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The Added Value of Large-Eddy and Storm-Resolving Models for Simulating Clouds and Precipitation

Stevens, Björn und Acquistapace, Claudia und Hansen, Akio und Heinze, Rieke und Klinger, Carolin und Klocke, Daniel und Rybka, Harald und Schubotz, Wiebke und Windmiller, Julia und Adamidis, Panogiotis und Arka, Ioanna und Barlakas, Vasileios und Bierkamp, Joachim und Brueck, Matthias und Brune, Sebastian und Buehler, Stefan A und Burkhardt, Ulrike und Cioni, Guido und Costa-Suros, Montserrat und Crewell, Susanne und Crüger, Traute und Deneke, Hartwig und Friederichs, Petra und Carbajal Henken, Cintia und Hohenegger, Cathy und Jacob, Marek und Jakub, Fabian und Kalthoff, Norbert und Köhler, Martin und Van Laar, Thirza und Li, Puxi und Löhnert, Ulrich und Macke, Andreas und Madenach, Niels und Mayer, Bernhard und Nam, Christine und Naumann, Ann Kristin und Peters, Karsten und Poll, Stefan und Quaas, Johannes und Röber, Niklas und Rochetin, Nicolas und Scheck, Leonhard und Schemann, Vera und Schnitt, Sabrina und Seifert, Axel und Senf, Fabian und Shapkalijevski, Metodija und Simmer, Clemens und Singh, Shweta und Sourdeval, Odran und Spickermann, Dela und Strandgren, Johan und Tessiot, Octave und Vercauteren, Nikki und Vial, Jessica und Voigt, Aiko und Zängl, Günther (2020) The Added Value of Large-Eddy and Storm-Resolving Models for Simulating Clouds and Precipitation. Journal of the Meteorological Society of Japan, 98 (2), Seiten 395-435. Meteorological Society of Japan. doi: 10.2151/jmsj.2020-021. ISSN 0026-1165.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
9MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.2151/jmsj.2020-021

Kurzfassung

More than one hundred days were simulated over very large domains with fine (0.156 km to 2.5 km) grid spacing for realistic conditions to test the hypothesis that storm (kilometer) and large-eddy (hectometer) resolving simulations would provide an improved representation of clouds and precipitation in atmospheric simulations. At scales that resolve convective storms (storm-resolving for short), the vertical velocity variance becomes resolved and a better physical basis is achieved for representing clouds and precipitation. Similarly to past studies we found an improved representation of precipitation at kilometer scales, as compared to models with parameterized convection. The main precipitation features (location, diurnal cycle and spatial propagation) are well captured already at kilometer scales, and refining resolution to hectometer scales does not substantially change the simu-lations in these respects. It does, however, lead to a reduction in the precipitation on the time-scales considered – most notably over the ocean in the tropics. Changes in the distribution of precipitation, with less frequent extremes are also found in simulations incorporating hectometer scales. Hectometer scales appear to be more important for the representation of clouds, and make it possible to capture many important aspects of the cloud field, from the vertical distribution of cloud cover, to the distribution of cloud sizes, and to the diel (daily) cycle. Qualitative improvements, particularly in the ability to differentiate cumulus from stratiform clouds, are seen when one reduces the grid spacing from kilometer to hectometer scales. At the hectometer scale new challenges arise, but the similarity of observed and simulated scales, and the more direct connection between the circula-tion and the unconstrained degrees of freedom make these challenges less daunting. This quality, combined with already improved simulation as compared to more parameterized models, underpins our conviction that the use and further development of storm-resolving models offers exciting opportunities for advancing understanding of climate and climate change.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/134313/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:The Added Value of Large-Eddy and Storm-Resolving Models for Simulating Clouds and Precipitation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Stevens, BjörnMPI für Meteorologie, Hamburghttps://orcid.org/0000-0003-3795-0475NICHT SPEZIFIZIERT
Acquistapace, ClaudiaUniv. KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hansen, AkioUniv. HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heinze, RiekeMPI für Meteorologie, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klinger, CarolinUniv. MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klocke, DanielDWD, OffenbachNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rybka, HaraldDWD, OffenbachNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schubotz, WiebkeMPI für Meteorologie, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Windmiller, JuliaMPI für Meteorologie, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Adamidis, PanogiotisDKRZ, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Arka, IoannaDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barlakas, VasileiosTROPOS, LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bierkamp, JoachimDKRZ, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brueck, MatthiasMPI für Meteorologie, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brune, SebastianUniv. BonnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Buehler, Stefan AUniv. Hamburghttps://orcid.org/0000-0001-6389-1160NICHT SPEZIFIZIERT
Burkhardt, UlrikeDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-0742-7176NICHT SPEZIFIZIERT
Cioni, GuidoMPI für Meteorologie, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Costa-Suros, MontserratUniv. KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Crewell, SusanneUniv. BonnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Crüger, TrauteMPI für Meteorologie, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Deneke, HartwigTROPOS, LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friederichs, PetraUniv. BonnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Carbajal Henken, CintiaFreie Univ. BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hohenegger, CathyMPI für Meteorologie, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jacob, MarekUniv. Kölnhttps://orcid.org/0000-0001-9059-6458NICHT SPEZIFIZIERT
Jakub, FabianUniv. MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kalthoff, NorbertKIT, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Köhler, MartinDWD, OffenbachNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Van Laar, ThirzaUniversität KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Li, PuxiChinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Löhnert, UlrichUniv. KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Macke, AndreasTROPOS, LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Madenach, NielsFreie Univ. BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mayer, BernhardUniv. MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nam, ChristineClimate Service Centre, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Naumann, Ann KristinMPI für Meteorologie, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Peters, KarstenMPI für Meteorologie, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Poll, StefanUniv. BonnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Quaas, JohannesUniv. LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Röber, NiklasDKRZ, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rochetin, NicolasMPI für Meteorologie, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Scheck, LeonhardUniv. MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schemann, VeraUniv. KölnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schnitt, SabrinaFZJ, JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Seifert, AxelDWD, OffenbachNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Senf, FabianTROPOS, LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shapkalijevski, MetodijaFreie Univ. BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Simmer, ClemensUniv. BonnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Singh, ShwetaKIT, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sourdeval, OdranUniv. de Lille, Villeneuve d’Ascq, FrankreichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Spickermann, DelaDKRZ, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Strandgren, JohanDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-7876-5845NICHT SPEZIFIZIERT
Tessiot, OctaveEcole Normale Superieure, Paris, FrankreichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vercauteren, NikkiFreie Univ. BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vial, JessicaMPI für Meteorologie, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Voigt, AikoKIT, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zängl, GüntherDWD, OffenbachNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:April 2020
Erschienen in:Journal of the Meteorological Society of Japan
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:98
DOI:10.2151/jmsj.2020-021
Seitenbereich:Seiten 395-435
Verlag:Meteorological Society of Japan
ISSN:0026-1165
Status:veröffentlicht
Stichwörter:high resolution modelling, representation of clouds and precipitation, added value of high resolution
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt Klimarelevanz von atmosphärischen Spurengasen, Aerosolen und Wolken
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre
Hinterlegt von: Burkhardt, Dr.rer.nat. Ulrike
Hinterlegt am:14 Mai 2020 16:45
Letzte Änderung:03 Jun 2020 14:15

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