预测未来十年的气候

预测未来几年的气候 - 在多年度到十年的时间尺度上 - 是一个蓬勃发展的科学研究领域,这种“近期”气候预测被世界气候研究计划 (WCRP) 选为其其中之一“大挑战”。 我们采访了英国气象局长期预测负责人兼 WCRP 大挑战科学指导小组联合主席 Adam Scaife,以了解更多信息。

这篇文章是 ISC 的一部分 变换21 系列,其中包含来自我们的科学家和变革者网络的资源,以帮助为实现气候和生物多样性目标所需的紧急转型提供信息。

这些页面上博客的普通读者可能会非常熟悉气候变化的长期预测,即 政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 探讨全球变暖的可能情景,未来几代人的温度预测引人注目。

我敢打赌,每个读者都看过或听过一份天气预报,该公告会预测未来几天。

但是近期的情况——典型的五天天气预报或未来几个月的预测与本世纪末的气候预测之间的时期呢? 从农民决定种植什么作物品种以在未来几年为他们提供最佳产量,到决策者评估公共卫生系统是否有能力应对未来三年的热浪,再到保险公司估计他们的承保成本在下一个飓风季节,决策者和企业经常面临的许多决定取决于近期的气候信息。

英国气象局长期预测负责人兼英国气象局科学指导小组联合主席 Adam Scaife 表示,能够提供多年度到十年时间尺度的信息对于气候服务“绝对至关重要”。 世界气候研究计划 (WCRP) 近期气候预测大挑战.

填补下周天气预报和到 2100 年的长期气候预测之间的差距需要一个能够将天气预报和长期气候预测技术结合在一起的模型:它们都使用相同的基础计算机模型,但都是短期预测很大程度上依赖于最新观测数据的起始条件,而对气候趋势的长期预测主要依赖于温室气体排放的变化。

构建虚拟世界

做出近期预测取决于大规模和实时地无限制地交换气象数据。 构成气候系统的五个要素——大气、海洋、生物圈、冰冻圈和地圈——的信息都用于为模型创建起始条件。

为了做到这一点,“我们已经建立了扩展这两个时间尺度的预测能力的系统”,Adam 说。

“我们对今天的大气、海洋和其他成分(如海冰和地表的水分)进行了最佳估计。 所有这些都用于为预测创建起始条件。 然后,我们采用基于流体力学和热力学五个基本方程的数值模型,并使用全球的起始条件来启动模型预测。 它与用于预测天气和长期气候变化的机器相同。”

模型也可以调整以适应不同的情景——例如不同水平的二氧化碳(CO2) 排放或特定事件,如火山喷发,会将灰尘和灰烬颗粒释放到大气中并影响气候。 然后,计算机模型可以为来自基本物理定律的未来气候提供解决方案。

然而,鉴于天气混乱,即使一个变量的微小差异有时也会对结果产生巨大影响。 正是出于这个原因,该模型被用来制作 预测。

“如果你做出一个预测,混沌理论会告诉你它会摇摆不定。 这种特定演变的细节不一定会发生。 所以你必须做一堆预测,我们称之为集合。 我们通常会对未来五年进行数十次预测。 所以你有一大堆预测随着时间的推移向前发展,其中一些会上升,一些会更平。 但是,如果有一个可预测的信号,这组预测就会显示出一个共同的特征,例如所有趋势在同一时间段内都朝着同一个方向发展,”亚当说。

例如,这些模型可以预测未来几年的厄尔尼诺现象。 如果 80 个预测中有 XNUMX 个显示太平洋海面温度有足够大的上升,我们说在未来一段时间内发生厄尔尼诺现象的可能性为 XNUMX%。 亚当解释说,对于未来几年的预测,海洋中的特定起始条件,以及在较小程度上在大气中,加上温室气体排放水平,都会对大气天气模式产生影响。

近年来,对近期气候预测的研究有所增加,并且随着计算能力的提高、气候观测的改进和改进、模型以更高的空间分辨率运行以及合奏增加了。

现在全世界大约有十个研究小组致力于近期气候预测,世界气象组织 (WMO) 指定了五个'全球生产中心的年度至年代际气候预测. 气象局哈德利中心已被指定为收集和整理预测的牵头中心。 这是在决定将近期气候预测设为“大挑战' 为世界气候研究计划 (WCRP)。 Adam 与来自澳大利亚的 Terence O'Kane 共同主持“大挑战”项目的科学指导小组,该项目有三个主要目标:

(1) 提高初始化年代际气候信息和预测的质量;
(2) 收集、整理和综合预测输出,并针对满足利益相关者需求的服务定制信息; 和
(3) 制定流程以评估和传达预测中的可信度和不确定性程度。

作为研究的一部分,该项目致力于将近期气候预测付诸实施,并制定定期的“年度至十年气候更新”,对未来几年的预测进行总结。 当。。。的时候 2021年报告于今年早些时候发布,连同预测的各个区域方面,标题是年平均全球(陆地和海洋)平均近地表温度可能比工业化前水平至少高 1˚C,大约是未来五年中的任何一年可能不会比工业化前水平至少高 1.5˚C。

然而,亚当告诫说,这并不意味着已经达到巴黎升温 1.5˚C 的门槛。 亚当说,模型显示的是全球温度“波动越来越接近 1.5˚C 的水平”:

“当我们接近巴黎门槛时,可能会更频繁地暂时超过 1.5˚C 的水平。 我们已经可以在预测中看到这些事件。 现在我们已经如此接近,临时事件的可能性越来越大:未来五年内临时超标事件的可能性为 40%,但这并不意味着我们已经突破了巴黎的门槛。 多年来,甚至十年间的气候波动很大,它们可能来自自然资源,也可能来自其他因素。 他们可以逆气候变化的趋势,也可以加剧它。 如果您想知道哪些事情更有可能发生在您感兴趣的特定区域,那么您需要关注近期的气候预测。

我们习惯于听到对气候变化采取有效行动需要长期思考和立即减排。 除此之外,近期气候预测的进展正在建立所需的证据基础,以便在对政府和商业决策者至关重要的时间尺度上为区域层面的适应和规划提供信息。

深入阅读


亚当·斯凯夫

亚当·斯凯夫

Adam 是英国气象局月度至年代际预测的负责人,该部门包括气象局未来数月至数年气候预测的研究、制作和发布。 亚当的个人研究主要集中在气候变化和气候的计算机建模上。 他发表了大约 200 篇关于气候变率、模拟和预测的同行评议文章,使用基于物理的计算机模型,并被国际公认为 高被引学者

阅读亚当斯凯夫的 英国气象局网站上的完整传记.


标题照片:安妮卡沃格尔(通过分发 图片.egu.eu).

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