Surface water and energy budgets over the Mississippi and Columbia River basins as simulated by two generations of the Canadian regional climate model

Abstract

This paper aims to compare and evaluate the surface energy and water budgets of simulations with the operational version of the Canadian Regional Climate Model (CRCM op) and the developmental version (CRCM dev). The CRCM op and CRCM dev differ in their use of second‐ and third‐generation physical parametrization packages of the Canadian General Circulation Model (CGCM) II and III, respectively. The improvements to the physics of CGCM III include the use of the Canadian LAnd Surface Scheme (CLASS), a three‐layer soil model with explicit treatment of snow and canopy layers; it replaces the so‐called Bucket hydrological scheme and one‐layer force‐restore surface energy budget in the CGCM II.

The common experimental configuration for this comparison is taken from the Project to Intercompare Regional Climate Simulations (PIRCS‐1c) over the continental United States between 1987 and 1994. The analysis focuses on two major river basins with substantial differences in atmospheric forcings, vegetation and topography: the Mississippi and the Columbia river basins. The evaluation is made using observation‐based data for monthly means of screen temperature, diurnal temperature range, precipitation, run‐off estimated from streamflow, and snow depth. Some surface fluxes are also compared with the reanalyses from the National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) and the European Centre for Medium‐range Weather Forecasts (ECMWF).

Results show that CRCM dev constitutes an improvement over CRCM op, particularly for summer evapotranspiration, precipitation and diurnal temperature range; a remaining cold bias in screen temperature, however, is associated with an excessive amount of snow in winter and a high run‐off peak in spring. CRCM op underestimates the snow cover at the expense of the frozen water in the soil.

Résumé

Cette étude a pour but de comparer et d'évaluer les bilans énergétique et hydrique de surface simulés par les versions en exploitation (MRCC op) et en développement (MRCC dev) du Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC). Les MRCC op et MRCC dev se distinguent par l'emploi du module de paramétrage des processus physiques du Modèle de Circulation Générale Canadien (MCGC) de deuxième et troisième génération, respectivement. Parmi les améliorations apportées à la physique du MCGC III, on note l'implantation d'un nouveau schéma de surface appelé CLASS (Canadian LAnd Surface Scheme), un modèle à trois couches de sol avec traitement explicite des couverts végétal et nival; il remplace le modèle hydrologique Bucket et le régime thermique de force de rappel à une couche de sol utilisés dans la version en exploitation du MRCC.

Les simulations sont issues de la phase 1c du Projet d'inter‐comparaison des simulations de climat regional (PIRCS‐1c) couvrant l'ensemble des États‐Unis entre 1987 et 1994. L'analyse est réalisée sur deux bassinsversants dotés d'une végétation, d'une topographie et de forçages atmosphériques fort différents : les bassinsversants des fleuves Mississippi et Columbia. La température à l'abri, l'écart diurne, la précipitation, le ruissellement et la profondeur de neige sont comparés avec des climatologies d'observations. Les estimés mensuels de ruissellement proviennent de mesures de débits fluviaux sur les deux bassins‐versants. Certains flux de surface sont aussi comparés avec les ré‐analyses du National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) et du European Centre for Medium‐range Weather Forecasts (ECMWF).

Les résultats montrent que le MRCC dev tend à simuler une meilleure climatologie que la version en exploitation, particulièrement en ce qui concerne l'évapotranspiration, l'écart diurne et la précipitation estivale. Cependant, un biais froid persistant de température à l'abri sur les deux bassins est associé à un couvert de neige excessif suivi d'une importante crête de ruissellement au printemps. Le MRCC op favorise la formation de glace dans le sol aux dépens de la couverture de neige.

Notes

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