تاثیر جدیدترین داده های بازتحلیل مدل ECMWF بر تغییرات دمای سطحی آب دریای خزر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 اقیانوس شناسی فیزیکی دریا، دانشکده علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران.

2 عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس مدیر گروه فیزیک دریا

3 موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران

چکیده

در برخی تحقیقات پیشین مربوط به مدل‌سازی‌های هیدرودینامیکی دریا‌ها و اقیانوس‌ها، از داده‌های ارا-اینتریم (ERA-Interim) استفاده شده است که با توجه به داده‌های بازتحلیل جدیدتر، ارا5 (ERA5)، میزان اختلاف دو داده‌ی بازتحلیل اخیر (ارا-اینتریم و ارا5) و نیز میزان تأثیر آن‌ها جهت تعیین پارامتر‌های فیزیکی دریا (خروجی مدل) از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این تحقیق، تغییرات دمای توده آب سطحی دریای خزر با استفاده از یک مدل عددی هیدرودینامیک سه بعدی توسعه داده شده و بر اساس جدیدترین داده‌های بازتحلیل مرکز اروپایی پیش‌بینی‌های میان مدت جوی بررسی گردید. در این مدل از داده‌های باد و شارش‌های جوی با وضوح مکانی °0/25 و با گام زمانی ۶ ساعته از بانک داده‌های روزانه ECMWF با داده‌های بازتحلیل ارا5 و ارا-اینتریم استفاده شده است. مدل برای مدت 10 سال (2009-2018)، برای هر یک از داده‌های بازتحلیل (ارا-اینتریم و ارا5)، بطور مجزا پیاده‌سازی و اجرا شد. با مقایسه دما‌های سطحی دریای خزر مستخرج از خروجی‌های مدل و تصاویر ماهواره‌ای، داده‌های بازتحلیل ارا5 تطابق بیشتری نسبت به ارا-اینتریم دارند یافته‌ها نشان می‌دهند اختلاف تغییرات زمانی و مکانی دمای سطحی دریای خزر در دو حالت ارا5 و ارا-اینتریم در حوضه شمالی ناچیز و در حوضه میانی نسبتاً محسوس و در حوضه جنوبی معنی دار است به طوری که داده‌های ارا5 باعث بهبود نتایج میانگین دمای سالانه خروجی مدل به میزان حدود 7% در حوضه جنوبی دریای خزر شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The impact of the latest reanalysis data of the ECMWF model on the surface temperature changes of the Caspian Sea

نویسندگان [English]

  • Manijeh Vosoughi 1
  • Dariush Mansoury 2
  • Abbassali Aliakbari Bidokhti 3
1 Physical Oceanography, Faculty of Natural Resources and Marine Sciences, Tarbiat Modares University, Noor, Iran.
2 Department of Marine Physics, Faculty of Marine Science, Tarbiat Modares University, Nour, Iran
3 Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Tehran, Iran.
چکیده [English]

ERA-Interim data have been utilized in many studies relating to the hydrodynamic modeling of seas and oceans, among which the use of ERA5 data has been emphasized more in recent researches. Thereby, investigating the difference between the two recent reanalysis data (ERA-Interim and ERA5) and their impact on determining the physical parameters of the sea (output of the model) is of particular importance. In this research, the surface temperature changes of the Caspian Sea were investigated based on the latest reanalysis data of the European Center for Medium-Term Atmospheric Forecasts (ECMWF) using a developed three-dimensional hydrodynamic numerical model. In this model, the data of wind and atmospheric fluxes were obtained from ECMWF daily database with a spatial resolution of 0.25 and a time step of 6 hours. The model was implemented separately for the ERA-Interim and ERA5 data for a period of 10 consecutive years (2009-2018). The results showed that the difference in temporal and spatial changes in the surface temperature of the Caspian Sea was more consistent in ERA5 compared to ERA-Interim. Also, the difference in the temporal and spatial changes in the surface temperature of the Caspian Sea in the two modes of ERA5 and ERA-Interim was insignificant in the northern basin, relatively significant in the middle basin, and highly significant in the southern basin. As a result, ERA5 has improved the results of the average annual temperature of the model output by about 7% in the southern basin of the Caspian Sea.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sea surface temperature
  • Era-Interim
  • Era5
  • POM model
  • Caspian Sea

مراجع

 [1] Dee DP, Uppala SM, Simmons AJ, Berrisford P, Poli P, Kobayashi S, Andrae U, Balmaseda MA, Balsamo G, Bauer DP, Bechtold P. The ERA‐Interim reanalysis: Configuration and performance of the data assimilation system. Quarterly Journal of the royal meteorological society. 2011 Apr;137(656):553-97. https://doi.org/10.1002/qj. 828, 2011
 [2] Poli P, Healy SB, Dee DP. Assimilation of Global Positioning System radio occultation data in the ECMWF ERA–Interim reanalysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2010 Oct;136(653):1972-90.
 [3] Szczypta C, Calvet JC, Albergel C, Balsamo G, Boussetta S, Carrer D, Lafont S, Meurey C. Verification of the new ECMWF ERA-Interim reanalysis over France. Hydrology and Earth System Sciences. 2011 Feb 25;15(2):647-66.
 [4] Decker M, Brunke MA, Wang Z, Sakaguchi K, Zeng X, Bosilovich MG. Evaluation of the reanalysis products from GSFC, NCEP, and ECMWF using flux tower observations. Journal of Climate. 2012 Mar 15;25(6):1916-44.
 [5] Luo H, Ge F, Yang K, Zhu S, Peng T, Cai W, Liu X, Tang W. Assessment of ECMWF reanalysis data in complex terrain: Can the CERA‐20C and ERA‐Interim data sets replicate the variation in surface air temperatures over Sichuan, China?. International Journal of Climatology. 2019 Dec;39(15):5619-34.
 [6] Aparecido LE, Rolim GD, Moraes JR, Torsoni GB, Meneses KC, Costa CT. Accuracy of ECMWF ERA-interim reanalysis and its application in the estimation of the water deficieny in paraná, Brazil. Revista Brasileira de Meteorologia. 2020 Jan 24;34:515-28.
 [7] Elkut AE, Taha MT, Zed AB, Eid FM, Abdallah AM. Wind-wave hindcast using modified ECMWF ERA-Interim wind field in the Mediterranean Sea. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2021 May 5;252:107267.
 [8] زرشکیان سجاد، منصوری داریوش. ارزیابی انرژی گرمایی اقیانوسی جهت تأمین انرژی الکتریکی سکوهای نفت و گاز فراساحلی دریای خزر. فیزیک زمین و فضا. 1399؛ 46(2):331-45.‎ 22059/JESPHYS.2020.289441.1007161
 [9] Hersbach H, Dee D. ERA5 reanalysis is in production, ECMWF Newsletter 147. Reading, UK: ECMWF. 2016, available at: https://www.ecmwf.int/en/newsletter/147/news/era5-reanalysis-production
 [10] Hersbach H, Bell B, Berrisford P, Hirahara S, Horányi A, Muñoz‐Sabater J, Nicolas J, Peubey C, Radu R, Schepers D, Simmons A. The ERA5 global reanalysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2020 Jul;146(730):1999-2049. https://doi.org/10.1002/qj. 3803
 [11] Hennermann K, Berrisford P. What are the changes from ERA-Interim to ERA5. European Centre for Medium-Range Weather Forecasts. 2018 Jan 31. https://confluence. ecmwf. int/pages/viewpage.action?pageId=74764925.
 [12] Hoffmann L, Günther G, Li D, Stein O, Wu X, Griessbach S, Heng Y, Konopka P, Müller R, Vogel B, Wright JS. From ERA-Interim to ERA5: the considerable impact of ECMWF's next-generation reanalysis on Lagrangian transport simulations. Atmospheric Chemistry and Physics. 2019 Mar 11;19(5):3097-124.
 [13] Gunduz M, Özsoy E. Modelling seasonal circulation and thermohaline structure of the Caspian Sea. Ocean Science. 2014 Jun 10;10(3):459-71. https://doi.org/5194/osd-11-259-2014.
 [14] Kostianoy AG, Kosarev AN, editors. The Caspian sea environment. Springer Science & Business Media; 2005.
 [15] Baidin SS, Kosarev AN. The Caspian Sea. Hydrology and hydrochemistry. Nauka. Moscow. 1986;261(272):25.
 [16] Lavrova OY, Mityagina MI, Sabinin KD, Serebryany AN. Satellite observations of surface manifestations of internal waves in the Caspian Sea. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2011 Dec;47(9):1119-26.
 [17] منصوری داریوش، صدری نسب مسعود، اکبری‌نسب محمد. تغییرات فصلی و سالانه میدان باد و گردش آب سطحی دریای خزر. مجله علوم و فنون دریایی. 1397؛ 17(1):68-82.‎
 [18] فرزانه سعید، شریفی محمدعلی، اکبرزاده عاطفه. مقایسة مجموعه داده‌های ERA5 و ERA-Interim در محاسبة تغییرات جرم کوتاه‌مدت جوی و اثرات آن بر ارتفاع ژئویید. فیزیک زمین و فضا. 1399؛ 46(3): 497-515.
 [19] Kowalewski M. A three-dimensional hydrodynamic model of the Gulf of Gdansk. Oceanological Studies. 1997;4(26):77-98.
 [20] Huang A, Rao YR, Lu Y, Zhao J. Hydrodynamic modeling of Lake Ontario: An intercomparison of three models. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2010 Dec;115(C12).
 [21] Alaka Jr GJ, Sheinin D, Thomas B, Gramer L, Zhang Z, Liu B, Kim HS, Mehra A. A hydrodynamical atmosphere/ocean coupled modeling system for multiple tropical cyclones. Atmosphere. 2020 Aug 16;11(8):869.
 [22] He W, Jiang A, Zhang J, Xu H, Xiao Y, Chen S, Yu X. Comprehensive hydrodynamic fitness of an estuary channel and the effects of a water diversion inflow. Estuaries and Coasts. 2022 Mar;45(2):382-92.
 [23] Blumberg AF, Mellor GL. A description of a three‐dimensional coastal ocean circulation model. Three‐dimensional coastal ocean models. 1987 Jan 1;4:1-6. https://doi.org/10.1029/CO004p0001
 [24] Oey L, Chang YL, Lin YC, Chang MC, Xu F, Lu HF. ATOP-The Advanced Taiwan Ocean Prediction System Based on the mpiPOM. Part 1: Model Descriptions, Analyses and Results. Terrestrial, Atmospheric & Oceanic Sciences. 2013 Feb 1;24(1):137-158.
 [25] منصوری داریوش، صدری نسب مسعود، اکبری نسب محمد. مدل‌سازی ساختار میدان‌های دما و شوری آب دریای خزر با استفاده از مدل POM. نشریه هیدرو فیزیک. 1394؛ 1(1):1-13.
 [26] Fallah F, Mansoury D. Coastal upwelling by wind-driven forcing in the Caspian Sea: A numerical analysis. Oceanologia. 2022 Apr 1;64(2):363-75. https://doi.org/10.1016/j.oceano.2022.01.003

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار