[논문 리뷰] Inconsistencies between long-term trends in storminess derived from the 20CR reanalysis and observations

Oliver Krueger, Schenk, Frederik외 2명|Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Materialforschung und kustenforschung (The Helmholtz Center Geesthacht)|2012. 05. 23.

Oceanographic and Atmospheric Processes인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 장기적인 폭풍 빈도 추세를 20CR 재분석과 관측 데이터를 사용하여 북대서양 동북부에서 비교한다. 이는 기존의 압력 기반 폭풍 지수를 기반으로 하며, 특히 20세기 상반기 동안 상반된 추세를 보이며 상당한 불일치를 발견한다. 이는 시간이 지남에 따라 관측 자료의 통합이 증가함에 따라 20CR에 상당한 비균일성(이질성)이 존재할 가능성이 있음을 시사하며, 이는 이전 시기의 추세 분석에 있어 그 신뢰성을 제한한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 20CR 재분석이 북대서양 동북부의 폭풍 빈도 장기 추세를 탐지하는 데 있어 신뢰할 수 있는지 평가하기 위해
• 지표면 기압 관측 자료에서 유도된 관측 폭풍 빈도 추세와 20CR 재분석에서 유도된 추세를 비교하기 위해
• 특히 관측 커버리지 변화와 관련된 이질성과 같은 불일치의 원인을 규명하기 위해
• 20세기 초반 기간의 기후 추세 연구에 20CR를 신뢰할 수 있는 도구로 간주할 수 있는지 평가하기 위해
• 장기적인 기후 변동성과 추세 평가에 있어 글로벌 재분석 자료, 특히 20CR를 사용할 때의 경계를 재확인하기 위해

제안 방법

• 연구는 북대서양 동북부의 밀도 높은 해양 지역에서 장기간 모니터링된 표면 기압 관측 자료를 기반으로 한 잘 알려진 폭풍 지수를 사용한다.
• 이 관측 폭풍 지수를 1871년부터 현재까지의 기간을 포함하는 20CR 재분석 데이터셋에서 유도된 폭풍 지수와 비교한다.
• 20CR 재분석은 표면 기압 보고서, 빙하, 해수면 온도 데이터만을 통합하므로 장기적인 글로벌 커버리지에 있어 특별한 특징을 가진다.
• 두 데이터셋에서 폭풍 빈도와 강도의 시계열을 생성하고, 연간 변동성과 장기적 추세를 분석한다.
• 통계적 비교를 통해 1871–2000년 기간, 특히 20세기 상반기의 추세와 변동 패턴을 분석한다.
• 관측 추세의 타당성을 검증하기 위해 독립적인 자료와 이전 연구 결과와의 일관성 여부도 점검한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 20CR 재분석에서 유도된 북대서양 동북부의 폭풍 빈도 장기 추세가 관측 자료에서 유도된 추세와 일치하는가?
• RQ2 왜 20세기 상반기 동안 20CR 재분석과 관측 자료는 상반된 추세를 보이는가?
• RQ3 시간이 지남에 따라 관측 커버리지의 변화가 20CR의 장기적 추세 탐지에 있어 신뢰성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 20CR의 폭풍 빈도 추세는 독립적인 관측 및 분석적 증거와 일치하는가?
• RQ5 20CR는 북대서양 동북부의 폭풍 빈도에 대한 장기 기후 변동성 연구에 신뢰할 수 있는 도구로 간주될 수 있는가?

주요 결과

• 20세기 상반기 동안 20CR 재분석과 관측 자료는 폭풍 빈도에 대해 반대 방향의 장기적 추세를 보이며, 20CR는 감소 추세를 나타내는 반면 관측 자료는 증가 추세를 보인다.
• 최근 기간(1950년 이후)에는 두 데이터셋이 폭풍 빈도의 변동성과 추세에서 유사한 행동을 보이며, 후반기에는 수렴하는 경향을 보인다.
• 20세기 초반의 불일치는 시간이 지남에 따라 관측 자료의 통합 수가 증가함에 따라 20CR 재분석 내부에 발생한 이질성 때문일 가능성이 크다.
• 관측된 추세는 여러 독립적 자료원과 분석 결과에 의해 지지되며, 이는 관측 기록의 신뢰성을 높인다.
• 따라서 20CR 재분석는 북대서양 동북부의 기록 초반기의 신뢰할 수 있는 장기 폭풍 빈도 추세 탐지에 적합하지 않다고 간주된다.
• 이러한 발견은 장기 기후 추세 평가에 있어 글로벌 재분석, 특히 20CR를 사용할 때의 경계가 다시 한번 확인됨을 시사한다.