灵敏度RegCM3模拟降水在巴西南部不同的边界条件:ENSO的情况

文摘

本文调查的能力(RegCM3)区域气候模型模拟巴西南部降雨在三个时期:厄尔尼诺(1982),中立的中间阶段(1985年),拉尼娜现象(1988)。每次集成使用三个不同的边界条件:NCEP-NCAR再分析(I和II)和ECMWF Reanalysis-ERA-40。模拟进行覆盖南美域和一些描述性统计分析应用,如算术平均数、中位数、标准差和皮尔逊相关性;在巴西南部和频率直方图。模型的主要结果表明,满意地再现了这个地区的降雨量在厄尔尼诺现象期间,中性,和拉尼娜事件,表明测试充分描述这个模拟的边界条件类型。

1。介绍

在巴西南部,南里奥格兰德(RS)国家统一降水年内,用累积值约1800毫米/年(1]。这个地区的气候是受许多气象现象,例如,冷空气[2,3[],中尺度对流系统4),或厄尔尼诺现象5,6]。

区域气候模型版本3 (RegCM3)模型(见更多的细节在7)已经被用于解决高分辨率的局部循环动态缩小规模。提供的信息符合大型循环驱动模型在边界(或再分析数据8]。

区域气候模型(rcm)已经使用了各种各样的研究现在的气候和未来气候可能在全世界许多地区。CLARIS-LPB项目中,一组7的功能协调区域气候模型复制在南美大陆平均气候条件评估。结果表明,rcm合奏充分再现了这些特性,与偏见主要在±2°C和±20%,温度和降水,分别。然而,一些系统性偏差检测在拉普拉塔盆地地区,比如低估的降雨在冬天和过高的温度在夏季(9]。冬天干燥的偏见在南美洲东南也被观察到在10]。

RegCM3能够模拟截然不同的大规模的发行量在拉尼娜和厄尔尼诺事件在亚马逊盆地。区域模型显示亚马逊西部的降雨量减少相比,观察到的估计。这种降水相关弱低级水分运输从大西洋(11]。两个地区的功能模型(RegCM3和气候版本的CPTEC埃塔模型)进行评估来模拟夏季似稳发行量在南美洲在厄尔尼诺现象和1998 - 1999年拉尼娜现象。总的来说,结果表明,两种模型能够捕捉夏季气候在南美的主要变化在这两种极端情况下,因此,他们有潜力预测气候异常(12]。

在南美洲的东南,例如,冬天是干燥的季节;然而,这个功能并不在南美洲南部(研究)。所以,这是一个经常性的问题在巴西南部的气候预测;降雨量比观测值更频繁的在冬季(9,10]。在中纬度地区,冬天生成沉淀的现象类型多种多样,许多这些现象不是由全球和区域模型充分复制(13]。

因此,本研究的主要目的是评估的能力RegCM3模型模拟区域降水的行为在RS使用三种不同的边界条件。结果相对于当前数据。分析了中性,厄尔尼诺年,拉尼娜现象。模拟ENSO事件的选择(厄尔尼诺和拉尼娜)是由于这个事件是众所周知的和几个科学家的研究。其影响是描述地球的所有地区,如(5]。

2。材料和方法

这个模型最初是发达国家大气研究中心(NCAR)的中尺度模式版本4 (MM4) [14]。该模型解决了原始方程可压缩的气氛中,使用有限的差异和垂直σ坐标的压力。对流降水的参数化仍然是最重要的一个来源的气候模型中的错误。三个选项可用RegCM3代表积云对流:(a) modified-Kuo计划(15),(b)时计划(16),(c) MIT-Emanuel计划(17,18]。这是研究Arakawa-Schubert关闭时方案19]?

初始模型和侧边界条件创建NCEP-NCAR再分析我(以下NNRP1) (20.),NCEP-NCAR再分析II(以下简称NNRP2) [21),最后,再分析欧洲中程和天气预报中心(以下简称ERA40) [22]。太平洋是来自HadISST 1.1 [23]。HadISST1改善在以前全球海冰和SST (GISST)数据集:GISST1 [24],GISST2 [25],GISST3,所有发达国家气象局哈德利中心。HadISST1全球完成,海温资料缺口被窜改,冰和海冰浓度已经提供的区域。土地覆盖和地形指定使用全球土地覆盖特征(GLCC)版本2提供的数据,美国地质调查局(USGS)地球资源观测系统数据中心(26),分别与水平分辨率的10分钟用来提供地形特征。

区域模型集成的域图11982年,厄尔尼诺事件(以下Nino82、集成从12月1日00:00 UTC, 1981年2月1日00:00 UTC, 1983);1988年拉尼娜事件(以下Nina88、集成从12月1日00:00 UTC时间1987年2月1日00:00 UTC, 1989),和1985年ENSO-neutral事件(以下Neutral85、集成从12月1日00:00 UTC, 1984年2月1日00:00 UTC, 1986),在50公里的空间分辨率。仿真扩展的时期从12月的事件和结束前1月后的事件,但我们只有考虑全年(1月至12月)。

嵌套建模技术已经越来越多地应用于气候研究在过去的几年里。两个主要理论的局限性这一技术中系统误差的影响驾驶领域提供的全球模型和缺乏之间的双向交互区域和全球气候(27- - - - - -29日]。为了减少这些问题,模拟区域是相当大的。这一领域涵盖了从赤道(0°纬度)阿根廷南部(纬度60°S)。纵向领域延伸到南太平洋中部地区(120°W)中央南大西洋(20°W)(图1)。

模拟季节降水量比南美每日降雨量值(以下称为真正的)从不同的来源获得的观测Liebmann和吸引出版30.]。这组数据由几种每日降雨量在南美洲来源。网格中可用的数据结合在字段1°(这里使用)和2.5°的纬度构建基于1940年至2012年期间的7900个车站。

分析模型的输出只使用点在南里奥格兰德,在这个点计算这些点的加权平均。重量平均的平均决定限制和间隔使用默认的扩展文件。网格坐标转换为最接近的整数坐标的基础上扩展默认的文件。平均然后执行这些网格坐标的范围。非线性加权平均网格间隔。纬度是加权平均值的三角洲正弦纬度的网格框的边缘。网格框的边缘总是定义为相邻网格点之间的中点(31日]。

因此我们有一个独特的平均值(毫米/天)每年的每一天,下雨与否,对于每一个边界条件(图1)。之后,我们进行了描述性统计分析降水系列的,像的意思是,中位数,和标准偏差(表1);频率分布;皮尔森相关系数,考虑真正的真正的分析。皮尔森相关计算使用上面的关系(32]: 在哪里=皮尔逊相关系数;=建模系列;和=真正的系列;=系列尺寸。

3所示。结果

三个降雨模拟生成和他们的平均降水量与真正的分析。正如预期的那样,积极的和消极的异常降水的观察在南在厄尔尼诺和拉尼娜事件,分别显示(6)在她的图9、10和11所示。模型,在任何情况下,提供更少的降雨比真正的分析(图2)。它可以观察到,所有事件被低估,如数据显示季节性降雨观测(灰色栏)和模拟(彩色栏)。

有趣的是,干旱事件(NINA88)方法模拟真正的价值,我们可以看到在图2。然而,只有在儿子的季节我们可以看到模型不能表示降雨以及其他季节。NINO82事件的夏季(DJF)和秋季(MAM) NEUTRAL85,春天(儿子),和夏天(DJF),季节是充分模拟。

低估的降水也可以统计分析表1。描述性的变量的意思是,中位数,和标准偏差显示使用的边界条件一致估计降水(32]。真实数据的平均值总是大于平均的模拟。的解释获得的值的意思是,中位数,和标准偏差导致我们推断模型不正确地捕获极端值。

三个模拟,我们计算了皮尔逊积差相关系数的模拟降雨和真实的数据。两个事件,厄尔尼诺和拉尼娜现象,NNRP1呈现相关价值最高,其次是ERA40,最后,再分析提供的系列显示较低的相关性是II摘要(NNRP2)。这种相关系数同意观察季节性值;拉尼娜事件显示最好的结果相比,真正的(表2)。

确定范围的降水数据,相对频率直方图的频率是由频率间隔。这一分析表明,降水类别模型显示更多的准确性;换句话说,它检查的技巧RegCM3在模拟日常累积降雨量。图3显示图表NINO82、NINA88 NEUTRAL85,分别。频率分布可以证实的假设由描述性统计的意思是,中位数和标准偏差。

的降水事件中发现类1和2(有值介于0和5毫米/天5.1到10毫米/天,resp)。在大多数情况下正确地模拟。这表明尽管模型无法准确捕捉的大小事件,它有能力显示出现降水的主要模式(图3)。

很多系列的三个模拟分布几乎直到第四类值介于15.1和20毫米/天。Nino82,然而,它是可能的检查,观察系列中的值达到55毫米/天在一个单一的事件。在厄尔尼诺年,它预计将积累更多的明显降雨在南美洲南部,但没有在这些类模拟值,确认的低能力模型在模拟极端值(图3)。

4所示。摘要和结论

本研究的主要目的是验证的能力RegCM3模型来模拟降水政权在巴西南部和各自的行为。运行设计三个不同的时间有不同的边界条件在厄尔尼诺现象(湿条件),拉尼娜现象(干燥条件),中立的中间期(正常状态)。最后,这可能表明边界条件最好建议代表了降雨量南里奥格兰德。

一般来说,模型显示倾向于低估降雨量地区,所指出的(9,10]。

在潮湿的条件下,高值的累积沉淀在南美洲南部预计[5,6]。然而,在大多数情况下,模拟只捕获降雨事件从弱到中等强度,积累相对较低。频率分布直方图,这可以证明了这一点,它可以观察到,降水介于0到10毫米/天满意地模拟及其出现正确描述。另一方面,事件强度10至25毫米/天是低估了。除此之外,值累积超过50毫米/天没有被模型。在正常情况下,同样的行为观察,但高值不会观察,增加模型的精度,尤其是在频率介于0和10毫米/天,时间显示的相关性较低。的干燥条件,降低累积降雨量预计,该模型还模拟值较低。

皮尔森相关系数是在厄尔尼诺和拉尼娜年高于中性的时期。这表明日常降雨的时间演化模拟ENSO条件要好。

所显示(33]水平网格模型可能是一个潜在的原因来解释模型和观察结果之间的差异。水平网格模型间距(50公里)太粗,准确模拟天气或中尺度系统在美国南部。此外,物理集成模型中使用的选项也关注和可能导致差异的来源,特别是对流方案。参数化测试时方案(34]在南美和中部还显示有一个系统性降水的低估。

然而,并没有期望一个精确的模型和观测结果之间的一致性,我们得出结论,这个模拟在不同的气候情况下产生了良好的效果。因此,研究表明,有一个潜在的使用RegCM模型研究气候变化在南美洲。

确认

这项工作的部分支持由国家技术和科学发展顾问CNPq(项目:471028/2009-6和303851/2009-0)和基础研究支持的南里奥格兰德FAPERGS (PRONEM项目)。作者感谢两个匿名评论者的建议,提高了纸。

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