Gå til hovedinnhold

The Bjerknes Centre is a collaboration on climate research, between the University of Bergen, Uni Research, the Institute of Marine Research, Nansen Environmental and Remote Sensing Centre.

Dybde versus tetthet

Figuren viser et vertikalt snitt av en typisk situasjon der en iskappe møter havet. Iskappen er i hvitt, mens havet er i blå og rød farge for henholdsvis tunge og lette vannmasser. I a) vises en kontinuerlig fremstilling, mens b) viser hvordan dette kommer fram i en modell med dybdekoordinat og c) i en modell med tetthetskoordinat.

Dybde versus tetthet

Havkomponenten i NorESM tilhører  “state of the art” innen globale havklimamodeller.

Fra brosjyren NorESM - Ryggraden i norsk klimamodellering

Et fundamentalt valg i havmodellering er hvilken vertikal koordinat man skal benytte.

Innen global havklimamodellering har det mest vanlige valget vært å benytte dybde som vertikal koordinat. Havmodellen i NorESM benytter derimot potensiell tetthet som vertikal koordinat.

En av fordelene med dette valget har vi sett i EarthClim, der vi gjort de første stegene mot å tilpasse havmodellen til å håndtere vekselvirkning med iskapper og flytende isbremmer. Dette er et ledd i utviklingen frem mot at NorESM skal kunne simulere massebalansen i iskapper som er viktig for å forbedre framskriving av havnivå og for bruk av modellen i fortidsstudier.

Dybde vs tetthet. Mats Bentsen 2015
Figuren viser et vertikalt snitt av en typisk situasjon der en iskappe møter havet. Iskappen er i hvitt, mens havet er i blå og rød farge for henholdsvis tunge og lette vannmasser. I a) vises en kontinuerlig fremstilling, mens b) viser hvordan dette kommer fram i en modell med dybdekoordinat og c) i en modell med tetthetskoordinat.

 

I figur a) ser vi et vertikalt snitt som viser en typisk situasjon hvor en iskappe møter havet. Figur b) og c) viser hvordan denne situasjonen er representert med henholdsvis dybde- og tetthetskoordinat. I denne situasjonen mener vi at en modell med tetthetskoordinat er svært velegnet siden beskrivelsen av en kompleks geometri kan gjøres relativt nøyaktig og at en bevegelig grense mellom isbrem og hav er forholdsvis enkel å håndtere.

Figuren viser også en annen fordel med tetthetskoordinat over dybdekoordinat og det er i beskrivelsen av tungt vann som renner over terskler for deretter bli akselerert mot dypet hvor vannmassen har nøytral oppdrift. I EarthClim har vi oppnådd at havmodellen kan akseptere tilstedeværelsen av en isbrem og realistisk simulere sirkulasjonen under en statisk isbrem.
 

Blandingsprosesser

Med en gitteroppløsning som er benyttet i dagens jordsystemmodeller, vil en rekke viktige prosesser ikke bli tilfredsstillende beskrevet med de grunnligningene for væskedynamikk og termodynamikk. Slike prosesser blir håndtert i modellen med såkalte parametriseringer. Dette er metoder som ikke baserer seg på grunnligningene, men hvor en kombinasjon av fysisk forståelse av prosessen og observerte egenskaper inngår.

Ofte introduseres parametere som man ikke kjenner nøyaktig verdi på og som gjerne er problemavhengige, som for eksemple gitteroppløsning. disse parametrene justeres for å skape en mest mulig realistisk simulering og er en tidkrevende prosess i jordsystemmodellering. 

Dersom vi tenker at vannmassene i havet er lagdelt som i figur c), så blandes vannmassene mer langs lagene enn på tvers av dem. Den svake, men meget viktige vertikale blandingen på tvers av lagene er spesielt utfordrende å modellere. Vi ser at modeller med tetthetskoordinat er spesielt velegnet til å representere den enorme kontrasten mellom blandingsprosesser på langs og på tvers av lag.

I EarthClim har vi arbeidet med å forbedre parameteriseringen av sistnevnte ved å inkludere en mer avansert turbulensmodell og å endre bakgrunnsblandingen på høyere breddegrader.
 

"State of the art"

I CMIP5 var NorESM kun en av tre modeller som benyttet tetthet som vertikal koordinat. Noen fordeler med dette valget er nevnt over, men det er også utfordringer som det jobbes kontinuerlig med.

De siste årene har havmodeller med tetthetskoordinat modnet betraktelig og nyere modellsammenligninger viser at havkomponenten i NorESM tilhører “state of the art” innen globale havklimamodeller.