen in landgebruikmodellen die worden toegepast om het urbanisatiepatroon in een sterk versnipperd landschap te simuleren. Dit kan o.a. gebeuren aan de hand van een zogenaamd Cellulaire Automaten model.Het meest accurate landgebruikmodel werd vervolgens gebruikt om drie toekomstscenarios voor 2050 op te stellen: een laag, midden en hoog scenario. Deze drie scenarios verschilden enkel van elkaar in de hoeveelheid nieuwe versteende oppervlakte die gesimuleerd werd.In het tweede deel van de thesis werden deze drie toekomstscenarios gekoppeld aan twee verschillende hydrologische modellen: een ruimtelijk verdeeld model en een lumped model dat elk deelstroomgebied als één eenheid aanschouwt. Eerst en vooral werd de meerwaarde van de drie gevalideerde ruimtelijke scenarios nagegaan ten opzichte van enkele random scenarios, die geen enkele ruimtelijke informatie bevatten. Deze analyse werd uitgevoerd voor verschillende ruimtelijke schaalniveaus. Hieruit kon geconcludeerd worden dat wanneer de resultaten op de schaal van Vlaanderen en Brussel geanalyseerd worden, de meerwaarde van de ruimtelijke scenarios niet erg groot is: de onzekerheid veroorzaakt door het gebruik van drie scenarios die uitgaan van verschillende groeisnelheden van de versteende oppervlakte (laag, midden, hoog) is veel groter dan de onzekerheid veroorzaakt door het gebruik van verschillende allocatieprocedures (random vs. modelmatig). Onderzoekers die op dit schaalniveau werken, dienen bijgevolg vooral aandacht te besteden aan een goede schatting van de hoeveelheid nieuwe verstening en slechts in mindere mate aan de exacte locatie van deze nieuwe versteende oppervlakte. Naarmate het schaalniveau fijner wordt, neemt het belang van de exacte ruimtelijke locatie van de verstening echter toe. De onzekerheid gerelateerd aan het gebruik van verschillende allocatieprocedures overstijgt op lokale schaal de onzekerheid gerelateerd aan het gebruik van verschillende hoeveelheden verstening. In het laatste hoofdstuk van de thesis werden de drie ruimtelijke urbanisatiescenarios gekoppeld aan een lumped hydrologisch model om zo de impact van de toegenomen verstening op toekomstige piekdebieten en overstromingen in een klein suburbaan bekken in Vlaanderen te begroten. De resultaten toonden aan dat de gesimuleerde toename van de verstening zal leiden tot een duidelijke stijging van de piekdebieten en van de overstroomde oppervlakte in het bekken. De invloed van de te verwachten stedelijke uitbreiding is echter kleiner dan de potentiële invloed van toekomstige klimaatveranderingen. Bovendien veroorzaken de verschillende klimaatscenarios ook een zeer grote onzekerheid omtrent de toekomstige piekdebieten en overstromingen. Zo zal onder een droog scenario het rivierdebiet dalen, terwijl onder een natte zomer scenario de piekdebieten in belangrijke mate stijgen. De drie geteste urbanisatiescenarios tonen daarentegen een meer consistente trend: onder alle drie de scenarios zullen zowel de piekdebieten als de overstroomde oppervlakte en de overstromingsfrequentie in meer of mindere mate stijgen. De eventuele schade veroorzaakt door een overstroming wordt echter vooral beïnvloed door de landgebruikveranderingen die zich voordoen in de overstromingsvlakte. Waterbeheerders en beleidsmakers moeten deze vaststelling zeker in rekening brengen zodat zij het risico op overstromingen, dat zowel bepaald wordt door de kans op een overstroming als door de schade veroorzaakt door de overstroming, kunnen beperken tot een aanvaardbaar niveau.status: Publishe
PARASO ERA5 forcings
No full textExternal forcings from ERA5, used for forcing the PARASO configuration. Due to their size, only three months are provided here (from 01-JAN-2000 to 31-MAR-2000), for testing purposes. The data should be uncompressed with the uncpr_paraso.sh script.
Model described in: PARASO, a circum-Antarctic fully-coupled ice-sheet - ocean - sea-ice - atmosphere - land model involving f.ETISh1.7, NEMO3.6, LIM3.6, COSMO5.0 and CLM4.5. C. Pelletier, T. Fichefet, H. Goosse, K. Haubner, S. Helsen, P.-V. Huot, C. Kittel, F. Klein, S. Le clec'h, N. P. M. van Lipzig, S. Marchi, F. Massonnet, P. Mathiot, E. Moravveji, E. Moreno-Chamarro, P. Ortega, F. Pattyn, N. Souverijns, G. Van Achter, S. Vanden Broucke, D. Verfaillie, L. Zipf. Submitted to Geoscientific Model Development, 2021.
Model source code: 10.5281/zenodo.5337510
The ERA5 data (Hersbach, 2018) was downloaded on 01-SEP-2019 from the Copernicus Climate Change Service (C3S) Climate Data Store. The results contain modified Copernicus Climate Change Service information 2020. Neither the European Commission nor ECMWF is responsible for any use that may be made of the Copernicus information or data it contains.
Hersbach, H., Bell, B., Berrisford, P., Biavati, G., Horányi, A., Muñoz Sabater, J., Nicolas, J., Peubey, C., Radu, R., Rozum, I., Schepers, D., Simmons, A., Soci, C., Dee, D., and Thépaut, J.-N.: ERA5 hourly data on single levels from 1979 to present, https://doi.org/10.24381/cds.adbb2d47, downloaded from the Copernicus Climate Change Service (C3S); Climate Data Store (CDS) on 01-SEP-2019, 2018.Developed within the framework of the PARAMOUR project, Decadal predictability and variability of polar climate: the role of atmosphere-ocean-cryosphere multiscale interactions.
Fonds de la Recherche Scientifique–FNRS Grant number O0100718F (EOS ID 30454083)
De invloed van landgebruiksveranderingen op neerslag in de Sahel.
No full textGedurende de afgelopen decennia heeft de invloed van het landoppervlak o p het klimaat en de neerslag in de Afrikaanse Sahel veel aandacht gekreg en in wetenschappelijke kringen. Dit kwetsbare gebied heeft in de jaren 70 en 80 te kampen gehad met een serieuze droogte waarbij veranderinge n in het landgebruik aanzien werden als één van de mogelijke oorzaken. H et begrijpen van het effect van vegetatieveranderingen op de ontwikkelin g van neerslag is dus cruciaal om het klimaat in de Sahel te doorgronden en de impact van toekomstige landgebruiksveranderingen te kunnen inscha tten. Verschillende aspecten van de interactie tussen het land en de atm osfeer zijn nog steeds slecht gekend, zoals bijvoorbeeld het effect op d e initiatie en ontwikkeling van Mesoschaal Convectieve Systemen (MCS), d e grootschalige stormsystemen die neerslag naar deze regio brengen. Het ontbreken van langdurige en ruimtelijke verspreide veldmetingen in de Sa hel om de klimaatmodellen mee te calibreren en valideren, draagt nog bij tot de onzekerheden. Het doel van dit doctoraat is dan ook een bijdrage te leveren aan het be grijpen van de invloed van geobserveerde veranderingen in het landgebrui k, en de betrokken mechanismen, op de vorming van neerslag in de Sahel. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een grondig opgezet en geëvalueerd re gionaal atmosferisch model dat in staat is om de karakteristieken van ee n MCS weer te geven. In dit doctoraat is speciale aandacht gegeven aan het grondig en correct opzetten van een Bodem-Vegetatie-Atmosfeer Transfer model voor de Sahel . Dit is erg belangrijk omdat een correcte simulatie van de energiefluxe n tussen land en atmosfeer cruciaal is om het klimaat te modelleren. De parameters van het model zijn afgeleid uit metingen van het Hydrologisch en Atmosferisch Piloot Experiment in de Sahel uit 1992. Na de evaluatie van het landoppervlak model is dit gekoppeld aan een regionaal atmosfer isch model om de ontwikkeling van de grenslaag te simuleren tijdens 4 ve rschillende dagen. Hierna is een gevoeligheidstudie uitgevoerd om de mee st belangrijke bodem- en vegetatieparameters te identificeren die een ef fect hebben op de simulatie van convectief beschikbare potentiële energi e (CAPE), een variabele die nauw gerelateerd is aan convectie en neersla g in de Sahel. De vochttoestand van de bodem blijkt duidelijk de gevoeli gheid te bepalen: bij een natte bodem hebben de bodemparameters de groot ste invloed, bij een droge bodem zijn de vegetatieparameters belangrijke r. Een aanpassing van de parameters binnen realistische grenzen leidt to t verschillen in CAPE tot 400 J kg-1, hetgeen genoeg is om de ontwikkeli ng van convectie te beïnvloeden. Gedurende de laatste 20 jaar heeft de plantengroei in de Sahel zich hers teld van de droogte in de jaren 80 en de vegetatiebedekking is met onge veer 20% gestegen. De invloed van zowel een toename als een afname van d e vegetatie met deze hoeveelheden is bestudeerd met behulp van driedimen sionele modelexperimenten tijdens een groot deel van het regenseizoen in 1992. De totale hoeveelheid neerslag blijkt ongevoelig te zijn voor de veranderingen maar deze hebben wel een effect op het neerslagpatroon. De kern van de neerslag schuift op naar het noorden in het geval van een t oename van de vegetatie en naar het zuiden in geval van een afname. Hier bij spelen twee mechanismen een rol. Ten eerste beïnvloeden de vegetatie veranderingen de oppervlaktefluxen die op hun beurt een effect hebben op de CAPE waarden en bijgevolg de intensiteit van MCS. Deze relatie blijk t afhankelijk te zijn van de tijd tussen opeenvolgende neerslagevenement en. Ten tweede is er een verandering in de midden-troposferische zonale wind als gevolg van een verandering in het ruimtelijk patroon van de tem peratuur- en vochtverdeling. Deze wind heeft een grote invloed op de lok atie en de progressie van convectieve systemen. Om het effect van vegetatieveranderingen op een MCS in detail te kunnen bestuderen, is een goed gedocumenteerd MCS, die verscheen op 11 juni 200 6, gemodelleerd met een hoge horizontale resolutie (3 km). Het model is in staat om de belangrijkste karakteristieken van het MCS en de atmosfer ische omgeving te reproduceren. Hierna is de gevoeligheid van het MCS vo or verschillende vegetatiescenarios onderzocht. In dit geval blijkt er g een duidelijk verband te bestaan tussen de vegetatieveranderingen en de neerslag van het MCS. De veranderingen hebben een effect op de oppervlak tefluxen in de dagen voor het systeem ontstaat, die op hun beurt een gev oelig effect hebben op de CAPE waarden. Een duidelijke link tussen CAPE en de intensiteit van het MCS kan in dit geval echter niet gelegd worden . Er is een mechanisme gevonden dat het CAPE signaal tegenwerkt, met nam e de dynamica van de koude poel van het MCS. Wanneer de vegetatie vermin dert, wordt de grenslaag droger hetgeen de evaporatief afgekoelde neerwa artse wind in het MCS versterkt. Dit leidt tot koudere en meer intense k oude poelen die de intensiteit van het MCS op een hoog niveau kunnen hou den waarbij de lagere CAPE waarden teniet gedaan worden. De invloed van vegetatieveranderingen op een MCS is dus niet eenduidig maar een complex e interactie tussen verschillende processen. Een laatste deel van dit doctoraat focust op een ander type landgebruikv erandering, namelijk het uitdrogen van het Tsjaadmeer. Sinds 1960 kromp het meer van een oppervlakte van 25000 km² naar slechts 1350 km² als gev olg van droogteperiodes en menselijke invloeden. Er kan verwacht worden dat het verdwijnen van zulk een open wateroppervlak in het droge Sahelge bied een gevoelige invloed heeft op de nabije meteorologie. Het antwoord op deze vraag is gezocht door drie scenarios voor het Tsjaadmeer toe te passen in modelsimulaties van het regenseizoen in 2006. De scenarios ge ven de toestand weer in 1960, de huidige situatie en een potentieel toek omstscenario waarbij het meer en de omliggende moerassen zijn uitgedroog d. De modelexperimenten wijzen uit dat de totale hoeveelheid neerslag in de regio niet wordt beïnvloed door het bestaan van het meer. Dicht bij het meer zijn er echter wel significante veranderingen in het neerslagpa troon. De oorzaak hiervan ligt bij windafwaartse veranderingen in de tem peratuur- en vochtprofielen van de grenslaag. Deze hebben een effect op de ontwikkeling en de progressie van MCS door hen eerst te intensifiëren als gevolg van hogere CAPE waarden. Daarna wordt de persistentie van de systemen echter onderbroken omdat de voortgang van de koude poel afgere md wordt in de koude en vochtige lucht die vanaf het meer komt. Dit illu streert de lokale gevoeligheid voor het uitdrogen van het Tsjaadmeer al worden de grootschalige atmosferische processen er niet door beïnvloed.status: Publishe
De rol van wolken in het klimaat van Groenland
No full textThe Greenland ice sheet (GrIS) is the second largest body of ice on Earth. Holding a potential of 7 m of global mean sea level rise, its rapidly increasing mass loss in response to global climate change will affect the entire planet. This mass loss is partly the result of a strongly decreasing surface mass balance (SMB), predominantly through increased meltwater runoff. Yet, the mechanisms involved in this decreasing SMB remain poorly understood. Recently, clouds have emerged as potential contributors to increased melt rates over the GrIS through their radiative warming of the surface, but Greenland-wide assessments of this effect are still largely lacking. Here we show that clouds have on average a radiative effect of 29.5 (±5.2) W m−2, using a unique combination of active satellite remote sensing, ground-based observations and a regional climate model. We develop an improved algorithm for cloud-base detection by ceilometer in polar regions, a smart sampling approach for estimating surface radiative fluxes based on CloudSat and CALIPSO satellite observations, and a hybrid satellite-climate model dataset with improved temporal resolution over the GrIS. Using snow model simulations, we show that the demonstrated radiative effect is responsible for a one-third increase in GrIS meltwater runoff compared to clear-sky conditions. Unexpectedly, this enhanced meltwater runoff is not caused by a direct increase in meltwater generation during the day, but rather by a reduction in refreezing rates of meltwater at night, when cloud warming is largest. Given the demonstrated high sensitivity of the GrIS to clouds in combination with the current inability of state-of-the-art climate models to reproduce the observed cloud properties, we conclude that only by incorporating new knowledge from observations in cloud parameterizations, we will be able to enhance the reliability of future projections of the GrIS and its contribution to global sea level rise.status: Publishe
''Oikos-logisch' wel-zijn en Architectuur
No full textOver wat architectuur zelf te doen heeft met Ecologie.
Over de situatie van de Mens in een ecologische wijze van zijn.status: Accepte
Influence of the circumglobal wave-train on European summer precipitation
No full textWe investigate European summer (July-August) precipitation variability and its global teleconnections using the NCEP/NCAR reanalysis data (1950-2010) and a historical Coupled Model Intercomparison Project climate simulation (1901-2005) carried out using the ECHAM6/MPIOM climate model. A wavelike pattern is found in the upper tropospheric levels (200 hPa) similar to the summer circumglobal wave train (CGT) extending from the North Pacific to the Eurasian region. The positive phase of the CGT is associated with upper level anomalous low (high) pressure over western (eastern) Europe. It is further associated with a dipole-like precipitation pattern over Europe entailing significantly enhanced (reduced) precipitation over the western (eastern) region. The anomalous circulation features and associated summer precipitation pattern over Europe inverts for the negative CGT phase. Accordingly, the global teleconnection pattern of a precipitation index summarizing summer precipitation over Western Europe entails an upper level signature which consists of a CGT-like wave pattern extending from the North Pacific to Eurasia. The imprint of the CGT on European summer precipitation is distinct from that of the summer North Atlantic Oscillation, despite the two modes of variability bear strong similarities in their upper level atmospheric pattern over Western Europe. The analysis of simulated CGT features and of its climatic implications for the European region substantiates the existence of the CGT-European summer precipitation connection. The summer CGT in the mid-latitude therefore adds to the list of the modes of large-scale atmospheric variability significantly influencing European summer precipitation variability. © 2013 Springer-Verlag Berlin Heidelberg
Expliciete convectie in regionale klimaatmodellen: toegevoegde waarde voor het modelleren van de impact van broeikasgasemissies en landgebruiksveranderingen op het klimaat
No full textAn increasingly higher proportion of regional climate model simulations are being performed at convection permitting scales (CPS), i.e., a horizontal grid scale below 4 km. At this scale, deep convection becomes a grid-scale process and is resolved explicitly, rather than parameterized. Several recent studies have investigated the added value of CPS simulations, focusing mainly on the benefits for the representation of summertime convective precipitation. However, some research gaps or areas of disagreement continue to exist. For one, the added value of CPS in studies that use regional climate models to quantify the biogeophysical impact of land-use change (LUC) on climate has not yet been investigated. Given the fact that more and more LUC impact studies that use regional climate models are opting for CPS simulations, such an investigation is timely. Second, considerable disagreement exists in existing literature on the added value of CPS for extreme precipitation on the sub-daily timescale. Specifically, studies that compare the future change signal in extreme precipitation on the hourly timescale of CPS to conventional, non-convection permitting scale (nCPS) simulations have produced mixed results, with some reporting that CPS simulations project a higher increase in extreme hourly accumulations, while others do not. Further research into this topic is therefore needed, especially given the considerable societal impact of short-duration extreme precipitation. Therefore, the goal of this dissertation is to investigate the added value of regional climate model simulations at CPS in the areas of a) LUC impact assessment and b) greenhouse gas emission induced future changes in extreme precipitation.
We start our analysis by presenting a new methodology to evaluate the impact of LUC in a regional climate model. The goal in developing this methodology is to address several deficiencies in current LUC impact evaluations. The methodology uses site pair observations from across Europe, and is applied to the regional climate model COSMO-CLM in nCPS configuration (0.22°, ~25 km horizontal resolution). Also, we choose to limit the investigation to one specific LUC, namely deforestation. The observational dataset shows that a considerable seasonal and diurnal cycle exists in the temperature difference between forest and nearby open land sites. COSMO-CLM simulations performed at nCPS resolution are able to reproduce the sign and magnitude of this temperature signal during winter daytime only. An analysis of the difference in the various surface energy budget components shows that the main summer daytime model process related bias is an unrealistic decrease in low and mid-level cloud cover and associated increase in incoming shortwave radiation (δSWin) over open land, triggering additional biases in the latent heat flux and ground heat flux. Additionally, the model’s inability to reproduce the observed nighttime cooling is attributed mainly to a bias in the difference in incoming longwave radiation (δLWin).
We then apply our evaluation methodology to both nCPS (0.22° or ~25 km horizontal resolution) and CPS (0.025° or ~2.8 km horizontal resolution) COSMO-CLM simulations. These runs are evaluated against one high quality forest/open land site pair located in eastern Germany. For summer daytime, results show that CPS simulations improve upon nCPS simulations in several aspects. First, δSWin is significantly reduced compared to nCPS simulations, an improvement that can be linked to a better representation of afternoon convective clouds. Second, improvements are seen in the simulated difference in sensible heat flux (δH) and ground flux (δG), which can be linked to a better representation of surface roughness, as well as surface energy budget and atmospheric feedbacks resulting from the improvements in both δSWin and roughness. For nighttime, (smaller) improvements are seen as well. Most notably, the bias in nighttime δLWin is reduced, which could linked to the increase in vertical resolution, and an associated improvement in the difference in lower boundary layer vertical mixing. Thus, we conclude that, overall, CPS simulations improve considerably upon nCPS simulations in simulating the local biogeophysical climate impact of deforestation.
Next, we investigate the added value of CPS in simulating both present day extreme precipitation and the future change in extreme precipitation driven by greenhouse gas emissions. Six multi-decadal COSMO-CLM regional climate simulations are performed, namely one set of evaluation, control and future simulations at nCPS (0.11° or ~12 km horizontal resolution), and another set of simulations at CPS (0.025° or ~2.8 km horizontal resolution). The study area is Belgium and surroundings. Present day evaluation results show that CPS simulations are vastly superior in simulating the frequency of extreme precipitation on the hourly timescale, but not on the daily timescale. CPS biases on the daily timescale are linked to small convective cells still being under-resolved at 0.025° resolution.
Finally, the difference in the future precipitation change signal is analyzed. When comparing the projected future change in extreme precipitation of nCPS to CPS simulations, considerable differences exist. On the daily timescale, both nCPS and CPS simulations project that extreme precipitation will increase. However, the projected increase is significantly higher at CPS, especially for the most extreme daily precipitation events. With regards to the spatial pattern of the future increase on the daily timescale, no clear link to topography or any other geographic feature can be discerned for either nCPS or CPS. On the hourly timescale, CPS simulations project large increases in extreme precipitation for both Flanders and Ardennes sub-regions, with the highest increases seen over the latter region. nCPS simulations are able to match this increase in the hilly Ardennes region, but not in the relatively flat Flanders regions, where they project a decrease in extreme hourly precipitation for most of the intensity range. We can therefore conclude that on the hourly timescale, the added value of CPS depends on topography. This result explains the discrepancy in available literature, as the studies reporting little difference in the future increase of hourly extreme precipitation events between nCPS and CPS have all been performed for hilly or mountainous terrain.status: Publishe
De impact van windparken op het regionale klimaat van de Duitse Bocht De studie van een regionaal klimaatmodel
No full textThe strong expansion of offshore wind parks, is likely to affect the regional climatology of the coastal areas surrounding the Atlantic, North Sea and Baltic Sea. The main aim of this PhD is to assess the climate effect of a change in sea use, due to large-scale offshore wind deployment. A wind turbine parametrization will be developed and implemented in the COSMO model in climate mode. This will be done in close collaboration with another PhD project, where wind-farm large-eddy simulations will beperformed. Both models will have to be coupled to a certain degree and a better parametrization of win farms will be developed.
As the number of large wind farms in the northern European seas increases, the distance between the farms becomes smaller. Therefore the impact of large wind farms on the meteorological conditions at the neighboring farms is likely to increase considerably. This will be investigated using the parametrization derived earlier. This will have important consequence for optimal control of wind parks.status: Publishe
- …
