Jaka będzie pogoda w przyszłym tygodniu, w przyszłym sezonie lub pod koniec stulecia? Wobec braku drugiej Ziemi do wykorzystania w eksperymencie, symulacje globalnych modeli pogody i klimatu są jedynymi narzędziami, jakimi dysponujemy, aby odpowiedzieć na te pytania.

Dostęp do tych informacji jest niezbędny dla społeczności, rządu i przemysłu do podejmowania świadomych decyzji – dotyczy to m.in. sektorów takich jak turystyka, zarządzanie zasobami naturalnymi, rolnictwo i służby ratunkowe.

Pogoda i klimat mogą nigdy nie być w pełni przewidywalne, ale nauka zaszła już wystarczająco daleko, abyśmy mieli większą pewność co do tego, czy będzie padać dziś po południu, oraz przewidywania, jak klimat Australii może wyglądać na wiele dziesięcioleci w przyszłości.

Jesteśmy również coraz lepsi w przewidywaniu następnego sezonu lub dwóch, dzięki czemu możemy być lepiej przygotowani do reagowania na ekstremalne warunki pogodowe, takie jak cyklony, fale upałów i powodzie, które już wpływają na społeczności australijskie.

{vimeo}119920008{/vimeo}

Patrząc w przyszłość

Ogólne modele cyrkulacji (nazywane również globalnymi modelami klimatu) są budowane przy użyciu matematycznych reprezentacji dynamicznego systemu Ziemi. Ich podstawy opierają się na prawach fizyki, w tym zachowaniu masy, energii i pędu. Modele te przedstawiają w trzech wymiarach wielkoskalowe cyrkulacje atmosfery i oceanu, takie jak progresja systemów wysokiego i niskiego ciśnienia oraz wielkoskalowe prądy oceaniczne. Modele obejmują również kriosferę (śnieg i lód morski) oraz powierzchnię lądu.

Modele klimatyczne pomagają nam zrozumieć naszą obecną pogodę i klimat, a także pozwalają nam rozważyć prawdopodobne przyszłe scenariusze zmian klimatu. Generują symulacje, aby powiedzieć nam, co się stało lub co może się wydarzyć w różnych scenariuszach, takich jak stężenia gazów cieplarnianych .

Chociaż modele używane do prognozowania pogody i zastosowań klimatycznych mają te same podstawy, są nieco inne.

Modele pogodowe działają w wyższej „rozdzielczości” przestrzennej i zawierają najnowszy zestaw pomiarów satelitarnych i naziemnych przy użyciu zaawansowanych metod asymilacji danych. To określa punkt wyjścia, od którego model przewiduje ewolucję zdarzeń pogodowych w ciągu najbliższego tygodnia.

Modele klimatyczne nie mają na celu prognozowania dokładnej „pogody” na dany dzień na miesiące lub lata do przodu (co jest niemożliwe), ale raczej przewidują „statystyki” pogody (tj. „klimat”), takie jak średnie warunki, przez sezon lub trendy na przestrzeni dziesięcioleci.

Podczas gdy ogólne modele cyrkulacji symulują procesy systemu Ziemi na dużą skalę, istnieją pewne procesy, takie jak formowanie się chmur i opady deszczu, które występują w małej skali i sprawiają, że zmiany w systemie Ziemi są trudne do dokładnego przewidzenia.

Pomimo tych wyzwań ciągłe doskonalenie modeli (np. wyższa rozdzielczość, lepsza reprezentacja procesów fizycznych i lepsze wykorzystanie danych, zwłaszcza z satelitów) w ciągu ostatnich trzech dekad poprawiło naszą zdolność do przewidywania pogody i tworzenia prognoz klimatycznych.

Obecnie na świecie działa ponad 40 globalnych modeli klimatycznych. Te grupy modelujące wykorzystują wspólny zestaw scenariuszy gazów cieplarnianych i aerozoli, zwanych Reprezentatywne ścieżki koncentracji. To skoordynowane podejście pozwala na łatwe porównanie prognoz w wielu tysiącach symulacji modeli, dla których dostępne są dane.

Podobnie centra prognozowania pogody weryfikują codzienne prognozy pogody za pomocą metryk zdefiniowanych w skali międzynarodowej, które umożliwiają łatwe porównywanie prognoz dokonywanych przez centra.

Reprezentatywne ścieżki koncentracji dzielą się na trzy kategorie:

• wysoki: emisje gazów cieplarnianych nadal rosną w XXI wieku bez redukcji, ze spadkiem aerozoli

• pośredni: emisje gazów cieplarnianych osiągają szczyt, a następnie spadają

• niski: emisje gazów cieplarnianych szybko osiągają szczyt, a następnie szybko spadają do bardzo niskich wartości (silny przypadek łagodzenia).

Bez względu na to, który model lub scenariusz dotyczący gazów cieplarnianych zastosujemy, wyraźny i silny sygnał ocieplenia jest widoczny w prognozach przyszłego klimatu, większych dla scenariuszy wysokiej emisji. Modele odwzorowują również różnice w czasie i wielkości ocieplenia oraz zakres zmian w opadach deszczu i innych elementach. .

Dlatego zamiast jednej przyszłości klimatycznej musimy rozważyć szereg możliwych przyszłości.

Które modele są najlepsze?

Wszystkie modele klimatyczne przechodzą rygorystyczną ocenę, aby określić, w jakim stopniu mogą reprezentować codzienną pogodę oraz przeszły i obecny klimat.

Istnieje wiele testów przeprowadzonych w celu oceny wydajności modelu klimatycznego. Na przykład naukowcy mogą ocenić, jak dobrze model symuluje klimat historyczny (np. średnie opady w Australii w ciągu ostatnich 20 lat) lub zdolność modelu do reprezentowania lub przewidywania określonych cech, takich jak początek monsunu, El Niño lub ścieżki cyklonów tropikalnych. .

Naukowcy badający skutki przyszłych zmian klimatycznych mogą zdecydować się na wybór podzbioru modeli opartych na wydajności. Jednak wybór „najlepszego” modelu lub podzbioru modeli zależy od używanej miary wydajności.

Na przykład niedawna ocena modeli klimatycznych dla warunków australijskich wykazała, że ​​nie ma ustalonego „podzbioru” modeli klimatycznych, które mogłyby lepiej reprezentować wszystkie ważne aspekty klimatu niż po prostu przy użyciu pełnego zestawu dostępnych modeli.

Prognozy klimatyczne często zawierają miarę pewności, opartą na fizycznym zrozumieniu, solidności prognoz modelu i spójności prognoz z zaobserwowanymi trendami lub zmianami w przeszłości. Wydajność modeli klimatycznych w odniesieniu do klimatu w przeszłości jest krytycznym czynnikiem w ustalaniu naszego poziomu zaufania do prognozowanych zmian w przyszłości. Oceny zaufania przedstawione w najnowszych prognozach Australii są nową i użyteczną funkcją oceny zakresu przewidywanych zmian w przyszłym klimacie Australii.

Australijski wiodący model klimatyczny na świecie

Tszeregi czasowe dla średniej temperatury australijskiej w latach 1910-2090, jak symulowano w modelach CMIP5, w stosunku do średniej z lat 1950-2005. Obserwacje Bureau of Meteorology są pokazane w grubym brązie, a serie z typowego modelu (ACCESS1-0) są pokazane w przyszłości w kolorze jasnofioletowym. Cieniowanie przedstawia rozpiętość między wszystkimi modelami dla okresu historycznego (zacieniowanie na szaro) i okresu przyszłego (fioletowy – wysoka emisja; niebieski – średnia; żółty – niska emisja). Więcej informacji na temat prognoz znajduje się w rozdziale 7 raportu technicznego NRM: (http://www.climatechangeinaustralia.gov.au/en/publications-library/technical-report/) Zmiany klimatyczne w Australii

Własny model klimatyczny Australii, Australian Community Climate and Earth System Simulator, czyli ACCESS, jest konsekwentnie udowadniany przez krajowe i międzynarodowe grupy jako jeden z modeli o najwyższej skuteczności w zakresie wielu cech klimatycznych ważnych dla Australii.

ACCESS został opracowany wspólnie przez Bureau of Meteorology i CSIRO w ramach partnerstwa badawczego The Centre for Australian Weather and Climate Research. Został opracowany we współpracy z australijskimi uniwersytetami i UK Met Office przy wsparciu Departamentu Środowiska. ACCESS został specjalnie zaprojektowany do wykorzystania zarówno do prognozowania pogody, jak i symulacji klimatu.

W „trybie pogody” ACCESS jest używany przez Biuro Meteorologii do dostarczania prognoz pogody dla Australii. Dzięki ACCESS czterodniowa prognoza Prezydium jest teraz tak dokładna, jak trzydniowa prognoza zaledwie dziesięć lat temu. Porównania z prognozami z zagranicznych centrów operacyjnych pokazują, że ACCESS jest jednym z najskuteczniejszych modeli na świecie.

Wersja „klimatyczna” programu ACCESS została wykorzystana do wygenerowania prognoz klimatycznych, które zostały przedłożone przez Australię do ostatnich skoordynowanych międzynarodowych eksperymentów dotyczących zmiany klimatu oraz jako wsparcie dla ostatniego piątego raportu oceniającego Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC).

ACCESS będzie nadal rozwijany i ulepszany, obejmując i modelując ziemskie systemy składowe z większą szczegółowością i precyzją.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje
Czytaj oryginalny artykuł.

O Autorach

Dr Kamal Puri jest Kierownikiem Programu Badawczego Programu Modelowania Systemów Ziemi w Sekcji Badań i Rozwoju Biura Meteorologii. Dr Puri posiada doktorat z fizyki przyznany przez Uniwersytet w Manchesterze (Wielka Brytania). Jako Lider Programu odpowiada za rozwój Symulatora Systemu Klimatu i Ziemi (ACCESS) Wspólnoty Australijskiej, który jest w pełni sprzężonym modelem systemu Ziemi, opracowanym we współpracy z CSIRO i przy wsparciu australijskich uniwersytetów.

Aurel Moise jest starszym naukowcem pracującym w dziale badawczo-rozwojowym Biura Meteorologii przez ostatnie 11 lat. Moje zainteresowania badawcze obejmują różne tematy uchwycone pod hasłem zmienności i zmiany klimatu