[논문 리뷰] The IITM Earth System Model (IITM ESM)

R. Krishnan, P. Swapna외 11명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 09.

Climate variability and models참고 문헌 15인용 수 15

한 줄 요약

인도 열대 기상학연구소(IITM)에서 개발한 IITM 지구시스템모델(IITM ESM)은 남아시아 monsoon에 중점을 두고 장기적 기후 변동성과 변화를 연구하기 위해 개발된 새로운 통합 지구시스템모델이다. 대기, 해양, 육상, 빙하권, 생물권 구성요소를 수학적 방정식의 체계를 통해 통합하여, monsoon 지역의 기후 역학과 향후 전망에 대한 이해를 향상시킨다.

ABSTRACT

Earth System Models (ESM) are important tools that allow us to understand and quantify the physical, chemical & biological mechanisms governing the rates of change of elements of the Earth System, comprising of the atmosphere, ocean, land, cryosphere and biosphere (terrestrial and marine) and related components. ESMs are essentially coupled numerical models which incorporate processes within and across the different Earth system components and are expressed as set of mathematical equations. ESMs are useful for enhancing our fundamental understanding of the climate system, its multi-scale variability, global and regional climatic phenomena and making projections of future climate change. In this chapter, we briefly describe the salient aspects of the Indian Institute of Tropical Meteorology ESM (IITM ESM), that has been developed recently at the IITM, Pune, India, for investigating long-term climate variability and change with focus on the South Asian monsoon.

연구 동기 및 목표

• 남아시아 지역에서 장기적 기후 변동성과 변화를 연구하기 위해 특화된 종합적인 지구시스템모델을 개발하기 위해.
• 대기, 해양, 육상, 빙하권, 생물권 구성요소를 통합하여 monsoon 역학에 대한 이해를 향상시키기 위해.
• 통합 수치모델링 프레임워크를 통해 지역 및 글로벌 스케일의 기후 전망을 향상시키기 위해.
• 지구시스템 내 다스케일 기후 변동성과 피드백 메커니즘에 대한 기본 연구를 지원하기 위해.
• 기후 변화가 monsoon 시스템과 지역 수문학에 미치는 영향을 조사하기 위한 플랫폼을 제공하기 위해.

제안 방법

• IITM ESM는 대기, 해양, 육상 표면, 해빙, 식생 구성요소를 통합하는 통합 수치모델이다.
• 지구시스템 구성요소 전반의 물리적, 화학적, 생물학적 과정을 나타내기 위해 수학적 방정식의 체계를 사용한다.
• 모델는 남아시아 monsoon 시스템과 그 변동성을 정확하게 시뮬레이션하는 데 중점을 두고 설계되었다.
• 모델 구성요소를 표면 간의 물질 교환을 통해 통합 수치모델링 프레임워크를 사용하여 상호작용한다.
• 장기적 기후 시뮬레이션과 향후 시나리오 전망을 위해 설정되어 있다.
• 구름 미세구조, 대류, 표면 열교환 과정에 대한 최신 기술의 파rameterization을 통합하고 있다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IITM ESM는 남아시아 monsoon 지역에서 역사적 및 현재 기후 변동성을 얼마나 정확하게 시뮬레이션할 수 있는가?
• RQ2 모델이 포착한 바에 따르면, monsoon 시스템 내 대기, 해양, 육상 표면 간의 핵심 피드백 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 IITM ESM는 내계절적 진동과 연간 변동성과 같은 다스케일 기후 현상을 얼마나 잘 시뮬레이션하는가?
• RQ4 IITM ESM는 다양한 배출 시나리오 하에서 향후 기후 변화를 어느 정도 정확하게 전망할 수 있는가?
• RQ5 모델 시뮬레이션에 따르면, 육상-대기 및 해양-대기 상호작용은 monsoon 역학에서 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• IITM ESM는 계절적 도래 및 퇴각을 포함한 남아시아 monsoon의 대규모 특징을 성공적으로 포착한다.
• 통합된 구성요소 간의 상호작용을 통해 monsoon 순환과 강수 패턴의 개선된 표현을 보여준다.
• 모델는 인도양 다이폴(Indian Ocean Dipole)과 ENSO와 같은 주요 기후 현상을 합리적인 정확도로 시뮬레이션할 수 있다.
• IITM ESM는 인도 차분 지역에서 장기적 기후 시뮬레이션과 향후 전망 연구를 위한 견고한 플랫폼을 제공한다.
• 모델의 설계는 대기, 해양, 육상, 빙하권 간 피드백 과정의 세밀한 분석을 지원한다.
• 모델는 기후 연구를 위한 공개 사용이 가능하여 남아시아의 지역 기후 모델링 능력을 강화한다.