Μελέτη της επίδρασης οριακών συνθηκών σε περιοχικές κλιματικές προσομοιώσεις και αξιολόγηση με δορυφορικά δεδομένα
Creators: name: Γκότοβου, Ιωάννα Θεόδωρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Κλίμα
Κλιματικά μοντέλα
WRF (Weather Research and Forecasting Model)
Climate
Climate models

description: Στην παρούσα Μεταπτυχιακή Διατριβή Ειδίκευσης γίνεται αξιολόγηση δύο περιοχικών κλιματικών προσομοιώσεων, οι οποίες διαφέρουν μεταξύ τους μόνο ως προς τις οριακές συνθήκες, και ερευνάται η επίπτωση των διαφορετικών οριακών συνθηκών στην κλιματολογία του περιοχικού μοντέλου. Επιστημονικός στόχος είναι να γίνει κατανοητός ο τρόπος με τον οποίο ένα μοντέλο παγκόσμιας κλίμακας οδηγεί ένα περιοχικό κλιματικό μοντέλο και να ποσοτικοποιηθεί η επίπτωση αυτή σε βασικές κλιματικές παραμέτρους. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε το περιοχικό κλιματικό μοντέλο WRF (WRF-ARW) έκδοση 3.7.1, με χωρική ανάλυση 0.44°. Μελετήθηκαν τα αποτελέσματα του μοντέλου σε δύο προσομοιώσεις: το μοντέλο WRF οδηγήθηκε α) από δεδομένα επανάλυσης ERA-Interim και β) από το παγκόσμιο μοντέλο NASA GISS E2, για τη χρονική περίοδο 1990-2008 και την περιοχή της Ευρώπης. Αξιολογήθηκε η επίδοση των δύο προσομοιώσεων για θερμοκρασία και βροχόπτωση με δεδομένα επίγειων παρατηρήσεων, καθώς και για ακτινοβολία μικρού και μεγάλου μήκους κύματος που φτάνουν κατερχόμενες στο έδαφος και ποσοστό της νεφοκάλυψης με δορυφορικά δεδομένα. Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης έδειξαν ότι το μοντέλο WRF και στις δύο περιπτώσεις είναι πιο ψυχρό (κατά 1.6°C όταν οδηγείται από τα ERA-Interim και κατά 4.5°C όταν οδηγείται από το GISS Model E2 κατά μέσο πάνω από την Ευρώπη) και πιο υγρό (κατά 0,1 mm/day όταν οδηγείται από τα ERA-Interim και κατά 1,4 mm/day όταν οδηγείται από το GISS Model E2 κατά μέσο όρο πάνω από την Ευρώπη) σε σχέση με την κλιματολογία των παρατηρήσεων. Η ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος με κατεύθυνση προς τα κάτω στην επιφάνεια της Γης υποεκτιμάται για κάθε περιοχή και εποχή και από τις δύο προσομοιώσεις, κατά -34.67 W m-2 όταν οδηγείται από τα ERA-Interim και κατά -42.12 W m-2 όταν οδηγείται από το GISS Model E2 κατά μέσο όρο πάνω από την Ευρώπη για όλες τις εποχές. Η εικόνα για την ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος στο έδαφος είναι λιγότερο ξεκάθαρη. Υποεκτίμηση παρατηρείται κατά τη θερινή περίοδο (καλοκαίρι – φθινόπωρο) στην ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος σε σχέση με την κλιματολογία και των δύο σετ δορυφορικών δεδομένων και για τις δύο προσομοιώσεις. Η αξιολόγηση με τα δεδομένα SARAH δίνει μεγαλύτερες τιμές διαφορών το καλοκαίρι, ίσες με -30.91 W m-2 όταν το WRF οδηγείται από τα δεδομένα επανάλυσης και -64.36 W m-2 όταν οδηγείται από το μοντέλο παγκόσμιας κυκλοφορίας. Το ποσοστό της νεφοκάλυψης υπερεκτιμάται συστηματικά και από τις δύο προσομοιώσεις, κατά 10.72% όταν το WRF οδηγείται από τα ERA-Interim και κατά 16.02% όταν οδηγείται από το GISS ModelE2 κατά μέσο όρο για κάθε εποχή πάνω από ολόκληρη την Ευρώπη. Η μελέτη της διαφοράς των πεδίων που οδηγούν το περιοχικό κλιματικό μοντέλο WRF έδειξε ότι στη βόρεια Ευρώπη το χειμώνα το μοντέλο παγκόσμιας κυκλοφορίας NASA GISS E2 δίνει υψηλότερες πιέσεις και χαμηλότερες θερμοκρασίες σε σχέση με τα δεδομένα επανάλυσης ERA-Interim και στη νότια Ευρώπη το αντίστροφο. Το περιοχικό κλιματικό μοντέλο αποδεικνύεται ότι ακολουθεί με συνέπεια τα πεδία παγκόσμιας κλίμακας χωρίς να διαπιστώνονται ασυνέπειες στην απόδοση της κλιματολογίας για την περιοχή της Ευρώπης. Επομένως, το μοντέλο παγκόσμιας κλίμακας NASA GISS E2 μπορεί να θεωρηθεί ως κατάλληλο υποψήφιο μοντέλο για μελέτες δυναμικού υποβιβασμού κλίμακας, στο πλαίσιο προσομοιώσεων μελλοντικών περιοχικών κλιματικών προβολών
description: In this thesis, two regional climate simulations, which differ only in the initial and boundary conditions, are evaluated and the impact of the different boundary conditions on the model climatology is investigated. The scientific aim is to understand how a regional climate model is forced by a general circulation model and quantify this impact on basic climate parameters. The simulations have been performed with the regional climate model WRF (WRF-ARW) version 3.7.1 with a special resolution of 0.44°. Two climate simulations were performed: one hindcast, driven by the ERA-Interim reanalysis, and one historical, driven by the NASA GISS ModelE2, during the period 1990-2008 and covering the European region. The two simulations are evaluated with the EOBS climatology for temperature and precipitation and with satellite data for surface downward longwave and shortwave radiation and cloud fractional cover. The results showed that both simulations are colder (1.6°C for the hindcast simulation and 4.5°C for the historical simulation on average over Europe) and wetter (0.1 mm/day for the hindcast simulation and 1,4 mm/day for the control simulation on average over Europe) than the EOBS climatology. Surface downward longwave radiation is underestimated over the whole region, with biases of -34.67 W m-2 for the hindcast simulation and -42.12 W m-2 for the historical simulation on average over Europe. Surface incoming shortwave radiation is underestimated in summer and autumn. Evaluated with the SARAH climatology, WRF forced by the ERA-Interim reanalysis gives summer shortwave radiation bias equal to -30.91 W m-2 on average over Europe, while WRF forced by the GISS ModelE2 results in greater values of bias (-64.36 W m-2 on average over Europe). Cloud fractional cover is overestimated by both simulations (10.72% for the hindcast simulation and 16.02% for the historical simulation on average over Europe for every season). The study of the differences οf the forcing fields showed that in winter over northern Europe NASA GISS ModelE2 results in higher values of sea-level pressure and lower values of temperature compared to the ERA-Interim reanalysis data. The opposite is observed over southern Europe. The regional climate model represents the climatology of the European region according to the global fields. Consequently, the general circulation model GISS E2 is suitable for dynamical downscaling studies, in the framework of future regional climate projections