Die Modelle verstehen, die uns helfen, den Klimawandel vorherzusagen

Die Modelle verstehen, die uns helfen, den Klimawandel vorherzusagen

Wie wird das Wetter nächste Woche, nächste Saison oder Ende des Jahrhunderts sein? In Ermangelung einer zweiten Erde, die in einem Experiment verwendet werden kann, sind globale Wetter- und Klimamodell-Simulationen die einzigen Werkzeuge, die wir haben, um diese Fragen zu beantworten.

Der Zugang zu diesen Informationen ist für die Gemeinschaft, die Regierung und die Industrie von grundlegender Bedeutung, um fundierte Entscheidungen zu treffen. Dazu gehören Sektoren wie Tourismus, Management natürlicher Ressourcen, Landwirtschaft und Notdienste, um nur einige zu nennen.

Wetter und Klima sind vielleicht nie völlig vorhersehbar, aber die Wissenschaft ist jetzt weit genug gekommen, um zuversichtlicher zu sein, wenn es darum geht zu erfahren, ob es heute Nachmittag regnen wird und wie Australiens Klima in vielen Jahrzehnten aussehen könnte.

Wir bekommen auch besser auf die nächste Saison oder zwei der Vorhersage, so dass wir besser vorbereitet sein kann, um den extremen Wetterverhältnissen wie Zyklone, Hitzewellen und Überschwemmungen Regen zu reagieren, die bereits australischen Gemeinden auswirken.

Looking Ahead

Allgemeine Zirkulationsmodelle (auch als globale Klimamodelle bezeichnet) werden unter Verwendung mathematischer Darstellungen des dynamischen Erdsystems erstellt. Ihre Grundlagen basieren auf den Gesetzen der Physik einschließlich der Erhaltung von Masse, Energie und Impuls. Diese Modelle repräsentieren in drei Dimensionen die großräumigen Zirkulationen der Atmosphäre und des Ozeans, wie das Fortschreiten von Hoch- und Niederdrucksystemen und großräumigen Meeresströmungen. Zu den Modellen gehören auch die Kryosphäre (Schnee und Meereis) sowie die Landoberfläche.

Klimamodelle helfen uns, unser gegenwärtiges Wetter und Klima zu verstehen und erlauben uns auch, plausible Zukunftsszenarien zu betrachten, wie sich das Klima verändern könnte. Sie generieren Simulationen, die uns sagen, was passiert ist oder was unter verschiedenen Szenarien passieren könnte, beispielsweise bei Treibhausgaskonzentrationen.


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Obwohl die Modelle für Wettervorhersagen und Klimaanwendungen dieselben Grundlagen haben, unterscheiden sie sich ein wenig.

Wetter-Modelle sind bei höheren räumlichen "Auflösung", und übernehmen die neueste Reihe von Satelliten- und Bodenmessungen mit fortschrittlicher Datenassimilationsverfahren laufen. Dies definiert den Ausgangspunkt, von dem das Modell die Entwicklung der Wetterereignisse in der nächsten Woche prognostiziert oder so.

Klimamodelle versuchen nicht, das genaue "Wetter" an einem bestimmten Tag, Monate oder Jahre vorher zu prognostizieren (was unmöglich ist), sondern sagen eher die "Statistiken" des Wetters (dh das "Klima") voraus, wie die durchschnittlichen Bedingungen, über eine Saison oder Trends über Jahrzehnte.

Während allgemeine Zirkulationsmodelle große Erdsystemprozesse simulieren, gibt es einige Prozesse, wie Wolkenbildung und Niederschlag, die in kleinen Maßstäben auftreten und Änderungen im Erdsystem schwierig perfekt vorhersagen lassen.

Trotz dieser Herausforderungen hat die kontinuierliche Verbesserung von Modellen (z. B. höhere Auflösung, bessere Darstellung von physikalischen Prozessen und verbesserte Nutzung von Daten, insbesondere von Satelliten) in den letzten drei Jahrzehnten unsere Fähigkeit verbessert, Wettervorhersagen zu prognostizieren und Klimaprojektionen zu erstellen.

Inzwischen gibt es über 40 globalen Klimamodellen rund um die Welt laufen. Diese Modellierungsgruppen verwenden, um einen gemeinsamen Satz von Treibhausgas- und Aerosol-Szenarien, die so genannte Repräsentative Konzentration Pathways. Dieser koordinierte Ansatz ermöglicht den einfachen Vergleich von Projektionen über die vielen tausend Modellsimulationen, für die Daten verfügbar sind.

In ähnlicher Weise verifizieren Wettervorhersagestellen tägliche Wettervorhersagen unter Verwendung von international definierten Metriken, die einen leichten Vergleich der Vorhersagen der Zentren ermöglichen.

Die repräsentativen Konzentrationspfade lassen sich in drei Kategorien einteilen:

  • hoch: Die Treibhausgasemissionen steigen im 21-Jahrhundert kontinuierlich an, wobei die Aerosole zurückgehen

  • mittelfristig: Rückgang der Treibhausgasemissionen

  • Gering: Die Treibhausgasemissionen steigen schnell an und sinken dann schnell auf sehr niedrige Werte (ein starker Mitigationsfall).

Egal, welches Modell oder welches Treibhausgas-Szenario wir verwenden, ein substanzielles und robustes Erwärmungssignal ist in den Projektionen des zukünftigen Klimas offensichtlich, größer für Szenarien mit hoher Emission. Modelle projizieren auch Unterschiede in Zeitpunkt und Ausmaß der Erwärmung und eine Reihe von Änderungen in Niederschlag und anderen Elementen.

Also müssen wir nicht eine einzige Klimaforschung, sondern eine Reihe möglicher Zukunftsaussichten in Betracht ziehen.

Welche Modelle sind am besten?

Alle Klimamodelle werden einer rigorosen Bewertung unterzogen, um zu bestimmen, inwieweit sie das tägliche Wetter und das vergangene und aktuelle Klima darstellen können.

Es werden viele Tests durchgeführt, um die Leistung eines Klimamodells zu bewerten. Zum Beispiel können Wissenschaftler beurteilen, wie gut das Modell das historische Klima simuliert (wie der durchschnittliche Niederschlag in Australien in den letzten 20-Jahren) oder die Fähigkeit des Modells, spezifische Merkmale wie Monsunbeginn, El Niño oder die Pfade tropischer Wirbelstürme darzustellen oder vorherzusagen .

Forscher, die die Auswirkungen des künftigen Klimawandels untersuchen, könnten sich dafür entscheiden, eine Teilmenge der leistungsbasierten Modelle auszuwählen. Die Auswahl des "besten" Modells oder einer Teilmenge von Modellen hängt jedoch davon ab, welche Leistungsmaßnahme Sie verwenden.

Zum Beispiel zeigte kürzlich durchgeführte Bewertung von Klimamodellen für australische Bedingungen, dass es keine festen "Teilmenge" von Klimamodellen, die alle wichtigen Aspekte des Klimas besser als nur mit dem vollen Satz der verfügbaren Modelle darstellen können.

Klimaprojektionen haben oft ein gewisses Maß an Vertrauen, basierend auf physikalischem Verständnis, Robustheit von Modellprojektionen und Konsistenz von Projektionen mit beobachteten Trends oder vergangenen Veränderungen. Die Leistung von Klimamodellen in Bezug auf vergangenes Klima ist ein kritischer Faktor, um unser Vertrauen in zukünftige projizierte Veränderungen zu stärken. Die Vertrauensbeurteilungen für Australiens jüngste Projektionen sind ein neues und nützliches Merkmal, um die Bandbreite der projizierten Veränderungen im zukünftigen Klima Australiens zu bewerten.

Australiens weltweit führendes Klimamodell

Klimamodell

TIme-Serie für australische Durchschnittstemperatur für 1910-2090, wie in CMIP5-Modellen simuliert, relativ zum 1950-2005-Mittelwert. Bureau of Meteorology Beobachtungen sind in braun dargestellt und eine Serie von einem typischen Modell (ACCESS1-0) sind in der Zukunft in hellviolett gezeigt. Die Schattierung repräsentiert die Streuung zwischen allen Modellen für die historische Periode (graue Schattierung) und die zukünftige Periode (violett-hohe Emissionen; blau - mittel; gelb - niedrige Emissionen). Weitere Details zu den Projektionen finden Sie in Kapitel 7 des NRM Tech Reports: (http://www.climatechangeinaustralia.gov.au/en/publications-library/technical-report/) Klimawandel in Australien

Australiens eigenes Klimamodell, der Australian Community Climate and Earth Systems Simulator (ACCESS), wird von nationalen und internationalen Gruppen durchweg als eines der leistungsstärksten Modelle für eine Reihe von für Australien wichtigen Klimafunktionen gezeigt.

ACCESS wurde durch das Büro für Meteorologie und CSIRO durch ihre Forschungspartnerschaft gemeinsam entwickelt, das Zentrum für australische Wetter und Klimaforschung. Es wurde in Zusammenarbeit mit australischen Universitäten und Großbritannien Met Office mit Unterstützung der Abteilung für Umwelt entwickelt. ACCESS ist speziell sowohl für Wettervorhersage und Klimasimulation entwickelt, verwendet werden.

Im "Wettermodus" wird ACCESS vom Bureau of Meteorology verwendet, um Australiens Wettervorhersagen bereitzustellen. Dank ACCESS ist die viertägige Prognose des Büros jetzt so genau wie vor drei Tagen. Vergleiche mit Prognosen aus den operativen Zentren in Übersee zeigen, dass ACCESS zu den leistungsstärksten Modellen der Welt zählt.

Die "Klima" -Version von ACCESS wurde verwendet, um Klimaprojektionen zu erstellen, die von Australien zu den jüngsten koordinierten internationalen Klimawandelexperimenten und zur Unterstützung des jüngsten 5th-Bewertungsberichts des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) vorgelegt wurden.

ACCESS wird weiter entwickelt und verbessert, wobei die Komponentensysteme der Erde mit größerer Detailgenauigkeit und Detailgenauigkeit erfasst und modelliert werden.

Das Gespräch

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Über den Autor

Puri KamalDr. Kamal Puri ist Leiter des Forschungsprogramms des Earth System Modeling Program im Bereich Meteorologieforschung und -entwicklung des Bureau of Meteorology. Dr. Puri hat einen PhD in Physik von der Universität von Manchester (UK) erhalten. Als Programmleiter ist er verantwortlich für die Entwicklung des australischen Community Climate und Earth System Simulator (ACCESS), ein vollständig gekoppeltes Erdsystemmodell, das in Zusammenarbeit mit CSIRO und Unterstützung der australischen Universitäten entwickelt wurde.

Moise AurelAurel Moise ist Senior Research Scientist und arbeitete in den vergangenen 11-Jahren in der F & E-Abteilung des Bureau of Meteorology. Mein Forschungsinteresse umfasst verschiedene Themen, die im Zeichen von Klimavariabilität und Klimawandel stehen

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