[論文レビュー] The climate version of the Eta regional forecast model. 2.Evaluation of the Eta CCS model performance against reanalysis data and surface observations

I. A. Pisnichenko, T. A. Tarasova|ArXiv.org|Jan 11, 2009

Climate variability and models参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、再解析データおよびHadAM3P境界条件を用いて、1979年から1983年までの南米地域におけるEta CCS地域気候モデルの性能を評価する。モデルは観測された降水量および気温パターンを合理的に再現するが、対流および放射スケームの欠陥により夏期の対流強度が低く抑えられている。再解析データで駆動された場合に性能がより優れていることが判明した。

ABSTRACT

The climate version Eta CCS, prepared from the NCEP Eta forecast model, was integrated over South America for the period from January 1979 to December 1983. The model was driven by the two sets of boundary conditions derived from the reanalysis and outputs of HadAM3P atmospheric global model. The mean output fields of precipitation, precipitation frequency, and near surface air temperature, simulated by the Eta model, were compared with the observational data of the CRU and GPCP projects. This comparison shows that the Eta model reproduces well the main patterns of the summer and winter observed precipitation fields over South America. But the magnitude of precipitation is underestimated by the ETA CCS model in the regions of strong convection activity in summer. This underestimation of observed precipitation is larger for the Eta model driven by HadAM3P than by the reanalysis. The observed number of wet days is overestimated by HadAM3P. The number of wet days in both runs of the Eta model is closer to observations. The main summer and winter patterns of near surface air temperature are reproduced well by both HadAM3P and the Eta model. The Eta model overestimates the observed surface temperature over the central part of the continent due to the lack of convective cloudiness in this region. The Eta model captures observed annual cycle of precipitation in six selected regions over South America. On the whole, these results support the conclusion that the Eta model with some improvements can be used for downscaling of the HadAM3P output fields.

研究の動機と目的

• 再解析およびHadAM3Pの境界条件を用いて、南米の気候をシミュレートするためのEta CCS地域気候モデルの能力を評価する。
• CRUおよびGPCP観測データセットを用いて、降水量、降水量頻度、および地表面付近の気温について、モデルの性能を評価する。
• 特に熱帯および亜寒帯地域において、対流および放射のシミュレーションに著しい欠陥を示すモデルの問題点を特定する。
• EtaモデルがHadAM3P出力の効果的なダウンスケーリングを可能にするかどうかを検証する。
• 再解析駆動とHadAM3P駆動のシミュレーションの性能を比較し、バイアスの原因を特定する。

提案手法

• 1979年から1983年までの南米地域におけるEta CCSモデルの統合を、NCEP再解析およびHadAM3Pグローバルモデル出力の2種類の境界条件セットを用いて実施する。
• モデルの評価に使用する月平均出力フィールドとして、降水量、降水量頻度、および地表面付近の気温を用いる。
• CRU（降水量および気温）およびGPCP（降水量）の観測データを、地域的および季節的スケールでシミュレーション結果と比較する。
• 南米の6つの特定地域における降水量の空間的パターン、年周期、および年間変動を分析する。
• 4年間の平均からの降水量の偏差（異常）を計算し、年間変動のシミュレーション精度を評価する。
• モデル出力と観測値の統計的比較により、大きさ、頻度、空間的分布におけるバイアスを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Eta CCSモデルは、南米全域における観測された降水量および地表面付近気温の空間的パターンをどの程度正確に再現できるか？
• RQ2 特に夏期の対流イベント中に、Etaモデルにおける降水量バイアスの大きさと空間的分布はどのようになるか？
• RQ3 境界条件の選択（再解析対比HadAM3P）が、降水量および気温のシミュレーションにどのように影響するか？
• RQ4 Etaモデルは、南米の主要地域における降水量の年周期および年間変動をどの程度正確にシミュレートできるか？
• RQ5 特に熱帯および亜寒帯南米地域において、対流および放射スケームに関する主なモデル誤差の原因は何か？

主な発見

• 再解析またはHadAM3P境界条件で駆動された場合、Eta CCSモデルは南米における夏期および冬期の降水量の主な空間的パターンを合理的に再現している。
• 対流が強い地域、特に南大西洋対流圏における夏期の降水量の大きさは、対流および放射スケームの欠陥によりモデルが低く抑えられている。
• HadAM3P境界条件で駆動されたEtaモデルでは、この降水量の低減が顕著であり、これはHadAM3Pモデル自身の降水量出力に同様のバイアスが存在するためである。
• 冬期には、HadAM3Pで駆動されたEtaモデルが、HadAM3P単体よりも赤道地域およびITCZにおける降水量の大きさと位置をよりよく再現している。
• 再解析で駆動されたEtaモデルは、特に冬期においてCRU観測値に近い降水量頻度を示しており、HadAM3Pは湿った日数を著しく過剰に推定している。
• 夏期には、対流雲の欠如により、中央南米地域で地表面付近気温が過剰に高めに推定されている。一方、両モデルとも、特定地域における観測された降水量の年周期を捉えているが、対流帯域では大きさが低く抑えられている。