[논문 리뷰] 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|2009. 01. 11.

Climate variability and models참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 재분석 및 HadAM3P 경계 조건을 사용하여 1979–1983년 동안 남아메리카에서 Eta CCS 지역 기후 모델의 성능을 평가한다. 모델은 관측된 강수량 및 기온 패턴을 합리적으로 재현하지만, 대류 및 복사 방법의 결함으로 인해 여름 대류 강도가 과소평가된다. 재분석 데이터로 구동할 경우 성능이 더 우수하다.

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.

연구 동기 및 목표

• 재분석 및 HadAM3P 경계 조건을 사용하여 Eta CCS 지역 기후 모델이 남아메리카 기후를 시뮬레이션할 능력을 평가한다.
• CRU 및 GPCP 관측 데이터셋을 기반으로 강수량, 강수 빈도 및 지표면 기온에 대한 모델 성능을 평가한다.
• 특히 열대 및 아열대 지역에서 대류 및 복사 시뮬레이션의 모델 결함을 규명한다.
• Eta 모델이 HadAM3P 출력을 효과적으로 지역 기후 예측을 위해 다운스케일링할 수 있는지 판단한다.
• 재분석 강화와 HadAM3P 강화 시뮬레이션 간의 성능 비교를 통해 오차의 원인을 분리한다.

제안 방법

• 1979–1983년 기간 동안 NCEP 재분석 및 HadAM3P 글로벌 모델 출력을 사용하여 남아메리카 지역에서 Eta CCS 모델을 통합한다.
• 모델 평가를 위해 강수량, 강수 빈도 및 지표면 기온의 월 평균 출력 필드를 사용한다.
• 지역 및 계절 규모에서 CRU(강수량 및 기온) 및 GPCP(강수량) 관측 데이터와 시뮬레이션 결과를 비교한다.
• 남아메리카의 여섯 개 선택된 지역에서 강수량의 공간 패턴, 연주기 및 연간 변동성을 분석한다.
• 4년 평균에서의 강수량 잔차를 계산하여 연간 변동성 시뮬레이션의 정확도를 평가한다.
• 모델 출력과 관측치 간의 통계적 비교를 통해 크기, 빈도 및 공간 분포의 편향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Eta CCS 모델은 재분석 또는 HadAM3P 경계 조건을 사용할 때 남아메리카에서 관측된 강수량 및 지표면 기온의 주요 공간 패턴을 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ2 특히 여름 대류 사건 동안 Eta 모델의 강수량 편향의 크기와 공간 분포는 어떠한가?
• RQ3 경계 강화 방식(재분석 대비 HadAM3P)의 선택이 모델의 강수량 및 기온 시뮬레이션에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 Eta 모델은 남아메리카의 주요 지역에서 강수량의 연주기 및 연간 변동성을 얼마나 정확하게 시뮬레이션하는가?
• RQ5 특히 대류 및 복사 방법에 관해 열대 및 아열대 남아메리카에서 모델 오류의 주요 원인은 무엇인가?

주요 결과

• Eta CCS 모델은 재분석 또는 HadAM3P 경계 조건을 사용할 때 여름과 겨울 강수량의 주요 공간 패턴을 합리적으로 재현한다.
• 대류가 강한 지역, 예를 들어 남대서양 대류권대(남아메리카의 여름 대류 중심)에서는 대류 및 복사 방법의 결함으로 인해 여름 강수량의 크기가 과소평가된다.
• HadAM3P 경계 조건을 사용한 Eta 모델에서 강수량 과소평가가 더 심각한데, 이는 HadAM3P 모델의 강수량 출력에도 유사한 오차가 존재하기 때문이다.
• 겨울에는 HadAM3P로 구동된 Eta 모델이 HadAM3P 자체보다 열대 지역 및 열대비행역역(ITCZ)의 강수량 크기와 위치를 더 잘 재현한다.
• 재분석으로 구동된 Eta 모델은 특히 겨울에 CRU 관측치에 비해 강수 빈도가 더 가까운 값을 보이며, HadAM3P는 강수일 수를 크게 과소평가한다.
• 여름에 중앙 남아메리카 지역에서 Eta 모델은 대류 구름이 부족하여 지표면 기온을 과대평가한다. 그러나 두 모델 모두 선택된 지역에서 관측된 강수량 연주기를 잘 포착하지만, 대류 지역에서는 크기 측면에서 과소평가된다.