Original paper

One year measurement and simulation of turbulent surface heat fluxes over the Baltic Sea

Hennemuth, Barbara; Jacob, Daniela

Meteorologische Zeitschrift Vol. 11 No. 2 (2002), p. 105 - 118

published: May 8, 2002

DOI: 10.1127/0941-2948/2002/0011-0105

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ArtNo. ESP025011102004, Price: 29.00 €

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Abstract

One of the aims of the "Pilot Study of Evaporation and Precipitation in the Baltic Sea" (PEP in BALTEX) is the improvement of the parameterisation of evaporation over the Baltic Sea in models. The atmospheric regional climate model REMO is used here to simulate evaporation over the Baltic Sea for one year. The turbulent surface fluxes of latent and sensible heat are determined by a bulk formula using prescribed sea surface temperature (SST) values from a coarser grid. Comparison with measurements at four coastal or island sites which can be considered to be marine sites during onshore winds turns out to be problematic: Deviations of the prescribed SST from measured SST are great at certain times and systematic due to seasonal heating or cooling of the water near coasts. A test with realistic SSTs at one site for a 5-days period strongly reduces the heat fluxes. Comparisons with measured fluxes during the periods with strongest evaporation - cold air outbreak with easterly wind in autumn - were not possible due to the specific location of the measuring sites. Three parameterisation schemes are tested in REMO and the effect of e.g. the wind speed dependence of the transfer coefficient CHN is not as great as expected from tests with artificial data. For future comparisons of regional model results with single-point measurements, measured data in rather homogeneous areas, which are representative for the gridbox area, should be taken. In inhomogeneous areas, mesoscale models may serve as a bridge between the gridbox of the regional model and the measuring point. Application of a fully coupled atmospheric-oceanographic model should improve the SST resolution both in space and time.

Kurzfassung

Eines der Ziele des Pilotprojektes ,,Verdunstung und Niederschlag über der Ostsee" (PEP in BALTEX) ist eine Verbesserung der Parameterisierung der Verdunstung über der Ostsee in Modellen. Hier wird das atmosphärische Regionalmodell REMO verwendet, um Simulationen der Verdunstung für ein Jahr durchzuführen. Die turbulenten Bodenflüsse fühlbarer und latenter Wärme werden im Modell durch eine bulk-Formel bestimmt, wobei vorgeschriebene Wasseroberflächentemperaturen (SST) aus einem gröberen Gitter verwendet werden. Der Vergleich der Modellergebnisse mit Messungen an vier Küsten- bzw. Inselstationen, die während auflandiger Strömung als maritim angesehen werden können, erweist sich als problematisch: Die Abweichung der vorgeschriebenen SST von gemessenen Werten ist zu gewissen Zeiten groß und weist aufgrund der jahreszeitlichen Erwärmung oder Abkühlung des Wassers in Küstennähe eine Systematik auf. Ein Test mit realistischen SSTs an einer Station über 5 Tage erniedrigt deutlich die Wärmeflüsse. Vergleiche mit Messungen gerade in den Zeiten größter Verdunstung - bei Kaltluftausbrüchen mit Ostwinden im Herbst - waren wegen der Lage der Messstationen nicht möglich. In REMO werden drei Parameterisierungsschemata getestet; der Effekt etwa der Windgeschwindigkeitsabhängigkeit des Transferkoeffizienten CHN ist nicht so groß, wie man mit künstlichen Daten erwarten würde. Zukünftige Vergleiche der Ergebnisse von Regionalmodellen mit Punktmessungen sollten mit Messdaten aus homogener Umgebung, die repräsentativ für die Gitterbox sind, vorgenommen werden. In inhomogenem Gebiet könnte ein Mesoskalenmodell als Brücke zwischen der Gitterbox des Regionalmodells und der Punktmessung dienen. Eine weitere Verbesserung wird durch ein gekoppeltes Atmosphären-Ozeanmodell mit besserer Auflösung der SST erwartet.