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Technical note: Lowermost-stratosphere moist bias in ECMWF IFS model diagnosed from airborne GLORIA observations during winter–spring 2016

Woiwode, Wolfgang und Dörnbrack, Andreas und Polichtchouk, Inna und Johansson, Sören und Harvey, Ben und Höpfner, Michael und Ungermann, Jörn und Friedl-Vallon, Felix (2020) Technical note: Lowermost-stratosphere moist bias in ECMWF IFS model diagnosed from airborne GLORIA observations during winter–spring 2016. Atmospheric Chemistry and Physics, 20 (23), Seiten 15379-15387. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-20-15379-2020. ISSN 1680-7316.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.5194/acp-20-15379-2020

Kurzfassung

Numerical weather forecast systems like the ECMWF IFS (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts – Integrated Forecasting System) are known to be affected by a moist bias in the extratropical lowermost stratosphere (LMS) which results in a systematic cold bias there. We use high-spatial-resolution water vapor measurements by the airborne infrared limb-imager GLORIA (Gimballed Limb Observer for Radiance Imaging of the Atmosphere) during the PGS (POLSTRACC/GW-LCYCLE-II/SALSA) campaign to study the LMS moist bias in ECMWF analyses and 12 h forecasts from January to March 2016. Thereby, we exploit the two-dimensional observational capabilities of GLORIA, when compared to in situ observations, and the higher vertical and horizontal resolution, when compared to satellite observations. Using GLORIA observations taken during five flights in the polar sub-vortex region around Scandinavia and Greenland, we diagnose a systematic moist bias in the LMS exceeding C50 % (January) to C30 % (March) at potential vorticity levels from 10 PVU (∼ highest level accessed with suitable coverage) to 7 PVU. In the diagnosed time period, the moist bias decreases at the highest and driest air masses observed but clearly persists at lower levels until mid-March. Sensitivity experiments with more frequent temporal output, and lower or higher horizontal and vertical resolution, show the short-term forecasts to be practically insensitive to these parameters on timescales of < 12 h. Our results confirm that the diagnosed moist bias is already present in the initial conditions (i.e., the analysis) and thus support the hypothesis that the cold bias develops as a result of forecast initialization. The moist bias in the analysis might be explained by a model bias together with the lack of water vapor observations suitable for assimilation above the tropopause.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/193588/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Technical note: Lowermost-stratosphere moist bias in ECMWF IFS model diagnosed from airborne GLORIA observations during winter–spring 2016
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Woiwode, WolfgangKIT, IMK, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dörnbrack, AndreasDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-0936-0216NICHT SPEZIFIZIERT
Polichtchouk, InnaECMWF, Reading, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Johansson, SörenKIT, IMK, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Harvey, BenUniv. of Reading, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Höpfner, MichaelKIT, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ungermann, JörnFZ Jülich, IEK7NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedl-Vallon, FelixKIT, IMK, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2020
Erschienen in:Atmospheric Chemistry and Physics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:20
DOI:10.5194/acp-20-15379-2020
Seitenbereich:Seiten 15379-15387
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Lowermost-Stratosphere, GLORIA, Winter-Spring 2016
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
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DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Atmosphären- und Klimaforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Verkehrsmeteorologie
Hinterlegt von: Ziegele, Brigitte
Hinterlegt am:26 Jan 2023 10:50
Letzte Änderung:30 Jan 2023 12:29

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