İki Orta Ölçekli Bölgesel Modelin Doğu Akdeniz Bölgesi Üzerinde Ve Tarihsel Referans Dönemde Karşılaştırmalı Olarak İncelenmesi

Abstract

Küresel iklim modelleri gelecek iklimlerin öngörüsü için yararlı bilimsel araçlardır, fakat yersel ve zamasal çözünürlükleri bölgesel iklim çalışmaları için yetersiz kalmaktadır. Dolayısıyla bölgesel iklim değişikliğini incelemek için daha yüksek çözünürlüğe sahip bölgesel iklim modelleri kullanılmalıdır. Doğu Akdeniz bölgesi sahip olduğu karmaşık yer şekilleri ve değişken iklim koşulları ile iklim modellerinin başarımının incelenmesi açısından çok ilginç bir bölge olma özelliğine sahiptir. Bu çalışmada NCAR'ın yeni nesil hidrostatik-olmayan orta ölçekli WRF-ARW modeli Türkiye ve civarının bölgesel ikliminin analizini yapılıp ve modelin başarımı incelenmiştir. 1960-1990 yılları için NCEP-NCAR Reanaliz verileri ile çalıştırılan WRF modelinin çıktıları aynı zaman aralığında ve aynı yapılandırma seçenekleri ile çalıştırılmış olan RegCM3 modelinin çıktıları ile karşılaştırılmıştır. RegCM3 modeli MM5 modelini temel alan hidrostatik bir bölgesel iklim modelidir ve Dünya'nın pek çok bölgesinde başarı ile uygulanmıştır. WRF ise MM5'ın üzerine geliştirilmiştir ve fizik, dinamik ve sayısal formülasyonu hem MM5'dan hem de RegCM3'ten çok daha gelişmiştir. Fakat bu modellere göre oldukça yeni sayılan WRF ile yeteri kadar bölgesel iklim çalışması yapılmamıştır ve Doğu Akdeniz bölgesindeki başarımı bilinmemektedir. Dolayısıyla bu çalışmanın sonuçları WRF modelinin uzun süreli bölgesel iklim çalışmalarındaki başarımı açısından önemlidir. Çalışmanın yapıldığı alan Türkiye'yi merkez olarak alan ve 13-55 Doğu ve 28-51 Batı koordinatları arasındadır. Model çözünürlüğü yatayda 27 km'dir ve doğu-batı yönünde 144, kuzey-güney yönünde ise 100 ızgara noktası kullanılmıştır. WRF modelinde düşeyde 35 seviye kullanılırken RegCM modelinde ise 18 düşey seviye kullanılmıştır. Zaman adımı 60 saniye olarak seçilmiş olup model hesaplamaları her üç saatte dosyaya yazdırılmıştır. Modellerde kullanılan fizik ve dinamik paketler uzun süreli iklim çalışmaları için özel olarak seçilmiştir. Denizlerin uzun vadede yaratacağı etkiler göz önünde bulundurularak GISST veri kümesindeki deniz suyu sıcaklığı verileri ek sınır koşulu olarak eklenmiştir. WRF modelinde karmaşık topoğrafyayı daha iyi temsil etmesi amacıyla 30 saniye çözünürlüğe ve dalga sürükleme (İng. gravity wave drag) alanınına sahip MODIS yer veri kümesi kullanılmıştır. Aylık ortalama değerler özellikle karmaşık topoğrafya üzerinde WRF modelinin RegCM'den daha iyi olduğunu göstermektedir. WRF yüzey sıcaklıklarında negatif tarafa sahipken yersel dağılımı daha iyi çözmüştür. Yersel istatistik analizler de bunu desteklemektedir. Bununla beraber dalga sürükleme şemasının özellikle yüksek kesimlerde sonuçları gözlemlerle daha uyumlu verdiği de görülmüştür. Sınırdaki değerler ise RegCM'de dalgalanmalı değerlere sahipken WRF'ta bu durum gözlen- memektedir. Gözlemler temel alınarak yapılan istatiksel analizin sonuçları WRF'un yersel korelasyonunun RegCM'den daha yüksek; hata ve varyansının ise daha düşük olduğunu göstermektedir.

Global Climate Models are useful tools for predicting future climates. However their spatial and temporal resolutions are too coarse for regional climate studies. Therefore higher resolution regional climate models should be used to examine the regional climate changes. Eastern Mediterranean Region is a very interesting area for testing the performance of climate models due to its complex topography and variable climate conditions. In this study, NCAR?s next generation non-hydrostatic mesoscale model, Advanced Research WRF (WRF-ARW) was used to analyze the regional climate of Turkey and its neighbourhood for the period of 1961-1990 and the results are compared with RegCM outputs and observations. A similar study had been performed successfully with hydrostatic ICTP-RegCM3 model that is based on MM5, the predecessor of WRF. WRF on the other hand, is superior to RegCM and MM5 in both physics, dynamics and numerics, but computationally more expensive accordingly. However, WRF is still underdevelopmentandrequiresmoreperformanceanalysesforitsvalidationinregional climate modelling. Therefore the result of this study is important for the validation of WRF in long term regional climate studies. The WRF Model was used to downscale NCEP-NCAR Reanalysis data over a domain that spans from 13 E - 55 E and 28 N - 51 N. The grid resolution is 27 km in both directions and there are 144 by 100 grid points in east-west and south-north directions respectively. In the vertical direction 35 levels are used and that happens to be the twice the vertical resolution of RegCM3 run. The time step is 60 seconds and the model outputs are saved every 3 hours. Physics and dynamics options are especially chosen for long term regional climate runs and GISST data is used as the additional SST input. In order to handle the steep topography of the domain, MODIS dataset with 30 arcsecond resolution and gravity wave drag (GWD) was used. Monthly means of the model outputs show that WRF is superior to RegCM over complex topography. WRF can simulate regional features better than RegCM. Generally, WRF has a negative bias in surface temperatures but it can solve the temperature distribution better than RegCM that has a positive temperature bias. Especially in Mediterranean shores the difference is very clear. Moreover GWD enabled WRF runs can solve the temperature field better over steep topography. Boundary conditions are also handled better in WRF than in RegCM. RegCM generates superfluous distributions in southern and eastern boundaries whereas such problems are not seen in WRF results. Statistical analyses have shown that WRF has a greater spatial correlation and smaller spatial variability than RegCM when compared against observations.