[논문 리뷰] The consistency evaluation of the climate version of the Eta regional forecast model developed for regional climate downscaling

I. A. Pisnichenko, T. A. Tarasova|arXiv (Cornell University)|2007. 09. 13.

Climate variability and models인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 1960–1990년 동안 허브드슨-암3P(Global model)의 출력 자료로 구동되는 에타 예보 모델 기반의 동적 내림비율 지역 기후 모델(RCM)이 남미에서 40 km 해상도로 수행된 일관성을 평가한다. 분석 결과, RCM과 AGCM 간에 대기 구조에서 강한 일치를 보이며, 기압, 기온, 바람 필드에서의 현저한 추세나 편향이 없음을 확인하여 지역 기후 내림비율 응용에 있어 신뢰할 수 있는 동적 일관성을 입증한다.

ABSTRACT

The regional climate model prepared from Eta WS forecast model has been integrated over South America with the horizontal resolution of 40 km for the period of 1960-1990. The model was forced at its lateral boundaries by the outputs of HadAM3P. The data of HadAM3P represent simulation of modern climate with the resolution about 150 km. In order to prepare climate regional model from the Eta forecast model multiple modifications and corrections were made in the original model. The run of climate Eta model was made on the supercomputer SX-6. The detailed analysis of the results of dynamical downscaling experiment includes an investigation of a consistency between the regional and AGCM models as well as of ability of the regional model to resolve important features of climate fields on the finer scale than that resolved by AGCM. In this work the results of the investigation of a consistency between the output fields of the Eta model and HadAM3P are presented. The geopotential, temperature and wind fields of both models were analysed. For the evaluation of the likeness of these two models outputs,there were used Fourier analysis of time series, consistency index, constituted from linear regression coefficients, time mean and space mean models' arithmetic difference and root mean square difference, dispersion analysis,and some others characteristics. This investigation demonstrates that there are not significant differences in behaviour and spatial arragement of large-scale structures of the two models. Also, the regional model characteristics do not have considerable positive or negative trend during integration time in relation to the global model characteristics. From the total analysis we can affirm that in the description of large-scale climate structures these two models are in consistency.

연구 동기 및 목표

• 에타 예보 모델에서 파생된 지역 기후 모델(RCM)과 이를 구동하는 AGCM(HadAM3P) 간의 동적 일관성을 남미 지역에서 평가하는 것.
• RCM가 더 높은 공간 해상도를 갖추고 있음에도 불구하고, 더粗한 AGCM에 비해 대규모 기후 특징을 어떻게 유지하는지 평가하는 것.
• 30년 시뮬레이션 기간 동안 RCM이 유의미한 편향이나 추세를 유발하는지 여부를 판단하는 것.
• 주요 대기 필드를 비교하여 RCM의 지역 기후 내림비율 응용에 대한 신뢰성을 검증하는 것.

제안 방법

• 에타 지역 모델는 기상 예보 모델에서 유래하여 기후 시뮬레이션에 적합하도록 여러 수정 및 보정을 가한 것이다.
• 모델는 1960년부터 1990년까지 남미 지역에서 40 km 수평 해상도로 통합되었으며, 경계 조건은 허브드슨-암3P(150 km 해상도)에서 유래하였다.
• 출력 필드를 비교하기 위해 푸리에 분석, 선형 회귀 계수, 시간 및 공간 평균 차이, 평균 제곱근 차이, 산란 분석이 사용되었다.
• 두 모델의 기압, 기온, 바람 필드를 시간과 공간적으로 일관성 있게 분석하였다.
• 일관성 지수는 시간적 행동의 유사성을 정량화하기 위해 선형 회귀 계수에서 유도되었다.
• 통계적 비교에는 RCM와 AGCM 출력 간 산술 차이, 평균 제곱근 차이, 분산 분석이 포함되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 에타 RCM와 허브드슨-암3P AGCM 간에 기압, 기온, 바람 필드의 대규모 대기 구조에서 얼마나 일관성이 있는가?
• RQ2 1960–1990년 기간 동안 RCM의 출력이 AGCM 대비 유의미한 양 또는 음의 추세를 보이는가?
• RQ3 RCM가 더 높은 해상도로 기후 특징을 더 정밀하게 해석하면서도 체계적인 편향을 유발하는가?
• RQ4 RCM 출력의 시간적 및 공간적 패턴이 구동 AGCM의 것과 통계적으로 유사한가?

주요 결과

• 에타 RCM와 허브드슨-암3P 간에 대규모 기후 구조의 행동 및 공간 배치에서 유의미한 차이가 없음을 확인하였다.
• 30년 시뮬레이션 기간 동안 RCM의 출력 필드에서 AGCM 대비 뚜렷한 양 또는 음의 추세가 관찰되지 않았다.
• 선형 회귀 계수를 기반으로 한 일관성 지수는 두 모델 간 강한 시간적 유사성을 확인하였다.
• 시간 평균 및 공간 평균 산술 차이, 평균 제곱근 차이를 통해 두 모델 간 체계적인 편향이 최소임을 나타내었다.
• 산란 분석 결과, RCM의 변동성 패턴이 AGCM의 것과 일치함을 지지하였다.
• 종합적으로 두 모델은 대규모 기후 특징에서 강한 동적 일관성을 보이며, RCM의 지역 내림비율 응용에 대한 신뢰성을 입증하였다.