Предсказание климата следующего десятилетия

Эта статья является частью ISC Преобразование21 серия, в которой представлены ресурсы нашей сети ученых и инициаторов перемен, которые помогут информировать о неотложных преобразованиях, необходимых для достижения целей в области климата и биоразнообразия.

Постоянные читатели блогов на этих страницах, вероятно, хорошо знакомы с долгосрочными прогнозами изменения климата, которые используются Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) рассмотрит возможные сценарии глобального потепления, с захватывающими заголовками прогнозами температуры на несколько поколений вперед.

И я готов поспорить, что каждый читатель либо видел, либо слышал бюллетень погоды, в котором делаются прогнозы на ближайшие несколько дней.

Но как насчет ближайшей перспективы — периода между типичным пятидневным прогнозом погоды или прогнозом на месяцы вперед и климатическими прогнозами на конец века? От фермеров, решающих, какой сорт культуры посадить, чтобы получить максимально возможный урожай в ближайшие годы, до политиков, оценивающих, способна ли система общественного здравоохранения справиться с волной жары в следующие три года, до страховых компаний, оценивающих свои расходы на страхование В следующем сезоне ураганов многие решения, с которыми обычно сталкиваются политики и предприятия, будут зависеть от краткосрочной информации о климате.

«Возможность предоставлять информацию на временной шкале от нескольких лет до десяти лет является «абсолютно важной» для климатического обслуживания», — говорит Адам Скейф, руководитель отдела долгосрочного прогнозирования в Метеорологическом бюро Великобритании и сопредседатель Научной руководящей группы для Всемирная программа исследований климата (ВПИК) Большая задача по краткосрочному прогнозированию климата.

Чтобы заполнить пробел между прогнозом погоды на следующую неделю и долгосрочными климатическими прогнозами до 2100 года, требуется модель, которая может объединить методы прогнозирования погоды и долгосрочного прогноза климата: все они используют одни и те же базовые компьютерные модели, но краткосрочные прогнозы. в значительной степени зависят от исходных условий, полученных на основе последних данных наблюдений, в то время как долгосрочные прогнозы климатических тенденций в большей степени зависят от изменений в выбросах парниковых газов.

Создание виртуального мира

Создание краткосрочных прогнозов зависит от неограниченного обмена метеорологическими данными в массовом масштабе и в режиме реального времени. Информация о пяти элементах, составляющих климатическую систему — атмосфере, океане, биосфере, криосфере и геосфере — используется для создания исходных условий для моделей.

Для этого «мы создали системы, расширяющие возможности прогнозирования, которые уже существовали для этих двух временных масштабов», — говорит Адам.

«Мы получаем наилучшую оценку того, как сегодня выглядит атмосфера, океан и другие компоненты, такие как морской лед и влага на поверхности земли. Все это используется для создания стартовых условий для предсказания. Затем мы берем численную модель, основанную на пяти фундаментальных уравнениях гидромеханики и термодинамики, и используем начальные условия для всего земного шара, чтобы запустить модельный прогноз. Это тот же самый механизм, который используется для предсказания погоды и долгосрочного изменения климата».

Модели также можно настроить для учета различных сценариев, например, различных уровней содержания углекислого газа (CO₂) выбросы или конкретные события, такие как извержение вулкана, которое может привести к выбросу частиц пыли и пепла в атмосферу и повлиять на климат. Затем компьютерная модель может предоставить решение для будущего климата, основанное на основных законах физики.

Однако, учитывая хаотичную погоду, даже небольшая разница в одной переменной иногда может сильно повлиять на результат. Именно по этой причине модель используется для изготовления с разными прогнозы.

«Если вы делаете один прогноз, теория хаоса говорит вам, что он будет колебаться. Специфика этой конкретной эволюции вовсе не обязательно произойдет. Таким образом, вы должны сделать кучу прогнозов, которые мы называем ансамблем. Обычно мы делаем десятки прогнозов на ближайшие пять лет. Итак, у вас есть целая куча прогнозов, меняющихся во времени, и некоторые из них будут повышаться, а некоторые будут более плоскими. Но если есть предсказуемый сигнал, пакет прогнозов показывает общую черту, например, все тренды в течение определенного времени в одном и том же направлении», — говорит Адам.

Например, модели могут предсказать Эль-Ниньо в ближайшие годы. Если восемь из десяти прогнозов показывают достаточно большое повышение температуры поверхности Тихого океана, мы говорим, что существует 80-процентная вероятность явления Эль-Ниньо в предстоящий период. Для прогнозов на несколько лет вперед, объясняет Адам, особые начальные условия в океане и, в меньшей степени, в атмосфере, а также уровень выбросов парниковых газов влияют на атмосферные погодные условия.

В последние годы наблюдается рост исследований по краткосрочным предсказаниям климата, и они становятся все более искусными по мере увеличения вычислительной мощности, уточнения и улучшения наблюдений за климатом, выполнения моделей с более высоким пространственным разрешением и количества прогнозов в ансамбли увеличиваются.

В настоящее время около десяти исследовательских групп работают над прогнозированием климата на ближайшую перспективу по всему миру, и Всемирная метеорологическая организация (ВМО) назначила пять из них.Глобальные центры подготовки прогнозов климата от года до десятилетия. Центр Хэдли Метеобюро был назначен ведущим центром по сбору и сопоставлению прогнозов. Это последовало за решением сделать краткосрочное прогнозирование климатаграндиозный вызов' для Всемирной программы исследований климата (ВПИК). Вместе с Теренсом О'Кейном из Австралии Адам является сопредседателем Научной руководящей группы проекта «Большой вызов», который преследовал три основные цели:

1) повысить качество инициализированной десятилетней климатической информации и прогнозов;
(2) Собирать, сопоставлять и синтезировать результаты прогнозирования и адаптировать информацию к услугам, отвечающим потребностям заинтересованных сторон; и
(3) Разработать процессы для оценки и информирования о степени достоверности и неопределенности прогнозов.

В рамках исследования проект работал над вводом в действие прогнозов климата на ближайшую перспективу и подготовкой регулярного «От ежегодного до десятилетнего обновления климата», в котором содержится сводка прогнозов на следующие несколько лет. Когда Отчет за 2021 год был опубликован ранее в этом году, наряду с различными региональными аспектами прогнозов, заголовок сводился к тому, что среднегодовая глобальная — на суше и на море — средняя приповерхностная температура, вероятно, будет по крайней мере на 1 °C выше, чем доиндустриальные уровни, и что она примерно на вполне вероятно, что в один из следующих пяти лет будет как минимум на 1.5 °C теплее, чем доиндустриальные уровни.

Однако, предупреждает Адам, это не означает, что парижский порог потепления на 1.5°C будет достигнут. По словам Адама, модели показывают, что глобальная температура «колеблется все ближе к уровню 1.5°C»:

«Вполне вероятно, что по мере приближения к парижскому порогу временное превышение уровня 1.5°C будет происходить чаще. Мы уже можем видеть эти события в прогнозах. Сейчас мы настолько близки, что временные события становятся более вероятными: вероятность временного превышения в следующие пять лет составляет 40%, но это все равно не означает, что мы преодолели парижский порог. Колебания климата в течение многих лет или даже десятилетий велики, и они могут исходить из естественных источников или из-за других факторов. Они могут противодействовать тенденции изменения климата или усугублять ее. Если вы хотите знать, какие из этих событий с большей вероятностью произойдут в интересующем вас регионе, вам нужно обратить внимание на краткосрочные климатические прогнозы».

Мы привыкли слышать, что эффективные действия по борьбе с изменением климата требуют долгосрочного мышления и немедленного сокращения выбросов. Кроме того, достижения в области краткосрочного прогнозирования климата создают доказательную базу, необходимую для информирования об адаптации и планировании на региональном уровне в сроки, которые имеют решающее значение для правительств и лиц, принимающих решения в бизнесе.

Бюллетень ВМО о глобальном климате от ежегодного до десятилетнего – целевые годы: 2021 и 2021–2025 годы
Кушнир Ю., Скейф А.А., Арритт Р. и соавт. К оперативным предсказаниям климата на ближайшую перспективу. Изменение климата, природы 9. С. 94–101 (2019). https://doi.org/10.1038/s41558-018-0359-7
Скейф, А.А., Фолланд, К. и Митчелл, Дж. Модельный подход к изменению климата, Мир физикиВып. 20 (2) https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2058-7058/20/2/29
Смит Д.М., Кьюсак С., Колман А.В., Фолланд К.К., Харрис Г.Р. и Мерфи Дж.М. 2007 г. Улучшенный прогноз приземной температуры на предстоящее десятилетие на основе глобальной климатической модели, Наука, Том. 317 (5839) DOI: 10.1126 / science.1139540.

Адам Скейф

Адам возглавляет отдел ежемесячных и десятилетних прогнозов в Метеорологическом бюро Великобритании, который включает в себя исследования, подготовку и выпуск климатических прогнозов Метеорологического бюро на период от нескольких месяцев до нескольких лет вперед. Личные исследования Адама сосредоточены на изменчивости климата и компьютерном моделировании климата. Он опубликовал около 200 рецензируемых статей по изменчивости климата, моделированию и прогнозированию с использованием физически обоснованных компьютерных моделей и получил международное признание как высоко цитируемый исследователь.

Почитайте Адама Скейфа. полная биография на сайте Метеорологического бюро Великобритании.

Заглавное фото: Анника Фогель (распространяется через imaggeo.egu.eu).