Poboljšanja regionalnih prognoza u odnosu na globalne kod dugotrajnih integracija

Abstract

U okviru disertacije ispituje se zaključak bojnih autora koji su predstavili eksperimente u kojima se beleži slabljenje cirkulacije velikih razmera u integracijama klimatskim regionalnim modelom kada se ne primenjuje spektralno forsiranje velikih razmera (npr. VON STORCH i dr., 2000; BINER i dr., 2000; ROCKEL i dr., 2008; SANCHEZ-GOMEZ i dr., 2008; ALEXANDRU i dr., 2009; između ostalih). Porede se uspesi prognoziranja velikih razmera regionalnim Eta modelom i globalnim ECMWF modelom u slučaju ansambla koji čini 26 32-dnevnih prognoza. Dalje, ispituje se šema za bočne granične uslove. Pitanje na koje se traži odgovor je, da li je uveliko zastupljena, ali računski zahtevnija, relaksaciona šema za bočne granične uslove neophodna za uspešno prognoziranje/simuliranje velikih razmera regionalnim klimatskim modelom. Odgovor će se dobiti poređenjem rezultata dobijenih integracijama Eta modela u dve verzije, koje se razlikuju samo po šemi za bočne granične uslove. Jedna šema je, uveliko zastupljena, relaksaciona šema, a druga je originalna Etina šema kod koje se informacija iz globalnog modela dobija samo u jednom spoljašnjem redu tačaka i na izlaznoj granici se ne definišu sve promenljive. Uspesi ova dva skupa prognoza regionalnog Eta modela se porede kako međusobno, tako i sa uspehom globalnog modela od kojeg se uzimaju granični uslovi. Novina u eksperimentu je metod za verifikaciju. U cilju ocene uspeha prognoziranja velikih razmera, prati se tačnost prognoze položaja najjačih vetrova na nivou mlazne struje, za koji se uzima da odgovara nivou pritiska od 250 hPa. Računaju se dva skora: nepristrasna mera šanse da događaj potpadne pod određenu kategoriju (da brzina vetra na nivou 250 hPa potpada pod kategoriju vetra većeg od 45 m s–1) podešena odnosom čestina prognoziranog i osmotrenog događaja (MESINGER, 2008) i odnos čestina prognoziranog i osmotrenog događaja. Za verifikaciju se koriste ECMWF analize. Takođe se računaju u verifikaciji uobičajeni skorovi – RMS razlike kao i odstupanja između prognoziranog i analiziranog vetra na istom nivou tj. standardni bias. Rezultati eksperimenta pokazuju da je uspeh prognoze velikih razmera Eta modelom, bez dodatnog forsiranja, gotovo isti ili čak bolji nego globalnim modelom od koga dolaze granični uslovi. Što se tiče šeme za bočne granične uslove, nije uočljiva prednost relaksacione šeme u odnosu na originalnu Etinu šemu, uprkos tome što originalna šema koristi informacije iz globalnog modela u samo jednom spoljašnjem redu tačaka. Naprotiv, rezultati Ete sa Etinim LBC su bili mnogo češće bolji od onih sa relaksacionim LBC.

A considerable number of authors presented experiments in which degradation of large scale circulation occurred in regional climate integrations when large-scale nudging was not used (e.g., VON STORCH et al., 2000; BINER et al., 2000; ROCKEL et al., 2008; SANCHEZ-GOMEZ et al., 2008; ALEXANDRU et al., 2009). We here revisit this issue by comparing the large scale skill of the Eta RCM against that of the global ECMWF forecasts used as its driver. Another issue we are looking into is that of the lateral boundary condition (LBC) scheme. Specifically, the question we ask is whether the almost universally used but somewhat costly relaxation scheme is necessary for a desirable RCM performance? We address this by running the Eta model in two versions differing in the lateral boundary scheme used. One of these is the traditional relaxation scheme and the other is the Eta model scheme in which information is used at the outermost boundary only and not all variables are prescribed at the outflow boundary. The skills of these two RCM forecasts are compared against each other and also against that of their driver. Our global data dynamically downscaled to address these issues is an ECMWF 32-day ensemble forecast. A novelty in our experiments is the verification used. In order to test the large scale skill we are looking at the forecast position accuracy of the strongest winds at the jet stream level, which we have taken as 250 hPa. We do this by calculating bias adjusted equitable threat scores (MESINGER, 2008) and frequency bias scores for wind speeds greater than a chosen wind speed threshold, with the ECMWF analyses used as truth. For greater confidence we also calculate a traditional RMS difference between the forecast and analyzed winds at this same level. Our results show the Eta RCM skill in forecasting large scales with no interior nudging to be just about the same as that of the driver model. As to the LBC impact no disadvantage compared to relaxation was seen from using the Eta LBC scheme, in spite of its requiring information from the outermost RCM boundary only. Moreover, results of the Eta with standard were more times better than those with relaxation LBC scheme.