Schepanski, Kerstin (2006) Natürliche Variabilität der Wolken im Klimamodell. (Diploma thesis), Christian-Albrechts-Universität, Kiel, Germany, 121 pp.

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Abstract

Wolken spielen im globalen Wasser- und Energiekreislauf eine bedeutende Rolle. Ständig sind rund 66% der Erde von Wolken bedeckt. Der Bedeckungsgrad variiert auf saisonalen, interannualen und interdekadischen Zeitskalen.
In dieser Diplomarbeit soll neben der saisonalen Variabilität der Bedeckung auch die interannuale und interdekadische Variabilität des Bedeckungsgrades in einem gekoppelten Atmosphäre/Ozean Zirkulationsmodell ECHAM5/NEMO untersucht werden. Im weiteren werden Wechselwirkungen zwischen dem Bedeckungsgrad und anderen Klimavariablen (SST, Bodenluftdruck, Niederschlag) betrachtet.
Im ersten Teil (Kapitel 5 und 6) der vorliegenden Arbeit wird zur Validierung der Modelldaten eine Vergleichsstudie mit globaler Wolkenbedeckung aus Satellitenbeobachtungen des International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) durchgeführt. Die globale Verteilung der Gesamtbedeckung im Modell folgt entsprechend den Beobachtungsdaten der für die verschiedenen Klimazonen typischen Verteilung. Es zeigen sich jedoch lokale Differenzen. So ist die globale Gesamtbedeckung im Model global um 2,46% höher als beobachtet. Die Gesamtbedeckung in den Tropen, Subtropen und Teilen der mittleren Breiten wird vom Modell unterschätzt, in den subpolaren und polaren Breiten wird diese vom Modell überschätzt. Die saisonale Variabilität des Bedeckungsgrades wird vom Modell verstärkt wiedergegeben. Diese Unterschiede wurden auch in anderen Vergleichsstudien zwischen modellierter Bedeckung in GCMs und Satellitendaten gefunden.
Der zweite Teil (Kapitel 7) dieser Diplomarbeit beschreibt Korrelationsanalysen zwischen dem Bedeckungsgrad und der SST sowie dem Bodenluftdruck. Anhand dieser Korrelationsanalysen werden Aussagen über gemeinsame Variabilitäten getroffen. Ziel ist es, Wechselwirkungen aufzuzeigen. Im Vergleich zwischen modellierter und beobachteter SST zeigen sich Abweichungen von bis zu 6 K. Ein Vergleich von Korrelationen zwischen Bedeckungsgrad und SST sowohl mit Modelldaten als auch mit Beobachtungsdaten zeigt jedoch, dass die Haupkorrelationsmuster vom Modell wiedergegeben werden. Jedoch können aufgrund der gröberen Auflösung im Modell kleinskalige Wechselwirkungen nicht im Detail wiedergegeben werden.
Neben der SST nimmt der Bodenluftdruck starken Einfluss auf die Wolkenbedeckung. Muster hoher Korrelationen stimmen jedoch nur bedingt mit der klimatologischen Verteilung des Bodenluftdrucks und seinen Drucksystemen (Hochdruckgebiete, Tiefdruckgebiete) überein.
Im dritten Teil (Kapitel 8) dieser Arbeit wird die Variabilität der Wolkenbedeckung auf verschiedenen vertikalen Leveln im Zusammenhang mit der Variabilität der Oberflächentemperatur und dem Bodenlufdruck untersucht. So kann gezeigt werden, dass Rahmenbedingungen am Boden wie Luftdruck und Temperatur mit Wolken in unterschiedlichen Höhen unterschiedlich stark wechselwirken. Im weiteren wird deutlich, dass sich der Anteil der Variabilität des Gesamtbedeckungsgrades aus Variabilitäten in unterschiedlichen Höhen und somit unterschiedlichen Wolkentypen zusammensetzt.
Im letzten Teil (Kapitel 9 und 10) werden Rückkopplungen zwischen dominanten Mustern regionaler Klimavariabilität, ENSO und NAO, in Hinblick auf die Variabilität des Bedeckungsgrades untersucht.

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