Estudios de sensibilidad climática en el hemisferio sur de acuerdo al modelo de circulación general LMDZ/CIMA
Este trabajo consiste, fundamentalmente, en la adaptación de un modelo de circulación general (el LMDZ/CIMA versión CIMA), para el estudio de la climatología del Hemisferio Sur. A fin de optimizar los campos medios simulados por el modelo sobre el Hemisferio Sur, se integraron tres experimentos. La...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis Doctoral |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
1998
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| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3081_Carril |
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MODELADO NUMERICO MODELOS DE CIRCULACION GENERAL VALIDACION DE MODELOS INTERCOMPARACION RESOLUCION HORIZONTAL RESOLUCION MERIDIONAL MALLA CON ZOOM CAMBIO CLIMATICO HEMISFERIO SUR NUMERICAL MODELING GENERAL CIRCULATION MODELS VALIDATION INTERCOMPARISON HORIZONTAL RESOLUTION MERIDIONAL RESOLUTION STRECHED GRID SCHEME CLIMATE CHANGE SOUTHERN HEMISPHERE |
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MODELADO NUMERICO MODELOS DE CIRCULACION GENERAL VALIDACION DE MODELOS INTERCOMPARACION RESOLUCION HORIZONTAL RESOLUCION MERIDIONAL MALLA CON ZOOM CAMBIO CLIMATICO HEMISFERIO SUR NUMERICAL MODELING GENERAL CIRCULATION MODELS VALIDATION INTERCOMPARISON HORIZONTAL RESOLUTION MERIDIONAL RESOLUTION STRECHED GRID SCHEME CLIMATE CHANGE SOUTHERN HEMISPHERE Carril, Andrea F. Estudios de sensibilidad climática en el hemisferio sur de acuerdo al modelo de circulación general LMDZ/CIMA |
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MODELADO NUMERICO MODELOS DE CIRCULACION GENERAL VALIDACION DE MODELOS INTERCOMPARACION RESOLUCION HORIZONTAL RESOLUCION MERIDIONAL MALLA CON ZOOM CAMBIO CLIMATICO HEMISFERIO SUR NUMERICAL MODELING GENERAL CIRCULATION MODELS VALIDATION INTERCOMPARISON HORIZONTAL RESOLUTION MERIDIONAL RESOLUTION STRECHED GRID SCHEME CLIMATE CHANGE SOUTHERN HEMISPHERE |
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Este trabajo consiste, fundamentalmente, en la adaptación de un modelo de circulación general (el LMDZ/CIMA versión CIMA), para el estudio de la climatología del Hemisferio Sur. A fin de optimizar los campos medios simulados por el modelo sobre el Hemisferio Sur, se integraron tres experimentos. La experiencia "suave" difiere del "control" en el valor impuesto sobre el coeficiente de intercambio turbulento (Cd); mientras que la experiencia "zoom" es una sensibilidad a la distribución de los puntos del reticulado en la dirección meridional. De hecho, la experiencia de control indicó que la simulación de los campos medios básicos del Hemisferio Sur con el modelo en su versión original, no es del todo apropiada. Sin embargo, el ajuste del coeficiente Cd efectuado en el experimento "suave" mejoró la representación de la vaguada circumpolar, incrementando significativamente la intensidad de los ciclones marinos de latitudes medias, aunque poco modificó la estructura del jet invernal. La definición de una malla con zoom meridional, mejoró significativamente la representación de la presión a nivel del mar y del jet austral, dada la particular sensibilidad de las variables dinámicas a la resolución horizontal. Sin embargo, las falencias en la representación de las variables físicas (como la precipitación) parecen más dependientes de las parametrizaciones físicas, que de la resolución en sí misma. En un posterior esfuerzo por profundizar la validación del modelo en su versión con zoom, se observó que la energía cinética total es subestimada, principalmente debido a la inadecuada representación las perturbaciones transientes. La baja resolución del modelo es un factor determinante para la simulación de este campo. No obstante, el modelo reprodujo aceptablemente el flujo medio zonal de calor y de cantidad de movimiento por las perturbaciones transientes. En líneas generales se observó que la simulación de la baroclinicidad del flujo medio aproxima adecuadamente a la baroclinicidad del campo observado. No obstante, la energía cinética de las perturbaciones transientes es pobre, debido a la inadecuada representación del término de conversión baroclínica. Sin embargo, el modelo es capaz de reproducir el efecto de las perturbaciones sobre el flujo medio: las perturbaciones tienden a acelerar al flujo medio zonal al sur de 30º S. Asimismo, se validó la representación de la componente asimétrica del flujo medio, la cual presenta la estructura fuertemente barotrópica de las ondas observadas, aunque falla en modelar la propagación vertical de las mismas, debido a la baja resolución vertical del modelo (solo posee dos niveles estratosféricos). Con el fin de estudiar el alcance de los resultados obtenidos a través de la técnica de la inclusión del zoom meridional, se realizaron una serie de experimentos de sensibilidad a la resolución horizontal (baja, media y alta resolución). Los mismos fueron llevados a cabo con el modelo en su versión con zoom y sin zoom. De esta intercomparación surgió que: i) la introducción de un zoom en la región de los máximos gradientes de circulación no genera perturbaciones numéricas espúreas, sino que ii) favorece la representación de los campos simulados a punto tal que, un experimento con zoom en una resolución horizontal dada, produce campos comparables a los provenientes de una experiencia con malla regular pero con una resolución horizontal 50% mayor (sin incrementar los costos computacionales del experimento). Posteriormente, con el objeto de profundizar la validación del MCG LMDZ/CIMA, en cuanto a la representación de posibles estados climáticos futuros, se trabajó en la intercomparación de sus campos, con algunos campos medios provenientes de la integración de otros modelos. Se concluyó que el modelo LMDZ/CIMA es capaz de simular los procesos de interacción relevantes al estudio del cambio climático. Finalmente, se diseñó un experimento de sensibilidad forzado por un gradiente meridional anómalo en las temperaturas de la superficie del mar extratropical. Se observó que la circulación atmosférica responde al forzante anómalo impuesto en latitudes extratropicales, con el desplazamiento del jet polar hacia el norte. Particularmente se advierte que, el debilitamiento del transporte de cantidad de movimiento en latitudes extratropicales, sería el responsable del debilitamiento de la rama subpolar del jet y del fortalecimiento la rama subtropical. Cabe señalar que los resultados de este experimento de sensibilidad climática son coincidentes con estudios previos de remoción del hielo marino en los alrededores del continente antártico; aunque distintos a los resultados de otros autores que realizaron experimentos de calentamiento global. Estos resultados indicarían que los efectos derivados del incremento del vapor de agua en la atmósfera y de la intensificación del gradiente meridional de temperatura en altura, podrían ser de mayor relevancia al cambio climático, que la modificación del gradiente meridional de temperatura de superficie. |
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todo:tesis_n3081_Carril2023-10-03T12:36:16Z Estudios de sensibilidad climática en el hemisferio sur de acuerdo al modelo de circulación general LMDZ/CIMA Climate sensitivity studies over the southern hemisphere using the LMDZ/CIMA general circulation model Carril, Andrea F. MODELADO NUMERICO MODELOS DE CIRCULACION GENERAL VALIDACION DE MODELOS INTERCOMPARACION RESOLUCION HORIZONTAL RESOLUCION MERIDIONAL MALLA CON ZOOM CAMBIO CLIMATICO HEMISFERIO SUR NUMERICAL MODELING GENERAL CIRCULATION MODELS VALIDATION INTERCOMPARISON HORIZONTAL RESOLUTION MERIDIONAL RESOLUTION STRECHED GRID SCHEME CLIMATE CHANGE SOUTHERN HEMISPHERE Este trabajo consiste, fundamentalmente, en la adaptación de un modelo de circulación general (el LMDZ/CIMA versión CIMA), para el estudio de la climatología del Hemisferio Sur. A fin de optimizar los campos medios simulados por el modelo sobre el Hemisferio Sur, se integraron tres experimentos. La experiencia "suave" difiere del "control" en el valor impuesto sobre el coeficiente de intercambio turbulento (Cd); mientras que la experiencia "zoom" es una sensibilidad a la distribución de los puntos del reticulado en la dirección meridional. De hecho, la experiencia de control indicó que la simulación de los campos medios básicos del Hemisferio Sur con el modelo en su versión original, no es del todo apropiada. Sin embargo, el ajuste del coeficiente Cd efectuado en el experimento "suave" mejoró la representación de la vaguada circumpolar, incrementando significativamente la intensidad de los ciclones marinos de latitudes medias, aunque poco modificó la estructura del jet invernal. La definición de una malla con zoom meridional, mejoró significativamente la representación de la presión a nivel del mar y del jet austral, dada la particular sensibilidad de las variables dinámicas a la resolución horizontal. Sin embargo, las falencias en la representación de las variables físicas (como la precipitación) parecen más dependientes de las parametrizaciones físicas, que de la resolución en sí misma. En un posterior esfuerzo por profundizar la validación del modelo en su versión con zoom, se observó que la energía cinética total es subestimada, principalmente debido a la inadecuada representación las perturbaciones transientes. La baja resolución del modelo es un factor determinante para la simulación de este campo. No obstante, el modelo reprodujo aceptablemente el flujo medio zonal de calor y de cantidad de movimiento por las perturbaciones transientes. En líneas generales se observó que la simulación de la baroclinicidad del flujo medio aproxima adecuadamente a la baroclinicidad del campo observado. No obstante, la energía cinética de las perturbaciones transientes es pobre, debido a la inadecuada representación del término de conversión baroclínica. Sin embargo, el modelo es capaz de reproducir el efecto de las perturbaciones sobre el flujo medio: las perturbaciones tienden a acelerar al flujo medio zonal al sur de 30º S. Asimismo, se validó la representación de la componente asimétrica del flujo medio, la cual presenta la estructura fuertemente barotrópica de las ondas observadas, aunque falla en modelar la propagación vertical de las mismas, debido a la baja resolución vertical del modelo (solo posee dos niveles estratosféricos). Con el fin de estudiar el alcance de los resultados obtenidos a través de la técnica de la inclusión del zoom meridional, se realizaron una serie de experimentos de sensibilidad a la resolución horizontal (baja, media y alta resolución). Los mismos fueron llevados a cabo con el modelo en su versión con zoom y sin zoom. De esta intercomparación surgió que: i) la introducción de un zoom en la región de los máximos gradientes de circulación no genera perturbaciones numéricas espúreas, sino que ii) favorece la representación de los campos simulados a punto tal que, un experimento con zoom en una resolución horizontal dada, produce campos comparables a los provenientes de una experiencia con malla regular pero con una resolución horizontal 50% mayor (sin incrementar los costos computacionales del experimento). Posteriormente, con el objeto de profundizar la validación del MCG LMDZ/CIMA, en cuanto a la representación de posibles estados climáticos futuros, se trabajó en la intercomparación de sus campos, con algunos campos medios provenientes de la integración de otros modelos. Se concluyó que el modelo LMDZ/CIMA es capaz de simular los procesos de interacción relevantes al estudio del cambio climático. Finalmente, se diseñó un experimento de sensibilidad forzado por un gradiente meridional anómalo en las temperaturas de la superficie del mar extratropical. Se observó que la circulación atmosférica responde al forzante anómalo impuesto en latitudes extratropicales, con el desplazamiento del jet polar hacia el norte. Particularmente se advierte que, el debilitamiento del transporte de cantidad de movimiento en latitudes extratropicales, sería el responsable del debilitamiento de la rama subpolar del jet y del fortalecimiento la rama subtropical. Cabe señalar que los resultados de este experimento de sensibilidad climática son coincidentes con estudios previos de remoción del hielo marino en los alrededores del continente antártico; aunque distintos a los resultados de otros autores que realizaron experimentos de calentamiento global. Estos resultados indicarían que los efectos derivados del incremento del vapor de agua en la atmósfera y de la intensificación del gradiente meridional de temperatura en altura, podrían ser de mayor relevancia al cambio climático, que la modificación del gradiente meridional de temperatura de superficie. This thesis is mainly concerned with the adaptation of the LMDZ/CIMA General Circulation Model, in order to be able to study the Southern Hemisphere climatology. The first step of this work was to make the necessary adjustments to improve the representation of the mean fields. Three experiments were designed. The "smooth" experiment differs from the "control" one in the value imposed to the drag coefficient Cd; and the "zoom" experiment is an experiment with stretched grid scheme. In fact, the control experiment shows that the Southern Hemisphere simulation is not appropriate. Nevertheless, the tuning into the drag coefficient improved the subpolar throught representation. The "zoom" experiment improved the representation of the sea level pressure and the polar jet. Nevertheless, the physical variable misrepresentations appeares to be more related to the physical parameterizations than the resolution itself. The "zoom" experiment underestimates the representation of the transients disturbances, maybe because of the model coarse resolution. However, it reproduces acceptably the heat and angular momentum transients fluxes. In general, it is observed that the mean flow baroclinicity is well represented. However, the kinetic energy of the transient disturbances is underestimated, due to the inadequate representation of the baroclinic conversion term. Nevertheless, the model reproduces the effects of the eddies on the mean flow: the disturbances tend to accelerate the westerlies south of 30ºS. The zoom version model also represents the barotropic structure of the southern stationary waves, but not the vertical propagation of the waves due to its coarse vertical resolution. In order to determine the benefits of having applied the stretched grid scheme technique, horizontal resolution experiments were done (low, medium and high-resolution). These experiments were carried out with zoom and with regular grid. The results of this intercomparison showed that: i) the zoom introduction does not generate numerical disturbances, and ii) it is observed that the zoom experiments with a specified horizontal resolution compare well with those of regular grid and 50% greater resolution, without increasing the computational costs. In order to test the ability of LMDZ/CIMA GCM to reproduce different climate scenarios, an intercomparison with other model simulations were performed. It was found that the LMDZ/CIMA model is able to represent the interaction processes involved on the climate change. Finally, a sensitivity experiment forced by anomalous extratropical meridional gradient of sea surface temperature was designed. It was observed that the atmospheric circulation responds to the imposed anomalous temperatures, with a northern displacement of the polar jet. Particularly, it was conclude that the weakening of the transient momentum transport would induce the weakening of the subpolar jet and the intensification of the subtropical jet. It was found that the sensitivity experiment resembles to previous studies of Antarctic marine ice removal, whereas it differs than other experiments of global warming. This result could be explain by the fact that the increase of water-vapor and to the intensification of the temperature gradient at height levels, could be more relevant to the atmospheric circulation than the change in the meridional gradient of sea surface temperatures. Fil: Carril, Andrea F.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. 1998 Tesis Doctoral PDF Español info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3081_Carril |