[論文レビュー] 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)|Sep 13, 2007

Climate variability and models被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、1960–1990年の期間にわたり南米地域で40 km解像度で実行された、Eタ予報モデルに基づく動的ダウンスケーリングによる領域気候モデル（RCM）の整合性を評価する。このRCMは、ハダム3Pグローバルモデル出力によって駆動されている。解析により、RCMとAGCMの間で大規模気候構造に強く一致する結果が得られ、ジオポテンシャル、温度、風場に顕著な傾向やバイアスは認められず、領域気候ダウンスケーリング応用に向けた信頼できる力学的整合性が示された。

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.

研究の動機と目的

• Eタ予報モデルから派生した領域気候モデル（RCM）と駆動用AGCM（ハダム3P）との間の力学的整合性を南米地域で評価すること。
• RCMが、粗いAGCMに比べて空間解像度を向上させることで、大規模気候特徴をどのように保持しているかを評価すること。
• 30年間のシミュレーション期間中にRCMが顕著なバイアスや傾向を示すかどうかを特定すること。
• 主要大気場の比較を通じて、RCMの領域気候ダウンスケーリングへの信頼性を検証すること。

提案手法

• Eタ領域モデルは、気候シミュレーションに適応させるために、複数の修正と補正を施した天気予報モデルを基に構築された。
• モデルは、1960年から1990年まで、南米地域で40 km水平解像度で統合され、境界条件はハダム3P（150 km解像度）から供給された。
• 出力場の比較には、フーリエ解析、線形回帰係数、時間・空間平均差、平均二乗誤差、分散解析が用いられた。
• 両モデルのジオポテンシャル、温度、風場の時間的・空間的整合性が分析された。
• 回帰係数から構築された整合性インデックスを用いて、時間的挙動の類似性を定量化した。
• 統計的比較には、算術差、平均二乗誤差、分散分析がRCMとAGCM出力の間で実施された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EタRCMとハダム3PAGCMの間で、ジオポテンシャル、温度、風場の大規模大気構造はどの程度整合しているか？
• RQ2 1960–1990年の期間にわたり、RCMはAGCMに対して顕著な正または負の傾向を示すか？
• RQ3 RCMは、粗いAGCMよりも細かく気候特徴を解像できるが、系統的なバイアスを導入しない程度にまで解像できているか？
• RQ4 RCM出力の時間的・空間的パターンは、駆動用AGCMと統計的に類似しているか？

主な発見

• EタRCMとハダム3Pの間で、大規模気候構造の挙動および空間的配置に顕著な差は認められない。
• 30年間のシミュレーション期間中に、RCMの出力場にAGCMに対して顕著な正または負の傾向は認められなかった。
• 線形回帰係数に基づく整合性インデックスにより、両モデル間の時間的類似性が強く確認された。
• 時間平均および空間平均の算術差、および平均二乗誤差は、両モデル間の系統的バイアスが最小であることを示した。
• 分散解析により、RCMの変動パターンがAGCMのそれと整合することが裏付けられた。
• 総じて、両モデルは大規模気候特徴に関して強く力学的整合性を示しており、RCMの領域ダウンスケーリングへの信頼性が検証された。