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Accès ouvert déclaré 2024 preprint

Enhancing Winter Climate Simulations of the Great Lakes: Insights from a New Coupled Lake-Ice-Atmosphere (CLIAv1) Model on the Importance of Integrating 3D Hydrodynamics with a Regional Climate Model

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Le résumé fourni par la source

Abstract. The Laurentian Great Lakes significantly influence the climate of the Midwest and Northeast United States, due to their vast thermal inertia, moisture source potential, and unique heat and moisture flux dynamics. This study presents a newly developed coupled lake-ice-atmosphere (CLIAv1) modeling system for the Great Lakes by coupling the National Aeronautics and Space Administration (NASA)-Unified Weather Research and Forecasting (NU-WRF) regional climate model (RCM) with the three-dimensional (3D) Finite Volume Community Ocean Model (FVCOM) and investigates the impact of coupled dynamics on simulating the Great Lakes' winter climate. By integrating 3D lake hydrodynamics, CLIAv1 addresses the limitations of traditional one-dimensional (1D) lake and demonstrates superior performance in reproducing observed LSTs, ice cover distribution, and the vertical thermal structure of the Great Lakes compared to the NU-WRF model coupled with the default 1D Lake Ice Snow and Sediment Simulator (LISSS). CLIAv1 also enhances simulation of over-lake atmospheric conditions, including air temperature, wind speed, and sensible and latent heat fluxes, underscoring the importance of resolving complex lake dynamics for reliable climate projections. More importantly, this study addresses the crucial question about what are the key processes influencing lake thermal structure and ice cover that are missed by 1D lake models but effectively captured by 3D lake models. Through process-oriented numerical experiments, we identify key 3D hydrodynamic processes – ice transport, heat advection, and shear production in turbulence – that explain the superiority of 3D lake models over 1D lake models, particularly in cold season performance and lake-atmosphere interactions. Properly resolving these processes using 3D hydrodynamic model is crucial for successfully simulating the lake-ice-atmosphere coupled Great Lakes winter system. This research underscores the necessity of incorporating 3D hydrodynamic models in RCMs to improve our predictive understanding of the Great Lakes' response to climate change. The findings advocate for a shift towards high-resolution, physics-based modeling approaches to ensure accurate future climate and limnological projections for large freshwater systems.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Enhancing Winter Climate Simulations of the Great Lakes: Insights from a New Coupled Lake-Ice-Atmosphere (CLIAv1) Model on the Importance of Integrating 3D Hydrodynamics with a Regional Climate Model
Date Crossref
02/10/2024
Éditeur
Copernicus GmbH
Type
posted-content

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • Michigan Technological University Department of Civil pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Argonne National Laboratory Environmental Science Division pays non établi dans la notice
    Structure de recherche
  • University of Wisconsin–Madison pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Goddard Space Flight Center pays non établi dans la notice
    Structure de recherche
  • National Aeronautics and Space Administration pays non établi dans la notice
    Organisme public
  • University of Wisconsin-Madison Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure

Department of Civil — Michigan Technological University, Environmental Science Division — Argonne National Laboratory et University of Wisconsin–Madison, avec 3 autres affiliations.

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

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