Hoe zal het weer zijn volgende week, volgend seizoen of aan het einde van de eeuw? In afwezigheid van een tweede aarde om te gebruiken in een experiment, zijn wereldwijde simulaties van weers- en klimaatmodellen de enige gereedschappen die we hebben om deze vragen te beantwoorden.

Toegang hebben tot deze informatie is van vitaal belang voor de gemeenschap, overheid en industrieën om weloverwogen beslissingen te nemen - dit omvat sectoren zoals toerisme, beheer van natuurlijke hulpbronnen, landbouw en hulpdiensten om er maar een paar te noemen.

Weer en klimaat zijn misschien nooit helemaal voorspelbaar, maar de wetenschap is nu ver genoeg gekomen om meer zelfvertrouwen te krijgen als het gaat om te weten of het vanmiddag zal regenen en om te voorspellen hoe het klimaat in Australië er in de toekomst kan uitzien.

We worden ook steeds beter in het voorspellen van het volgende seizoen of twee, zodat we beter voorbereid zijn om te reageren op de extremen van het weer, zoals cyclonen, hittegolven en overstromende regen die al invloed hebben op de Australische gemeenschappen.

{vimeo}119920008{/vimeo}

Vooruitkijkend

Algemene circulatiemodellen (ook wel mondiale klimaatmodellen genoemd) zijn gebouwd met wiskundige voorstellingen van het dynamische aardingssysteem. Hun grondslagen zijn gebaseerd op de wetten van de natuurkunde, waaronder het behoud van massa, energie en momentum. Deze modellen vertegenwoordigen, in drie dimensies, de grootschalige circulaties van de atmosfeer en de oceaan, zoals de progressie van hoge en lage druksystemen en grootschalige oceaancircuits. Modellen omvatten ook de cryosfeer (sneeuw en zee-ijs) evenals het landoppervlak.

Klimaatmodellen helpen ons om ons huidige weer en klimaat te begrijpen, en stellen ons ook in staat aannemelijke toekomstscenario's te overwegen over hoe het klimaat zou kunnen veranderen. Ze genereren simulaties om ons te vertellen wat er is gebeurd of wat er zou kunnen gebeuren onder een reeks verschillende scenario's, zoals voor broeikasgasconcentraties.

Hoewel modellen die worden gebruikt voor weersvoorspelling en klimaattoepassingen dezelfde fundamentals delen, zijn ze een beetje anders.

Weermodellen worden uitgevoerd met een hogere ruimtelijke "resolutie" en bevatten de meest recente set satelliet- en grondmetingen met behulp van geavanceerde data-assimilatiemethoden. Dit definieert het beginpunt van waaruit het model de evolutie van weersomstandigheden in de komende week of zo voorspelt.

Klimaatmodellen proberen niet het precieze "weer" op een bepaalde dag maanden of jaren vooruit te voorspellen (wat onmogelijk is), maar voorspellen eerder de "statistieken" van het weer (dwz het "klimaat"), zoals de gemiddelde omstandigheden, over een seizoen of trends over decennia.

Terwijl algemene circulatiemodellen grootschalige aardse systeemprocessen simuleren, zijn er enkele processen, zoals wolkenvorming en regenval, die op kleine schaal plaatsvinden en veranderingen in het aardesysteem moeilijk perfect voorspelbaar maken.

Ondanks deze uitdagingen heeft voortdurende verbetering van modellen (bijvoorbeeld een hogere resolutie, betere weergave van fysieke processen en een verbeterd gebruik van gegevens, met name van satellieten) in de afgelopen drie decennia ons vermogen om het weer te voorspellen verbeterd en om klimaatprognoses te maken.

Er zijn nu meer dan 40 wereldwijde klimaatmodellen over de hele wereld gerund. Deze modelleringsgroepen gebruiken een gemeenschappelijke reeks scenario's voor broeikasgassen en aerosolen, genaamd RCP scenario's. Deze gecoördineerde aanpak maakt een gemakkelijke vergelijking van projecties mogelijk tussen de vele duizenden modelsimulaties waarvoor gegevens beschikbaar zijn.

Evenzo verifiëren weersvoorspellingscentra dagelijkse weervoorspellingen met behulp van internationaal gedefinieerde statistieken die een gemakkelijke vergelijking mogelijk maken van de voorspellingen van de centra.

De Representative Concentration Pathways vallen in drie categorieën:

• hoog: de uitstoot van broeikasgassen blijft stijgen boven de 21ST eeuw zonder beperking, met een daling van aerosols

• gemiddeld: de piek van de uitstoot van broeikasgassen neemt dan af

• laag: de uitstoot van broeikasgassen piekt snel en daalt vervolgens snel tot zeer lage waarden (een sterk mitigatie-scenario).

Het maakt niet uit welk model of broeikasgasscenario we gebruiken, een aanzienlijk en robuust opwarmingssignaal is duidelijk in de projecties van toekomstig klimaat, groter voor scenario's met hoge emissies. Modellen projecteren ook verschillen in de timing en de omvang van de opwarming en een reeks veranderingen in regenval en andere elementen.

Dus in plaats van één klimaatklimaat, moeten we rekening houden met een reeks mogelijke toekomsten.

Welke modellen zijn het beste?

Alle klimaatmodellen ondergaan een rigoureuze evaluatie om te bepalen in hoeverre ze het dagelijkse weer en het huidige en huidige klimaat kunnen weergeven.

Er zijn veel tests uitgevoerd om de prestaties van een klimaatmodel te beoordelen. Wetenschappers kunnen bijvoorbeeld beoordelen hoe goed het model het historische klimaat simuleert (zoals de gemiddelde Australische regenval in de afgelopen 20-jaren), of het vermogen van het model om specifieke kenmerken te vertegenwoordigen of te voorspellen, zoals het begin van de moesson, El Niño of de paden van tropische cyclonen. .

Onderzoekers die de effecten van toekomstige klimaatverandering onderzoeken, kunnen besluiten om een ​​subset van modellen te selecteren op basis van prestaties. Het selecteren van het "beste" model of een deelverzameling van modellen hangt echter af van welke prestatiemaatstaf u gebruikt.

Recente evaluatie van klimaatmodellen voor de Australische omstandigheden toonde bijvoorbeeld aan dat er geen vaste "deelverzameling" van klimaatmodellen bestaat die alle belangrijke aspecten van het klimaat beter kan vertegenwoordigen dan eenvoudigweg het gebruik van de volledige reeks beschikbare modellen.

Klimaatprognoses komen vaak met een mate van vertrouwen, gebaseerd op fysiek inzicht, robuustheid van modelprojecties en consistentie van projecties met waargenomen trends of veranderingen in het verleden. De prestatie van klimaatmodellen met betrekking tot het klimaat in het verleden is een kritieke factor bij het vaststellen van ons niveau van vertrouwen in toekomstige geprojecteerde veranderingen. De betrouwbaarheidsbeoordelingen voor de nieuwste projecties van Australië zijn een nieuw en nuttig kenmerk voor het beoordelen van de reeks geprojecteerde veranderingen in het toekomstige klimaat in Australië.

Wereldwijd toonaangevend klimaatmodel van Australië

Time-serie voor Australische gemiddelde temperatuur voor 1910-2090 zoals gesimuleerd in CMIP5-modellen, ten opzichte van het gemiddelde van 1950-2005. Bureau of Meteorology-waarnemingen worden in dik bruin weergegeven en een serie van een typisch model (ACCESS1-0) wordt in de toekomst in lichtpaars weergegeven. De arcering geeft de spreiding weer tussen alle modellen voor de historische periode (grijstinten) en toekomstige periode (paars-hoge emissies, blauw - gemiddeld, geel - lage emissies). Zie hoofdstuk 7 van het NRM Tech Report voor meer informatie over projecties: (http://www.climatechangeinaustralia.gov.au/en/publications-library/technical-report/) Klimaatverandering in Australië

Het eigen klimaatmodel van Australië, de Australische klimaat- en aardingssysteemsimulator of ACCESS, wordt door nationale en internationale groepen consequent getoond als een van de best presterende modellen in een reeks klimaatkenmerken die belangrijk zijn voor Australië.

ACCESS werd gezamenlijk ontwikkeld door het Bureau of Meteorology en CSIRO via hun onderzoekspartnerschap, The Centre for Australian Weather and Climate Research. Het is ontwikkeld in samenwerking met Australische universiteiten en het Britse Met Office met ondersteuning van het ministerie van Milieu. ACCESS is specifiek ontworpen om te worden gebruikt voor weersvoorspelling en klimaatsimulatie.

In de "weersmodus" wordt ACCESS door het Bureau of Meteorology gebruikt om de weersvoorspellingen van Australië te leveren. Dankzij ACCESS is de vierdaagse voorspelling van het Bureau nu even nauwkeurig als de voorspelling van drie dagen slechts tien jaar geleden. Vergelijkingen met voorspellingen van operationele centra in het buitenland tonen ACCESS aan als een van de best presterende modellen ter wereld.

De "klimaat" -versie van ACCESS werd gebruikt om klimaatprojecties te genereren die door Australië waren ingediend bij recent gecoördineerde internationale experimenten met klimaatverandering en ter ondersteuning van het recente 5th Assessment Report van het Intergouvernementeel Panel voor Klimaatverandering (IPCC).

ACCESS zal verder worden ontwikkeld en verbeterd, inclusief het modelleren van de componentsystemen van de aarde met meer detail en precisie.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation
Lesen Sie hier originele artikel.

Over de Auteurs

Dr. Kamal Puri is de leider van het onderzoeksprogramma van het Earth System Modelling Program bij de sectie Bureau of Meteorology Research and Development. Dr. Puri heeft een doctoraat in de natuurkunde uitgereikt door de Universiteit van Manchester (VK). Als programmaleider is hij verantwoordelijk voor de ontwikkeling van de Australische Community Climate and Earth System Simulator (ACCESS), een volledig gekoppeld aardingssysteemmodel dat is ontwikkeld in samenwerking met CSIRO en ondersteuning door de Australische universiteiten.

Aurel Moise is een Senior Research Scientist die de afgelopen 11 jaar in de R & D-afdeling van het Bureau of Meteorology heeft gewerkt. Mijn onderzoeksinteresse omvat verschillende onderwerpen die zijn vastgelegd onder de vlag van klimaatvariabiliteit en -verandering