[论文解读] 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|Jan 11, 2009

Climate variability and models参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究利用再分析数据和HadAM3P边界条件，评估了1979–1983年间Eta CCS区域气候模型在南美洲的性能。结果表明，该模型能够合理再现观测到的降水和气温分布模式，但由于对流和辐射方案的缺陷，夏季对流强度被低估，且使用再分析数据驱动时性能更优。

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.

研究动机与目标

• 评估Eta CCS区域气候模型在使用再分析和HadAM3P全球模型边界条件时，模拟南美气候的能力。
• 基于CRU和GPCP观测数据集，评估模型在降水、降水频率和近地面气温方面的性能。
• 识别模型在热带和亚热带地区模拟对流和辐射时的缺陷。
• 确定Eta模型是否能有效将HadAM3P输出降尺度用于区域气候预测。
• 比较由再分析数据和HadAM3P数据驱动的模拟结果，以分离偏差来源。

提出的方法

• 使用NCEP再分析和HadAM3P全球模型输出的两组边界条件，对南美洲区域的Eta CCS模型进行1979–1983年的积分。
• 使用月平均的降水、降水频率和近地面气温输出场进行模型评估。
• 在区域和季节尺度上，将模拟结果与CRU（降水和气温）和GPCP（降水）的观测数据进行对比。
• 分析南美洲六个选定区域的降水空间分布、年周期和年际变异性。
• 通过计算相对于4年平均值的降水异常，评估年际变异性模拟的准确性。
• 通过统计比较模型输出与观测数据，评估模型在幅度、频率和空间分布上的偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 Eta CCS模型在多大程度上能够再现南美洲观测到的降水和近地面气温的空间分布模式？
• RQ2 在夏季对流事件中，Eta模型的降水偏差在多大程度上存在，其空间分布如何？
• RQ3 边界强迫选择（再分析 vs. HadAM3P）如何影响模型对降水和气温的模拟？
• RQ4 Eta模型在关键南美洲区域对降水年周期和年际变异性模拟的准确性如何？
• RQ5 在热带和亚热带南美洲，模型误差的主要来源是什么，特别是在对流和辐射方案方面？

主要发现

• 当使用再分析或HadAM3P边界条件驱动时，Eta CCS模型能够合理再现南美洲夏季和冬季降水的主要空间分布模式。
• 在强对流区（如南大西洋对流区）的夏季，由于对流和辐射方案的缺陷，模型低估了降水强度。
• 使用HadAM3P边界条件驱动的模型中，降水低估现象更为明显，反映出HadAM3P模型自身降水输出中也存在类似偏差。
• 冬季，由HadAM3P驱动的Eta模型比HadAM3P本身更准确地再现了赤道区域和赤道辐合带（ITCZ）的降水强度和位置。
• 由再分析数据驱动的Eta模型在降水频率上更接近CRU观测结果，尤其在冬季，HadAM3P显著高估了潮湿天数。
• 由于缺乏对流性云层覆盖，夏季在南美洲中部地区，Eta模型高估了近地面气温；尽管如此，两个模型在选定区域均捕捉到了观测到的降水年周期，尽管在对流区域存在幅度低估。