Järgmise kümnendi kliima ennustamine – Rahvusvaheline Teadusnõukogu

See artikkel on osa ISC-st Teisendus21 seeria, mis sisaldab meie teadlaste ja muudatuste tegijate võrgustiku ressursse, mis aitavad teavitada kliima ja bioloogilise mitmekesisuse eesmärkide saavutamiseks vajalikest kiireloomulistest muutustest.

Nendel lehtedel olevate ajaveebide regulaarsed lugejad on tõenäoliselt väga kursis kliimamuutuste pikaajaliste prognoosidega, mida kasutavad Valitsustevaheline kliimamuutuste paneel (IPCC), et uurida võimalikke globaalse soojenemise stsenaariume, mille pealkirjad haaravad temperatuuriennustused mitu põlvkonda tulevikku.

Ja ma panen kihla, et iga lugeja on kas näinud või kuulnud ilmateadet, mis teeb prognoose järgmisteks päevadeks.

Kuidas on aga lood lähima perioodiga – perioodiga, mis jääb tüüpilise viiepäevase ilmaennustuse või järgmiste kuude prognooside ja sajandi lõpu kliimaprognooside vahele? Alates põllumeestest, kes otsustavad, millist põllukultuuri istutada, et anda neile lähiaastatel parim võimalik saak, kuni poliitikakujundajateni, kes hindavad, kas rahvatervise süsteem on järgmise kolme aasta jooksul kuumalainega toime tulema, kuni kindlustusandjateni, kes hindavad oma kindlustuskulusid. järgmisel orkaanihooajal sõltuvad paljud otsused, millega poliitikakujundajad ja ettevõtted rutiinselt silmitsi seisavad, lähiajalisest kliimateabest.

Võimalus anda teavet mitmeaastase kuni kümneaastase ajakava kohta on kliimateenuste jaoks "absoluutselt ülioluline", ütleb Adam Scaife, Ühendkuningriigi meteoroloogiaameti kaugennustuste juht ja teadusliku juhtrühma kaasesimees. Maailma kliimauuringute programmi (WCRP) suur väljakutse lähiaja kliima prognoosimisel.

Järgmise nädala ilmaprognoosi ja pikaajaliste kliimaprognooside vahelise lünga täitmine aastani 2100 nõuab mudelit, mis ühendaks ilmaennustuse ja pikaajalise kliimaprognoosi tehnikad: need kõik kasutavad samu arvutimudeleid, kuid lühiajalisi prognoose. tuginevad suuresti viimaste vaatlusandmete lähtetingimustele, samas kui kliimasuundumuste pikaajalised prognoosid sõltuvad kõige enam kasvuhoonegaaside heitkoguste muutustest.

Virtuaalse maailma ehitamine

Lähiaja prognooside tegemine sõltub meteoroloogiliste andmete piiramatust vahetamisest massiliselt ja reaalajas. Mudelite lähtetingimuste loomiseks kasutatakse teavet viie elemendi kohta, millest kliimasüsteem koosneb – atmosfäär, ookean, biosfäär, krüosfäär ja geosfäär.

"Selleks oleme loonud süsteemid, mis laiendavad nende kahe ajakava jaoks juba olemas olnud prognoosimisvõimet," ütleb Adam.

"Saame oma parima hinnangu selle kohta, kuidas atmosfäär, ookean ja muud komponendid, nagu merejää ja niiskus maapinnal, praegu välja näevad. Seda kõike kasutatakse ennustuse lähtetingimuste loomiseks. Seejärel võtame numbrilise mudeli, mis põhineb vedeliku mehaanika ja termodünaamika viiel põhivõrrandil, ning kasutame mudeli prognoosi käivitamiseks kogu maakera lähtetingimusi. See on sama mehhanism, mida kasutatakse ilmastiku ja pikaajaliste kliimamuutuste ennustamiseks.

Mudeleid saab kohandada ka erinevate stsenaariumide jaoks – näiteks erinevad süsinikdioksiidi tasemed (CO₂) heitkogused või konkreetsed sündmused, näiteks vulkaanipurse, mis vabastaks atmosfääri tolmu- ja tuhaosakesed ning mõjutaks kliimat. Arvutimudel võib seejärel pakkuda tulevase kliima jaoks lahenduse, mis on tuletatud füüsika põhiseadustest.

Arvestades aga, et ilm on kaootiline, võib isegi väike erinevus ühes muutujas mõnikord tulemusele drastiliselt mõjuda. Sel põhjusel kasutatakse mudelit mitmekordne prognoosid.

"Kui teete ühe prognoosi, ütleb kaoseteooria teile, et see hakkab kõikuma. Selle konkreetse evolutsiooni eripärad ei pruugi üldse juhtuda. Seega tuleb teha hunnik prognoose, mida me nimetame ansambliks. Tavaliselt koostame järgmiseks viieks aastaks kümneid prognoose. Nii et teil on terve hulk prognoose, mis ajas edasi arenevad ja mõned neist tõusevad ja mõned on lamedamad. Kui aga on etteaimatav signaal, näitab prognooside pakett ühtset tunnust, nagu kõik trendid mõnda aega samas suunas,“ ütleb Adam.

Näiteks võivad mudelid ennustada El Niñot lähiaastatel. Kui kaheksa kümnest prognoosist näitavad Vaikse ookeani merepinna temperatuuri piisavalt suurt tõusu, ütleme, et El Niño sündmuse tõenäosus on tuleval perioodil 80%. Paar aastat ette tulevate prognooside puhul selgitab Adam, et konkreetsed lähtetingimused ookeanis ja vähemal määral atmosfääris ning kasvuhoonegaaside heitkoguste tase mõjutavad atmosfääri ilmastikumustreid.

Lähiaja kliimaprognooside uurimine on viimastel aastatel sagenenud ja need muutuvad osavamaks, kuna arvutusvõimsus suureneb, kliimavaatlusi täpsustatakse ja täiustatakse, mudeleid käitatakse kõrgema ruumilise eraldusvõimega ja prognooside arv ansambleid suurendatakse.

Praegu töötab üle maailma umbes kümme uurimisrühma lähiaja kliimaprognooside kallal ja Maailma Meteoroloogiaorganisatsioon (WMO) on määranud viisÜlemaailmsed tootmiskeskused iga-aastaseks kliimaprognoosiks. Met Office Hadley keskus on määratud ennustuste kogumise ja võrdlemise juhtkeskuseks. See järgnes otsusele muuta lähiaja kliimaprognoos "suur väljakutseMaailma kliimauuringute programmi (WCRP) jaoks. Adam on koos austraallase Terence O'Kane'iga projekti "suure väljakutse" teadusliku juhtrühma kaasesimees, millel oli kolm peamist eesmärki:

(1) Parandada kümneaastase kliimaalase teabe ja prognoosimise kvaliteeti;
(2) prognooside väljundi kogumine, võrdlemine ja sünteesimine ning teabe kohandamine sidusrühmade vajadustele vastavate teenuste jaoks; ja
(3) Prognooside usaldusväärsuse ja ebakindluse taseme hindamise ja edastamise protsesside arendamine.

Uuringu osana töötas projekt lähiaja kliima prognooside kasutuselevõtuks ja regulaarse iga-aastase kümnendilise kliimauuenduse väljatöötamiseks, mis annab kokkuvõtte järgmise paari aasta prognoosidest. Kui 2021. aasta aruanne avaldati selle aasta alguses, koos ennustuste erinevate piirkondlike aspektidega oli pealkiri, et aastane keskmine globaalne temperatuur – maal ja merel – on tõenäoliselt vähemalt 1˚C soojem kui industriaalajastu eelsest tasemest ja et see on umbes tõenäoliselt ei ole üks järgmisest viiest aastast vähemalt 1.5˚C soojem kui industriaalajastu eelne tase.

Adam hoiatab, et see ei tähenda, et Pariisi soojenemise lävi 1.5 °C oleks saavutatud. Adam ütleb, et mudelid näitavad, et globaalne temperatuur „kõikub aina lähemale 1.5˚C tasemele”.

"On tõenäoline, et Pariisi künnise lähedale jõudes juhtub ajutist 1.5 °C taseme ületamist sagedamini. Me näeme neid sündmusi juba prognoosides. Oleme nüüd nii lähedal, et ajutised sündmused muutuvad tõenäolisemaks: järgmise viie aasta jooksul on ajutise ületamise tõenäosus 40%, kuid see ei tähenda siiski, et oleksime ületanud Pariisi läve. Kliima kõikumised aastate või isegi kümnendi jooksul on suured ja võivad pärineda looduslikest allikatest või muudest teguritest. Need võivad kliimamuutuste suundumusi tõrjuda või seda süvendada. Kui soovite teada, millised neist asjadest teie konkreetses huvipiirkonnas tõenäolisemalt juhtuvad, peate pöörama tähelepanu lähiaja kliimaprognoosidele.

Oleme harjunud kuulma, et tõhusad kliimamuutuste meetmed nõuavad pikaajalist mõtlemist ja kohest heitkoguste vähendamist. Lisaks loovad lähiaja kliimaennustuse edusammud tõendusbaasi, mis on vajalik piirkondlikul tasandil kohanemiseks ja planeerimiseks valitsuste ja äriotsuste langetajate jaoks üliolulise ajakava järgi.

Lisalugemist

WMO globaalne iga-aastane kliimauuendus – sihtaastad: 2021 ja 2021–2025
Kushnir, Y., Scaife, AA, Arritt, R. et al. Lähiaja kliima operatiivsete prognooside suunas. Loodus kliimamuutuste 9, 94–101 (2019). https://doi.org/10.1038/s41558-018-0359-7
Scaife, AA, Folland, C. ja Mitchell, J. Mudelkäsitlus kliimamuutustele, Füüsika maailm, Vol. 20 (2) https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2058-7058/20/2/29
Smith DM, Cusack, S., Colman, AW, Folland, CK, Harris, GR ja Murphy, JM 2007. Täiustatud pinnatemperatuuri prognoosimine järgmiseks kümnendiks globaalsest kliimamudelist, Science, Vol. 317 (5839) DOI: 10.1126 / science.1139540.

Adam Scaife

Adam juhib Ühendkuningriigi meteoroloogiaametis igakuist kümnendiku ennustamist, mis hõlmab Met Office'i kliimaprognooside uurimist, tootmist ja väljaandmist kuudest kuni mõne aastani. Adami isiklik uurimus keskendub kliima muutlikkusele ja kliima arvutimodelleerimisele. Ta on avaldanud umbes 200 eelretsenseeritud artiklit kliima varieeruvuse, simulatsiooni ja ennustamise kohta, kasutades füüsikalisi arvutimudeleid ning on rahvusvaheliselt tunnustatud kui kõrgelt tsiteeritud teadlane.

Lugege Adam Scaife'i täielik elulugu Ühendkuningriigi Met Office'i veebisaidil.

Päise foto: Annika Vogel (levitatud: imagegeo.egu.eu).