[論文レビュー] The IITM Earth System Model (IITM ESM)

R. Krishnan, P. Swapna+11 more|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2021

Climate variability and models参考文献 15被引用数 15

ひとこと要約

インド熱帯気象研究所が開発した新しい結合型地球システムモデルであるIITM ESMは、南アジアモンスーンに注目した長期的気候変動および変化の研究を目的として設計されたものである。大気、海洋、陸面、氷雪圏、生物圏の各成分を、地球システムの各成分における物理的・化学的・生物学的プロセスを表す数学的方程式の体系を通じて統合し、モンスーン地域における気候力学および将来予測の理解を深めることを目的としている。

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.

研究の動機と目的

• 南アジア地域における長期的気候変動および変化を研究することを目的とした包括的な地球システムモデルの開発。
• 大気、海洋、陸面、氷雪圏、生物圏の各成分を統合することで、モンスーンダイナミクスの理解を深めること。
• 結合型数値モデルフレームワークを通じて、地域的およびグローバルスケールの気候予測を改善すること。
• 地球システム内における多スケール気候変動およびフィードバック機構に関する基礎的研究を支援すること。
• 気候変動がモンスーンシステムおよび地域的水文に与える影響を調査するためのプラットフォームを提供すること。

提案手法

• IITM ESMは、大気、海洋、陸面、海氷、植生の各成分を統合した結合型数値モデルである。
• 地球システムの各成分における物理的・化学的・生物学的プロセスを表すために、数学的方程式の体系を用いている。
• モデルは、南アジアモンスーンシステムおよびその変動を正確に再現することを目的として設計されている。
• 標準的な地球システムモデリングフレームワークを用い、界面でのフラックス交換を通じて各成分モデルを結合している。
• 長期的気候シミュレーションおよび将来シナリオ予測を想定して構成されている。
• 雲微物理、対流、表面交換プロセスのための最新のパラメータ化手法を組み込んでいる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IITM ESMは、南アジアモンスーン地域における歴史的および現在の気候変動をどの程度正確に再現できるか？
• RQ2 モデルが捉えているモンスーンシステムにおける大気・海洋・陸面間の主要なフィードバック機構は何か？
• RQ3 IITM ESMは、イントラシーズンオシレーションや年間変動といった多スケール気候現象をどの程度適切に再現できるか？
• RQ4 異なる排出シナリオ下での将来気候変化を、IITM ESMはどの程度正確に予測できるか？
• RQ5 モデルシミュレーションによると、陸面-大気および海洋-大気相互作用はモンスーンダイナミクスにおいてどのような役割を果たすか？

主な発見

• IITM ESMは、季節的発生および終了といった南アジアモンスーンの大規模な特徴を適切に捉えている。
• 結合成分統合を通じて、モンスーン循環および降水量パターンの表現が向上している。
• インド洋ダイポールやENSOといった重要な気候現象を、妥当な精度で再現できる。
• インド亜大陸における長期的気候シミュレーションおよび将来予測研究のための堅実なプラットフォームを提供している。
• モデルの設計は、大気・海洋・陸面・氷雪圏間のフィードバックプロセスの詳細な分析を可能としている。
• 気候研究における利用を目的として、モデルは公開されており、南アジアにおける地域的気候モデリング能力の強化に貢献している。