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Estimates of Southern Hemispheric Gravity Wave Momentum Fluxes Across Observations, Reanalyses, and Kilometer-scale Numerical Weather Prediction Model

Gupta, Aman und Reichert, Robert und Dörnbrack, Andreas und Garny, Hella und Eichinger, Roland und Polichtchouk, Inna und Kaifler, Bernd und Birner, Thomas (2024) Estimates of Southern Hemispheric Gravity Wave Momentum Fluxes Across Observations, Reanalyses, and Kilometer-scale Numerical Weather Prediction Model. Journal of the Atmospheric Sciences, 81 (3), Seiten 583-604. American Meteorological Society. doi: 10.1175/JAS-D-23-0095.1. ISSN 0022-4928.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
18MB

Offizielle URL: https://journals.ametsoc.org/view/journals/atsc/81/3/JAS-D-23-0095.1.xml

Kurzfassung

Gravity waves (GWs) are among the key drivers of the meridional overturning circulation in the mesosphere and upper stratosphere. Their representation in climate models suffers from insufficient resolution and limited observational constraints on their parameterizations. This obscures assessments of middle atmospheric circulation changes in a changing climate. This study presents a comprehensive analysis of stratospheric GW activity above and downstream of the Andes from 1-15 August 2019, with special focus on GW representation ranging from an unprecedented kilometer-scale global forecast model (1.4 km ECMWF IFS), ground-based Rayleigh lidar (CORAL) observations, modern reanalysis (ERA5), to a coarse-resolution climate model (EMAC). Resolved vertical flux of zonal GW momentum (GWMF) is found to be stronger by a factor of at least 2-2.5 in IFS compared to ERA5. Compared to resolved GWMF in IFS, parameterizations in ERA5 and EMAC continue to inaccurately generate excessive GWMF poleward of 60°S, yielding prominent differences between resolved and parameterized GWMFs. A like-to-like validation of GW profiles in IFS and ERA5 reveals similar wave structures. Still, even at about 1 km resolution, the resolved waves in IFS are weaker than those observed by lidar. Further, GWMF estimates across datasets reveal that temperature-based proxies, based on mid-frequency approximations for linear GWs, overestimate GWMF due to simplifications and uncertainties in GW wavelength estimation from data. Overall, the analysis provides GWMF benchmarks for parameterization validation and calls for three-dimensional GW parameterizations, better upper boundary treatment, and vertical resolution increases commensurate with increases in horizontal resolution in models, for a more realistic GW analysis.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/202613/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Estimates of Southern Hemispheric Gravity Wave Momentum Fluxes Across Observations, Reanalyses, and Kilometer-scale Numerical Weather Prediction Model
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gupta, AmanStanford University, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reichert, RobertDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-9670-9369NICHT SPEZIFIZIERT
Dörnbrack, AndreasDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-0936-0216NICHT SPEZIFIZIERT
Garny, HellaDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-4960-2304NICHT SPEZIFIZIERT
Eichinger, RolandDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Polichtchouk, InnaECMWF, Reading, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kaifler, BerndDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-5891-242XNICHT SPEZIFIZIERT
Birner, ThomasLMU München, MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 März 2024
Erschienen in:Journal of the Atmospheric Sciences
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:81
DOI:10.1175/JAS-D-23-0095.1
Seitenbereich:Seiten 583-604
Verlag:American Meteorological Society
Name der Reihe:Multi-Scale Dynamics of Gravity Waves (MS-GWaves)
ISSN:0022-4928
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Gravity Waves, Reanalysis, ERA5, numerical weather prediction, climate model, lidar
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 - Atmosphären- und Klimaforschung, R - Mittlere Atmosphäre
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Lidar
Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystem-Modellierung
Institut für Physik der Atmosphäre > Angewandte Meteorologie
Hinterlegt von: Reichert, Robert
Hinterlegt am:03 Apr 2024 09:54
Letzte Änderung:03 Apr 2024 09:54

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