Прогнозування клімату наступного десятиліття

Ця стаття є частиною ISC Трансформація21 серія, яка містить ресурси нашої мережі вчених і тих, хто чинить зміни, щоб допомогти інформувати про невідкладні перетворення, необхідні для досягнення кліматичних цілей і біорізноманіття.

Постійні читачі блогів на цих сторінках, ймовірно, будуть добре знайомі з довгостроковими прогнозами зміни клімату, такими, якими користуються Міжурядова група експертів зі зміни клімату (IPCC) для вивчення можливих сценаріїв глобального потепління, із захоплюючими заголовками прогнозами температури на кілька поколінь у майбутнє.

І я б побився об заклад, що кожен читач бачив або чув бюлетень погоди, який робить прогнози на найближчі кілька днів.

Але як щодо найближчої перспективи – періоду між типовим п’ятиденним прогнозом погоди або прогнозом на наступні місяці та кліматичними прогнозами на кінець століття? Від фермерів, які вирішують, який сорт культур садити, щоб дати їм найкращий урожай у найближчі роки, до політиків, які оцінюють, чи готова система охорони здоров’я впоратися з хвилею спеки в наступні три роки, до страховиків, які оцінюють свої витрати на андеррайтинг У наступному сезоні ураганів багато рішень, з якими зазвичай стикаються політики та бізнес, залежать від короткострокової кліматичної інформації.

Можливість надавати інформацію від багаторічного до десятирічного періоду є «абсолютно вирішальною» для кліматичних послуг, каже Адам Скейф, керівник відділу довгострокових прогнозів Метеорологічного бюро Великобританії та співголова Наукової керівної групи з питань клімату. Великий виклик Всесвітньої програми досліджень клімату (WCRP) щодо короткострокового прогнозування клімату.

Щоб заповнити розрив між прогнозом погоди на наступний тиждень і довгостроковими кліматичними прогнозами до 2100 року, потрібна модель, яка може об’єднати методи прогнозування погоди та довгострокового кліматичного прогнозування: усі вони використовують ті самі базові комп’ютерні моделі, але короткострокові прогнози. значною мірою покладаються на початкові умови з останніх даних спостережень, тоді як довгострокові прогнози кліматичних тенденцій найбільшою мірою залежать від змін у викидах парникових газів.

Побудова віртуального світу

Створення найближчих прогнозів залежить від необмеженого обміну метеорологічними даними у масовому масштабі та в реальному часі. Для створення початкових умов для моделей використовується інформація про п’ять елементів, які складають клімачну систему – атмосферу, океан, біосферу, кріосферу та геосферу.

«Для цього ми створили системи, які розширюють можливості прогнозування, які вже були для цих двох часових масштабів», — каже Адам.

«Ми отримуємо найкращу оцінку того, як сьогодні виглядає атмосфера, океан та інші компоненти, такі як морський лід і волога на поверхні суші. Усе це використовується для створення початкових умов для передбачення. Потім ми беремо числову модель, яка базується на п’яти фундаментальних рівняннях механіки рідини та термодинаміки, і використовуємо початкові умови для всієї земної кулі, щоб розпочати модельний прогноз. Це той самий механізм, який використовується для прогнозування погоди та довгострокової зміни клімату».

Моделі також можна налаштувати, щоб врахувати різні сценарії – наприклад, різні рівні вуглекислого газу (CO₂) викиди або конкретні події, такі як виверження вулкана, яке призведе до викиду частинок пилу та попелу в атмосферу та вплине на клімат. Комп’ютерна модель може надати рішення для майбутнього клімату, яке випливає з основних законів фізики.

Однак, враховуючи, що погода хаотична, навіть невелика різниця в одній змінній іноді може сильно вплинути на результат. Саме з цієї причини модель використовується для виготовлення множинний прогнози.

«Якщо ви робите один прогноз, теорія хаосу говорить вам, що він коливатиметься. Особливості цієї конкретної еволюції зовсім не обов’язково відбуватимуться. Тож доводиться робити купу прогнозів, які ми називаємо ансамблем. Зазвичай ми складаємо десятки прогнозів на найближчі п’ять років. Отже, у вас є ціла купа прогнозів, які розвиваються вперед в часі, і деякі з них піднімуться, а деякі будуть більш рівними. Але якщо є передбачуваний сигнал, пакет прогнозів показує спільну рису, наприклад, усі тенденції певний час в одному напрямку», — каже Адам.

Наприклад, моделі можуть передбачати Ель-Ніньо в найближчі роки. Якщо вісім із десяти прогнозів показують досить значне підвищення температури поверхні моря в Тихому океані, ми кажемо, що ймовірність події Ель-Ніньо в найближчий період становить 80%. Для прогнозів на кілька років вперед, пояснює Адам, конкретні початкові умови в океані і в меншій мірі в атмосфері, а також рівень викидів парникових газів впливають на атмосферні погодні умови.

Останніми роками зросла кількість досліджень щодо короткострокових прогнозів клімату, і вони стають все більш вмілими, оскільки обчислювальні потужності збільшуються, спостереження за кліматом уточнюються та покращуються, моделі виконуються з більш високою просторовою роздільною здатністю, а кількість прогнозів у ансамблі збільшуються.

Зараз у всьому світі існує близько десяти дослідницьких груп, які працюють над прогнозуванням клімату на найближчу перспективу, і Всесвітня метеорологічна організація (ВМО) визначила п’ять 'Глобальні виробничі центри для прогнозування клімату від року до десятиліть. Метеорологічний центр Хедлі був призначений провідним центром для збору та зіставлення прогнозів. Це сталося після рішення зробити найближчий прогноз кліматуграндіозний виклик' для Всесвітньої програми досліджень клімату (WCRP). Разом із Теренсом О'Кейном з Австралії Адам очолює Наукову керівну групу проекту «грандіозний виклик», який мав три основні цілі:

(1) Поліпшити якість ініціалізованої десятирічної кліматичної інформації та прогнозування;
(2) для збору, порівняння та синтезу результатів прогнозування та адаптації інформації до послуг, які відповідають потребам зацікавлених сторін; і
(3) Розробити процеси оцінки та передачі ступеню впевненості та невизначеності прогнозів.

У рамках дослідження проект працював над оперативним виконанням прогнозів клімату на найближчу перспективу та розробкою регулярного «Щорічного до десятиліття кліматичного оновлення», яке дає зведення прогнозів на наступні кілька років. Коли Звіт за 2021 рік був опублікований на початку цього рокупоряд з різними регіональними аспектами прогнозів, заголовок полягав у тому, що середньорічна середня глобальна – суші та моря – середня температура приповерхні, ймовірно, буде щонайменше на 1˚C теплішою, ніж доіндустріальний рівень, і що це приблизно стільки ж. імовірно, що один із наступних п’яти років буде щонайменше на 1.5˚C тепліше, ніж доіндустріальний рівень.

Однак, застерігає Адам, це не означає, що паризький поріг потепління на 1.5˚C буде досягнутий. За словами Адама, моделі показують, що глобальна температура «коливання все ближче до рівня 1.5˚C»:

«Імовірно, що в міру наближення до паризького порогу тимчасове перевищення рівня 1.5˚C буде відбуватися частіше. Ці події ми вже бачимо в прогнозах. Зараз ми настільки близькі, що тимчасові події стають все більш імовірними: існує 40% ймовірність тимчасового перевищення в найближчі п’ять років, але це все ще не означає, що ми подолали паризький поріг. Коливання клімату протягом багатьох років або навіть десятиліття є великими, і вони можуть бути як природними, так і іншими факторами. Вони можуть протистояти тенденції зміни клімату, а можуть посилювати її. Якщо ви хочете знати, що з цих речей, швидше за все, станеться у вашому конкретному регіоні, що вас цікавить, вам потрібно звернути увагу на найближчі кліматичні прогнози».

Ми звикли чути, що ефективні дії щодо зміни клімату вимагають довгострокового мислення та негайного скорочення викидів. Крім того, досягнення в найближчому прогнозуванні клімату створюють базу доказів, необхідну для інформування про адаптацію та планування на регіональному рівні у терміни, які є вирішальними для урядів і тих, хто приймає рішення.

Подальше читання

Глобальне оновлення клімату ВМО від щорічного до десятиріччя – цільові роки: 2021 та 2021-2025
Кушнір Ю., Скейф А.А., Аррітт Р. та ін. До оперативних прогнозів клімату на найближчу перспективу. Зміна клімату природи 9, 94–101 (2019). https://doi.org/10.1038/s41558-018-0359-7
Scaife, AA, Folland, C. and Mitchell, J. Модельний підхід до зміни клімату, Світ фізики, Вип. 20 (2) https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2058-7058/20/2/29
Smith DM, Cusack, S., Colman, AW, Folland, CK, Harris, GR, and Murphy, JM 2007. Покращене прогнозування температури поверхні на найближче десятиліття з глобальної моделі клімату, наука, Vol. 317 (5839) DOI: 10.1126 / science.1139540.

Адам Скейф

Адам є керівником місячного та десятиліття прогнозів у Метеоріологічному бюро Великобританії, яке включає дослідження, виготовлення та випуск прогнозів клімату Met Office на місяці до кількох років вперед. Особисті дослідження Адама зосереджені на мінливості клімату та комп’ютерному моделюванні клімату. Він опублікував близько 200 рецензованих статей про мінливість клімату, моделювання та прогнозування з використанням фізично заснованих комп’ютерних моделей і визнаний на міжнародному рівні як високо цитований дослідник.

Прочитайте Адама Скейфа повна біографія на веб-сайті UK Met Office.

Заголовне фото: Анніка Фогель (розповсюджується через imagegeo.egu.eu).