Publication: Impact of improved land surface model physics on simulated climate variability and change
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Publication Date
2022-03-21
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
The land is a pivotal component of the Earth and its climate system since many processes of natural variations in the climate system, which affect the environment and human society, are governed by the land surface. Hence, a good representation of the thermal and hydrological states of the land surface in climate models is important to have a realistic simulation of the coupling between the atmosphere and the lito-biosphere. An influencing factor for improving the realism of the ground energy and water balance in climate models is the depth of the land zero-flux Bottom Boundary Condition Placement (BBCP). Despite recent improvements in modeling land surface processes in climate models, only limited attention has been directed toward the effect of the BBCP in Land Surface Models (LSMs) and its impact on the representation of terrestrial thermodynamics. Previous analytical and modeling studies suggest that the simulation of subsurface thermodynamics in current-generation climate models is not accurate due to the zero-heat-flux BBCP being imposed too close to the surface. An insufficiently deep land component in current-generation climate models compromises the simulation of the terrestrial thermal state and can influence land-atmosphere interactions. Further improvements in LSMs relate to the representation and sensitivity of coupling processes between the ground thermodynamic and hydrological regimes. As moisture is one of the main drivers of near-surface climate interactions, the hydro-thermodynamic coupling is crucial for studying the impacts of perturbations caused by human activity. Under climate change conditions, some areas and ecosystems are more vulnerable to a rapidly warming world than others...
El suelo es un componente fundamental de la Tierra y su sistema climático, ya que muchos procesos de variabilidad natural en el sistema climático, que afectan al medio ambiente y la sociedad humana, se rigen por lo que ocurre en la superficie terrestre. Por lo tanto, una buena representación de los estados térmicos e hidrológicos de la superficie terrestre en los modelos climáticos es importante para tener una simulación realista del acoplamiento entre la atmósfera y la lito-biosfera. Un factor que influye en la mejora del realismo de la energía del suelo y el equilibrio hídrico en los modelos climáticos es la profundidad de la posición de la condición de contorno del fondo (BBCP) de la tierra. Los estudios anteriores sugieren que la simulación dela termodinámica del subsuelo en los modelos climáticos de la generación actual no es precisa debido a que el BBCP de flujo de calor cero se impone demasiado cerca de la superficie. Una componente terrestre insuficientemente profunda en los modelos climáticos compromete la simulación del estado térmico terrestre y puede influir en las interacciones tierra-atmósfera. Otras mejoras en los LSM se relacionan con la representación y la sensibilidad de los procesos de acoplamiento entre los regímenes hidrológico y termodinámico del suelo. Dado que la humedad es uno delos principales impulsores de las interacciones climáticas cercanas a la superficie, el acoplamiento hidro-termodinámico es crucial para estudiar los impactos de las perturbaciones causadas por la actividad humana. En condiciones de cambio climático, algunos hábitats y ecosistemas son más vulnerables que otros en un mundo que se calienta rápidamente en un contexto de vertiginoso cambio global...
El suelo es un componente fundamental de la Tierra y su sistema climático, ya que muchos procesos de variabilidad natural en el sistema climático, que afectan al medio ambiente y la sociedad humana, se rigen por lo que ocurre en la superficie terrestre. Por lo tanto, una buena representación de los estados térmicos e hidrológicos de la superficie terrestre en los modelos climáticos es importante para tener una simulación realista del acoplamiento entre la atmósfera y la lito-biosfera. Un factor que influye en la mejora del realismo de la energía del suelo y el equilibrio hídrico en los modelos climáticos es la profundidad de la posición de la condición de contorno del fondo (BBCP) de la tierra. Los estudios anteriores sugieren que la simulación dela termodinámica del subsuelo en los modelos climáticos de la generación actual no es precisa debido a que el BBCP de flujo de calor cero se impone demasiado cerca de la superficie. Una componente terrestre insuficientemente profunda en los modelos climáticos compromete la simulación del estado térmico terrestre y puede influir en las interacciones tierra-atmósfera. Otras mejoras en los LSM se relacionan con la representación y la sensibilidad de los procesos de acoplamiento entre los regímenes hidrológico y termodinámico del suelo. Dado que la humedad es uno delos principales impulsores de las interacciones climáticas cercanas a la superficie, el acoplamiento hidro-termodinámico es crucial para estudiar los impactos de las perturbaciones causadas por la actividad humana. En condiciones de cambio climático, algunos hábitats y ecosistemas son más vulnerables que otros en un mundo que se calienta rápidamente en un contexto de vertiginoso cambio global...
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, Departamento de Física de la Tierra y Astrofísica, leída el 16-12-2021