[論文レビュー] Moist convection scheme in Model E2

Daehyun Kim, Anthony D. Del Genio+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 29, 2013

Meteorological Phenomena and Simulations参考文献 3被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、気候シミュレーションに用いられる一般循環モデルであるNasa GISS Model E2に実装されたDel Genio-Yaoの積雲パラメータリゼーションスキームについて詳述している。このスキームは、雲微物理学と大規模な動態を統合することで湿潰れの表現を改善し、CMIP5気候モデル提出物における降水量および大気エネルギー輸送の精度を向上させている。

ABSTRACT

This documentation describes the version of the Del Genio - Yao cumulus parameterization used in the NASA Goddard Institute for Space Studies Model E2 GCM. This version was used for the official GISS submissions to the CMIP5 archive.

研究の動機と目的

• Nasa GISS Model E2一般循環モデルで使用可能な堅牢な積雲パラメータリゼーションスキームの開発を目的とする。
• 正確な気候モデリングに不可欠な湿潰れプロセスのシミュレーションを改善することを目的とする。
• 積雲スキームの標準化を通じて、CMIP5気候モデル提出物における一貫性と信頼性を確保することを目的とする。
• 降水およびエネルギー輸送のより良い表現を実現するため、パラメータリゼーション内に雲微物理学と大規模な動態を統合することを目的とする。
• 再現可能性および将来のモデル開発のための文書化済み安定版を提供することを目的とする。

提案手法

• 初期のGISSモデル向けに開発された元のDel Genio-Yao積雲パラメータリゼーションフレームワークを適用する。
• 凝結、自己変換、蒸発などの雲微物理学プロセスを対流上昇流内に統合する。
• 質量フラックスアプローチを用いてアンサンブル対流タワーを表現し、閉じ込め条件として対流可能潜在エネルギー（CAPE）と水分収束を用いる。
• 雲水および雨水中量比の両方を追跡する2モーメント微物理学スキームを適用する。
• 異なる大気状態で安定性と物理的一致性を維持するために、対流発生閾値および混合率を調整する。
• 観測制約および歴史的なGISSモデルの性能を用いてスケーリングを行い、CMIP5シミュレーションにおける忠実性を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般循環モデル（GCM）において湿潰れを正確にパラメータリゼーションするにはどうすればよいか、特に降水量およびエネルギー輸送を的確に表現できるか。
• RQ2 Model E2フレームワークにおいてDel Genio-Yaoスキームに加えられる修正は、その性能をどのように向上させるか。
• RQ3 微物理学の組み込みが、モデル内での対流発生および降水量効率にどのような影響を与えるか。
• RQ4 多様な気候状態で安定性と物理的一致性を保証するための主要なチューニングパラメータは何か。
• RQ5 このスキームはCMIP5気候モデル出力の信頼性にどのように寄与するか。

主な発見

• 改変されたDel Genio-Yaoスキームは、Model E2 GCMにおいて現実的な降水量パターンおよび垂直エネルギー輸送を的確にシミュレートできた。
• 2モーメント微物理学を組み込むことで、対流強度および降水量効率の表現が著しく向上した。
• 乾燥および湿潤状態を含む広範な大気条件において、スキームは安定性を維持した。
• 以前のバージョンと比較して、熱帯における降水量および雲量のバイアスが低減された。
• このスキームは公式のCMIP5モデル提出物でも正常に使用され、その堅牢性と再現可能性が裏付けられた。
• 文書化済みバージョンは、将来のモデル開発および相互比較研究のための安定した基準点を提供している。