Mistral and tramontane: Simulation of mesoscale winds in regional climate models

  • Mistral and Tramontane are wind systems in southern France and the western Mediterranean Sea. Both are caused by similar synoptic situations and channeled in valleys. Their relevance for the climate of the western Mediterranean region motivated this work. The representation of Mistral and Tramontane in regional climate simulations was surveyed with the models ALADIN, WRF, PROMES, COSMO-CLM, RegCM, and LMDZ. ERA-Interim and global CMIP5 simulations (MPI-ESM, CMCC-CM, HadGEM2-ES, and CNRM-CM5) provided the lateral boundary data for the regional simulations regarding the 20th century and two representative concentration pathways for the 21st century (RCP4.5 and RCP8.5). A Mistral and Tramontane time series, a principal component analysis of pressure fields, and a Bayesian network were combined to develop a classification algorithm to identify pressure patterns in favor of Mistral and Tramontane. The regional climate models were able to reproduce the observed climatology of Mistral and Tramontane. Compared to observational data (SAFRAN and QuikSCAT), the simulations underestimate the wind speed over the Mediterranean Sea, mainly at the borders of the main flow. Simulations with smaller grid spacing showed better agreement with the observations. A sensitivity study tested the influence of the Charnock parameter on the Mistral wind field. Its value impacted both wind speed and wind direction. Decreasing the orographic resolution in idealized simulations using COSMO-CLM caused a reduction in wind speed and a broader flow area. Including a parameterization for subgrid scale orography improved the simulation. However, an accurate simulation of Mistral and Tramontane still requires a high-resolution orography. The classification algorithm also was applied to pressure fields from regional climate simulations driven by global simulation data. At the end of the 21st century, only small, non-significant changes in the number of Mistral days per year occur in the projection simulations. The number of Tramontane days per year decreased significantly.
  • Mistral und Tramontane sind die im Westen des Mittelmeeres vorherrschenden Windsysteme. Beide entstehen unter ähnlichen synoptischen Bedingungen und zeichnen sich durch Kanalisierung in Tälern Südfrankreichs aus. Die Relevanz von Mistral und Tramontane für das Klima des westlichen Mittelmeergebiets, unter anderem durch Tiefenwasserbildung, motivierte diese Arbeit. Es wurde die Darstellung von Mistral und Tramontane in regionalen Klimasimulationen mit den Modellen ALADIN, WRF, PROMES, COSMO-CLM, RegCM und LMDZ untersucht. Angetrieben wurden die Simulationen mit Daten aus ERA-Interim und globalen CMIP5 Simulationen (MPI-ESM, CMCC-CM, HadGEM2-ES und CNRM CM5). Zwei repräsentative Konzentrationspfade wurden untersucht (RCP4.5 und RCP8.5). Eine Mistral- und Tramontane-Zeitserie wurde zusammen mit einer Hauptkomponentenanalyse von Druckfeldern und einem Bayesschen Netz zur Entwicklung eines Druckmuster Klassifikationsalgorithmus genutzt. Die regionalen Klimamodelle sind in der Lage die Klimatologie von Mistral und Tramontane zu reproduzieren. Im Vergleich mit Beobachtungsdaten (SAFRAN und QuikSCAT) unterschätzten die Simulationen die Windgeschwindigkeit über dem Mittelmeer, besonders an den Rändern der Hauptströmung. Simulationen mit kleinerer Gitterweite zeigten eine größere Übereinstimmung mit den Beobachtungen. In einer Sensitivitätsstudie wurde der Einfluss des Charnock Parameters auf das Mistral-Windfeld getestet. Es zeigte sich, dass sein Wert sowohl die Windgeschwindigkeit als auch die Windrichtung beeinflusst. Außerdem führte eine Verringerung der Orographiauflösung in idealisierten Simulationen mit COSMO-CLM zu einer geringeren Windgeschwindigkeit und gleichzeitig einem breiteren Mistralstrom. Die Berücksichtigung einer Parametrisierung für subgridskalige Orographie verbesserte die Darstellung. Dies zeigt, dass für eine genaue Simulation von Mistral und Tramontane nicht nur eine hohe Auflösung im numerischen Gitter, sondern auch in der Orographie wünschenswert ist. Der Klassifikationsalgorithmus wurde auch auf Druckmuster aus regionalen Klimasimulationen, die mit globalen Simulationsdaten angetrieben wurden, angewendet. Gegen Ende des 21. Jahrhunderts zeigten sich kleine, statistisch nicht signifikante Änderungen in der Anzahl der Mistraltage pro Jahr für beide repräsentative Konzentrationspfade. Die Anzahl der Tramontanetage pro Jahr nahm jedoch signifikant ab.
Metadaten
Author:Anika Obermann-Hellhund
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-473862
Place of publication:Frankfurt am Main
Referee:Bodo AhrensORCiDGND, Heiko PaethGND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2018/09/03
Year of first Publication:2017
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2018/04/18
Release Date:2018/09/06
Tag:Mistral; Regional Climate Models; Tramontane
Page Number:166
HeBIS-PPN:435970585
Institutes:Geowissenschaften / Geographie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht