Precipitation and temperature space-time variability and extremes in the Mediterranean region: evaluation of dynamical and statistical downscaling methods

Autor: Marco Borga, Cindy Lebeaupin-Brossier, Mathieu Vrac, Emmanouil Flaounas, Marc Stéfanon, Sophie Bastin, Jean-Christophe Calvet, Philippe Drobinski
Přispěvatelé: Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Extrèmes : Statistiques, Impacts et Régionalisation (ESTIMR), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), SPACE - LATMOS, Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA Paris), Università degli Studi di Padova = University of Padua (Unipd), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-École polytechnique (X)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Universita degli Studi di Padova, Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (CNRM-GAME), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2013
Předmět:
Zdroj: Climate Dynamics
Climate Dynamics, 2013, 40 (11-12), pp.2687-2705. ⟨10.1007/s00382-012-1558-y⟩
Climate Dynamics, Springer Verlag, 2013, 40 (11-12), pp.2687-2705. ⟨10.1007/s00382-012-1558-y⟩
ISSN: 0930-7575
1432-0894
Popis: International audience; This study evaluates how statistical and dynamical downscaling models as well as combined approach perform in retrieving the space-time variability of near-surface temperature and rainfall, as well as their extremes, over the whole Mediterranean region. The dynamical downscaling model used in this study is the Weather Research and Forecasting (WRF) model with varying land-surface models and resolutions (20 and 50 km) and the statistical tool is the Cumulative Distribution Function-transform (CDF-t). To achieve a spatially resolved downscaling over the Mediterranean basin, the European Climate Assessment and Dataset (ECA&D) gridded dataset is used for calibration and evaluation of the downscaling models. In the frame of HyMeX and MED-CORDEX international programs, the downscaling is performed on ERA-I reanalysis over the 1989-2008 period. The results show that despite local calibration, CDF-t produces more accurate spatial variability of near-surface temperature and rainfall with respect to ECA&D than WRF which solves the three-dimensional equation of conservation. This first suggests that at 20-50 km resolutions, these three-dimensional processes only weakly contribute to the local value of temperature and precipitation with respect to local one-dimensional processes. Calibration of CDF-t at each individual grid point is thus sufficient to reproduce accurately the spatial pattern. A second explanation is the use of gridded data such as ECA&D which smoothes in part the horizontal variability after data interpolation and damps the added value of dynamical downscaling. This explains partly the absence of added-value of the 2-stage downscaling approach which combines statistical and dynamical downscaling models. The temporal variability of statistically downscaled temperature and rainfall is finally strongly driven by the temporal variability of its forcing (here ERA-Interim or WRF simulations). CDF-t is thus efficient as a bias correction tool but does not show any added-value regarding the time variability of the downscaled field. Finally, the quality of the reference observation dataset is a key issue. Comparison of CDF-t calibrated with ECA&D dataset and WRF simulations to local measurements from weather stations not assimilated in ECA&D, shows that the temporal variability of the downscaled data with respect to the local observations is closer to the local measurements than to ECA&D data. This highlights the strong added-value of dynamical downscaling which improves the temporal variability of the atmospheric dynamics with regard to the driving model. This article highlights the benefits and inconveniences emerging from the use of both downscaling techniques for climate research. Our goal is to contribute to the discussion on the use of downscaling tools to assess the impact of climate change on regional scales.
Databáze: OpenAIRE
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