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Analysis of ERA40-driven CLM simulations for Europe

Jaeger, Eric B.; Anders, Ivonne; Lüthi, Daniel; Rockel, Burkhardt; Schär, Christoph; Seneviratne, Sonia I.

Meteorologische Zeitschrift Vol. 17 No. 4 (2008), p. 349 - 367

published: Aug 25, 2008

DOI: 10.1127/0941-2948/2008/0301

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Abstract

The Climate Local Model (CLM) is a community Regional Climate Model (RCM) based on the COSMO weather forecast model. We present a validation of long-term ERA40-driven CLM simulations performed with different model versions. In particular we analyse three simulations with differences in boundary nudging and horizontal resolution performed for the EU-project ENSEMBLES with the model version 2.4.6, and one with the latest version 4.0. Moreover, we include for comparison a long-term simulation with the RCM CHRM previously used at ETH Zurich. We provide a thorough validation of temperature, precipitation, net radiation, cloud cover, circulation, evaporation and terrestrial water storage for winter and summer. For temperature and precipitation the interannual variability is additionally assessed. While simulations with CLM version 2.4.6 are generally too warm and dry in summer but still within the typical error of PRUDENCE simulations, version 4.0 has an anomalous cold and wet bias. This is partly due to a strong underestimation of the net radiation associated with cloud cover overestimation. Two similar CLM 2.4.6 simulations with different spatial resolutions (0.44° and 0.22°) reveal for the analysed fields no clear benefit of the higher resolution except for better resolved fine-scale structures. While the large-scale circulation is represented more realistically with spectral nudging, temperature and precipitation are not. Overall, CLM performs comparatively to other state-of-the-art RCMs over Europe.

Kurzfassung

Das Climate Local Model (CLM) ist ein regionales Klimamodell (RCM), welches auf dem COSMO Wettermodell basiert. Wir präsentieren die Ergebnisse einer Validierung von CLM Langzeit-Simulationen, welche durch ERA40 angetrieben wurden. Es wurden verschiedene Modellversionen und -einstellungen verwendet, drei Simulationen mit Unterschieden in der Antriebskonfiguration als auch in der horizontalen Auflösung, welche für das EU-Projekt ENSEMBLES mit der CLM Version 2.4.6 durchgeführt wurden, und eine Simulation mit der neusten Modellversion 4.0. Zusätzlich wurde zu Vergleichszwecken eine RCM Simulation mit dem CHRM durchgeführt, welches bislang an der ETH Zürich verwendet wurde. Die Validierung beinhaltet Temperatur, Niederschlag, Nettostrahlung, Bewölkungsgrad, Zirkulation, Verdunstung und terrestrische Wasserspeicherung für Winter und Sommer. Für Temperatur und Niederschlag wurde zudem die interannuelle Variabilität untersucht. Simulationen mit der CLM Version 2.4.6 sind im Sommer zu warm und trocken. Die Abweichungen bewegen sich aber im Rahmen der Fehler der PRUDENCE Simulationen. Version 4.0 hingegen zeigt zu kalte und feuchte Sommerwerte. Die Abweichungen stammen teilweise von einer starken Unterschätzung der Nettostrahlung aufgrund einer Bewölkungsüberschätzung. Zwei ähnliche CLM 2.4.6 Simulationen mit verschiedenen horizontalen Auflösungen (0.44° und 0.22°) zeigen keinen speziellen Mehrwert der höheren Auflösung außer besser aufgelöste feinskalige Strukturen. Das spectral nudging verbessert die großskalige Zirkulation, aber nicht Temperatur und Niederschlag. Insgesamt zeigt das CLM vergleichbare Fehler für Europa wie andere RCMs.