[論文レビュー] Inconsistencies between long-term trends in storminess derived from the 20CR reanalysis and observations

Oliver Krueger, Schenk, Frederik+2 more|Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Materialforschung und kustenforschung (The Helmholtz Center Geesthacht)|May 23, 2012

Oceanographic and Atmospheric Processes被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、20CR再解析と観測データを用いて、北東大西洋における長期的な嵐の頻度の変化傾向を、広く用いられている気圧に基づく嵐指数によって比較した。その結果、特に20世紀前半において顕著な不一致が判明し、観測データの増加に伴い時間経過とともに再解析に組み込まれる観測数が増加していることにより、20CRに顕著な不均一性が生じており、特に初期の期間における傾向分析の信頼性が制限されている可能性があることが示された。

ABSTRACT

Global atmospheric reanalyses have become a common tool for both the validation of climate models and diagnostic studies, such as assessing climate variability and long-term trends. Presently, the 20th Century Reanalysis (20CR), which assimilates only surface pressure reports, sea-ice, and sea surface temperature distributions, represents the longest global reanalysis dataset available covering the period from 1871 to the present. Currently, the 20CR dataset is extensively used for the assessment of climate variability and trends. Here, we compare the variability and long-term trends in Northeast Atlantic storminess derived from 20CR and from observations. A well established storm index derived from pressure observations over a relatively densely monitored marine area is used. It is found that both, variability and long-term trends derived from 20CR and from observations, are inconsistent. In particular, both time series show opposing trends during the first half of the 20th century. Only for the more recent periods both storm indices share a similar behavior. While the variability and long-term trend derived from the observations are supported by a number of independent data and analyses, the behavior shown by 20CR is quite different, indicating substantial inhomogeneities in the reanalysis most likely caused by the increasing number of observations assimilated into 20CR over time. The latter makes 20CR likely unsuitable for the identification of trends in storminess in the earlier part of the record at least over the Northeast Atlantic. Our results imply and reconfirm previous findings that care is needed in general, when global reanalyses are used to assess long-term changes.

研究の動機と目的

• 北東大西洋における嵐の頻度の長期的傾向を検出するための20CR再解析の信頼性を評価すること。
• 地上気圧観測データから導かれた観測された嵐の頻度の傾向と、20CR再解析から得られた傾向を比較すること。
• 特に、時間経過に伴う観測カバレッジの変化に関連する不均一性を含めた、不一致の原因を同定すること。
• 20世紀初頭における気候傾向研究に20CRが信頼できるツールと見なせるかどうかを評価すること。
• 長期的な気候変動および傾向評価において、グローバル再解析を用いる際の注意を強調すること。

提案手法

• 本研究では、北東大西洋の密集した海洋地域における地上気圧観測に基づく、広く用いられている嵐指数を用いた。
• この観測に基づく嵐指数を、1871年から現在までの期間をカバーする20CR再解析データセットから得られた嵐指数と比較した。
• 20CR再解析は、表面気圧報告、海氷、海面水温データのみを統合しており、長期的なグローバルカバレッジに特徴を持つ。
• 両方のデータセットから嵐の頻度および強度の時系列を生成し、年間変動および長期的傾向について分析した。
• 1871年から2000年までの期間、特に20世紀前半に注目して、傾向および変動パターンの統計的比較を実施した。
• 観測傾向の妥当性を検証するため、独立したデータおよび先行研究と整合性があるかを確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 20CR再解析から得られた北東大西洋における嵐の頻度の長期的傾向は、観測データから得られた傾向と一致するか？
• RQ2 20世紀前半に、20CR再解析と観測データが逆方向の傾向を示すのはなぜか？
• RQ3 時間経過に伴う観測カバレッジの変化が、20CRの長期的傾向検出における信頼性にどの程度影響を及えるのか？
• RQ4 20CRにおける嵐の頻度の傾向は、独立した観測および分析的証拠と整合的か？
• RQ5 20CRは、北東大西洋における嵐の頻度の長期的気候変動を研究するための信頼できるツールと見なせるか？

主な発見

• 20世紀前半には、20CR再解析が減少傾向を示す一方で、観測データは増加傾向を示しており、嵐の頻度に関する長期的傾向に顕著な逆転が見られた。
• 1950年以降の最近の期間では、両方のデータセットが嵐の頻度の変動および傾向に関して類似した挙動を示しており、後年には一致が見られた。
• 20世紀前半の不一致は、時間経過とともに増加する観測の統合に起因する20CR再解析内の不均一性に起因している可能性が高い。
• 観測された傾向は、複数の独立したデータソースおよび分析によって裏付けられており、観測記録の信頼性が高まる。
• したがって、20CR再解析は、北東大西洋における記録初期の信頼できる長期的嵐の頻度の傾向を特定するには不適切であると考えられる。
• 本研究の結果は、特に20CRを含むグローバル再解析を用いる際の長期的気候傾向評価に注意を払う必要があることを再確認している。