Tropical extratropical interaction and systematic errors of climate models

Abstract

The nature of the Quasi-Stationary Waves (QSW) observed in an aquaplanet model, which consists of an Atmospheric General Circulation Model (AGCM) whose lower boundary is given by a swamp ocean, is investigated in detail. In this experimental setting, using Hayashi spectra of atmospheric energetics, QSW are identified as being marginally stable baroclinic waves. This novel theoretical paradigm is then applied for studying QSW in the real world. The examination of NCEP-DOE reanalysis reveals that a coherent QSW, of zonal wavenumber four, forms in the Southern Hemisphere austral summer. Its growth seems to be favoured by El Nino tropical conditions, and mechanisms of interaction consistent with the aquaplanet theory are proposed. The ECHAM5 AGCM, set-up in AMIP configuration, does not satisfactorily reproduce the observed QSW activity, and its misrepresentation is analysed as a function of the systematic errors of the model. The role played by the model resolution for better capturing QSW is extensively discussed.

È dapprima investigata la natura delle Onde Quasi-Stazionarie (OQS) osservate in un modello aquaplanet, che consiste in un modello di circolazione generale dell'atmosfera in cui la superficie terrestre è costituita da uno swamp ocean. In queste condizioni sperimentali, analizzando l'energetica tramite gli spettri di Hayashi, le OQS sono identificate come onde barocline marginalmente stabili. Questo nuovo paradigma teorico è quindi applicato allo studio delle OQS nel mondo reale. Dall'esame delle reanalisi NCEP-DOE si scopre che coerenti OQS, con numero d'onda zonale quattro, si formano durante l'estate australe nell'emisfero sud. La crescita dell'onda sembra essere favorita dalle condizioni tropicali associate ad El Nino, e sono proposti meccanismi di interazione con i tropici consistenti con la teoria sviluppata nell'aquaplanet. Il modello ECHAM5, in configurazione AMIP, non simula in modo soddisfacente queste OQS, e gli aspetti non catturati sono analizzati in relazione agli errori sistematici del modello. Viene infine evidenziato il ruolo svolto della risoluzione del modello per ottenere una migliore simulazione delle OQS.