Moln och strålning
Moln och deras interaktion med jord- och solstrålning är en av de största svagheterna i klimatmodeller och numeriska väderprognosmodeller. SMHI arbetar aktivt med att utveckla parametriseringar som beskriver den komplexa interaktionen mellan fuktighet och strålning i atmosfären. Arbetet koncentrerar sig på upplösningen 10-50 km. Särskilt studeras:
- Nya metoder att parametrisera strålning
- Fuktighetsbevarande turbulens-scheman och statistiska moln-scheman
- Parametrisering av nederbörd
- Utveckling av Kain-Fritschs kovektions-schema
- Antaganden om överlappande moln
Land och vegetation
Ett markschema kopplat till en klimatmodell måste kunna beskriva processer på tidsskalan 1-24 timmar. Markschemat i RCA är utvecklat för att beskriva processer i alla sorters klimat, men med särskilt fokus på fysikaliska processer på mellanhöga och höga latituder där det finns snö och frusen mark. Markschemat har tre huvudsyften:
- Att vara ett undre randvillkor till atmosfären. Vilket betyder att förse atmosfären med realistiska strålnings-, värme-, och momentumflöden
- Att förse haven med realistisk avrinning
- Att simulera viktiga variabler vid markytan, som temperatur och fuktighet på två meters höjd, vindhastigheten på tio meters höjd samt snöutbredning
Ur atmosfärisk synvinkel har markschemat tre egenskaper med hänsyn till temperatur: skog, öppet land och snö. Det öppna landet är uppdelat i en bevuxen del och en del utan växtlighet med hänsyn till det latenta värmeflödet (markresistans). De enskilda latenta flödena av värme och momentum vägs samman efter delarnas relativa storlek. Markytan antas lokalt vara i jämvikt över varje del, vilket betyder att de har egen aerodynamisk resistans. Skogs-delen är internt uppdelad i tre underdelar: lövverk, markyta och snö på markytan. Dessa är tätt sammankopplade genom temperatur- och fuktighetsförhållanden i luften kring lövverket. Allt som allt ger det 3-5 olika energibalanser vid marken beroende på om det finns snö eller ej. Marken i markschemat är tre meter djupt och uppdelat i fem lager med avseende på temperatur.
Totalt lagras vatten prognostiskt på åtta olika sätt i markschemat: interception av vatten på vegetation på öppet land och i skogens lövverk, snöns vattenekvivalent på öppet land och i skog, vatteninnehåll i båda snötyper samt två markfuktigheter.
Havsis
Rossby Centre utvecklar en tredimensionell kopplad havsismodell för klimatstudier i havet. Havsmodellen baseras på primitiva ekvationer. Havsismodellen är en två-nivåmodell av Hiblertyp med elastisk-viskös-plastisk reologi. Särskilt studeras:
- Parametrisering av omblandning
- Formuleringar av öppna randvillkor
- Modellering av gränsskiktet på havsbotten
- Parametrisering av värmeflöden och färskvattenflöden på havsytan
- Ismodeller med fler iskategorier
- Tekniker att förbättra parallelliseringen i modellen
Modellutvärdering
Modellutveckling och modellutvärdering är nära besläktade. Även om modeller baseras på fysik så innehåller de empiriska begränsningar, på grund av otillräckliga observationer av någon process och/eller begränsningar på grund av tillgängliga datorresurser.
Syftet med modellutveckling och modellutvärdering är förstås att det ska ge ett modellsystem som är bättre än tidigare. ”Bättre” har i detta avseende mer än en mening. Att förbättra en identifierad svaghet i beskrivningen av någon process är ett sätt att förbättra modellen. Ett mer övergripande mål i modellutvecklingen är emellertid att på ett mer komplett sätt kunna beskriva det verkliga fysikaliska systemet. En bättre fysikalisk beskrivning ger inte nödvändigtvis genast en bättre överrensstämmelse mellan modellresultat och tillgängliga observationer. Det är ändå en förbättring av grunden för vidare utveckling av både modeller och teori. Därför kan man acceptera att en ny modellversion presterar något sämre än en gammal version, åtminstone som ett mellansteg i utvecklingsprocessen, om förändringarna i modellen berättigas av ett fysikaliskt resonemang.