Original paper

Sensitivity simulations of orographic precipitation with MM5 and comparison with observations in Iceland during the Reykjanes Experiment

Rögnvaldsson, Ólafur; Bao, Jian-Wen; Ólafsson, Haraldur

Meteorologische Zeitschrift Vol. 16 No. 1 (2007), p. 87 - 98

published: Feb 28, 2007

DOI: 10.1127/0941-2948/2007/0181

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Abstract

This paper presents a study of the sensitivity of numerically simulated precipitation across a mesoscale mountain range to horizontal resolution, cloud condensation nuclei (CCN) spectrum, initiation of cloud ice, numerical treatment of horizontal diffusion and initial and boundary conditions. The fifth generation Penn State/National Center for Atmospheric Research (PSU/NCAR) Mesoscale Model (MM5) is used in the study, in which the model is run at 8, 4 and 2 km horizontal resolutions and with a number of microphysical and numerical configurations. The model simulated precipitation is compared to the observed precipitation over the Reykjanes mountain ridge during the Reykjanes Experiment in Southwest Iceland in the autumn of 2002. Improvements in representation in topography at increasing horizontal resolutions yield large improvements in the accuracy of the simulated precipitation. At 8 km horizontal resolution the simulated maximum precipitation is too low, but the simulated precipitation upstream of the mountains is too high. The absolute values and the pattern of the precipitation field improve stepwise when going from horizontal resolutions of 8 km to 2 km, with the main contribution being when going from 8 km to 4 km. Calculations of diffusion and ice initiation do not seem to have a large impact on the simulated precipitation, which is on the other hand quite sensitive to the CCN spectrum. The simulations underestimate the precipitation over the downstream slopes of the mountain ridge by factors of 2-3. There are indications that this underestimation may be associated with a systematic overestimation of downslope winds, and possibly descending motion, by the model.

Kurzfassung

In dieser Publikation wird die Empfindlichkeit des simulierten Niederschlags über mesoskaligem Gebirge bezüglich der horizontalen Auflösung, dem Spektrum der Kondensationkerne (CCN), der Aktivierung der Eisbildung, der numerischen Behandlung der horizontalen Diffusion sowie der Anfangs- und der Randbedingungen studiert. Hiezu wurde das von PSU/NCAR entwickelte mesoskalige Modell MM5 eingesetzt und Simulationen mit horizontalen Auflösungen von 8, 4 und 2 km und mit mehreren mikrophysikalischen und numerischen Konfigurationen durchgeführt. Der simulierte Niederschlag wird mit den Messungen über dem Reykjanes Gebirge während des REX Experimentes in Südwest-Island im Herbst 2002 verglichen. Die Verfeinerung der räumlichen Auflösung der Topographie bewirkt eine wesentliche Verbesserung der Genauigkeit des simulierten Niederschlags. Bei 8 Kilometer Auflösung ist der simulierte maximale Niederschlag zu niedrig, der simulierte Niederschlag im Luv der Gebirgskette jedoch zu hoch. Die Absolutwerte und das räumliche Muster des Niederschlags verbessern sich schrittweise wenn man die horizontale Auflösung von 8 km auf 2 km erhöht, wobei der Hauptanteil beim Schritt von 8 km auf 4 km liegt. Unterschiedliche Berechnungen der Diffusion sowie der Aktivierung der Eisbildung scheinen keine großen Auswirkungen auf den simulierten Niederschlag zu haben. Auf die Wahl des CCN Spektrums ist er hingegen ziemlich empfindlich. Die Simulationen unterschätzen den Niederschlag im Lee der Gebirge um Faktoren von 2 bis 3. Es gibt Hinweise, dass diese Unterschätzung mit einer Überschätzung des leeseitigen Hangabwindes und einer generellen Absinkbewegung durch das Modell einher geht.