Hvordan bliver vejret i næste uge, næste sæson eller ved slutningen af ​​århundredet? I mangel af en anden jord til at bruge i et eksperiment er globale vejr- og klimamodelsimuleringer de eneste værktøjer, vi har til at besvare disse spørgsmål.

At have adgang til disse oplysninger er afgørende for samfundet, regeringen og industrierne for at træffe informerede beslutninger – dette omfatter sektorer som turisme, naturressourceforvaltning, landbrug og beredskabstjenester for at nævne nogle få.

Vejret og klimaet bliver måske aldrig helt forudsigeligt, men videnskaben er nu kommet langt nok til, at vi kan være mere sikre, når det kommer til at vide, om det vil regne i eftermiddag, og til at fremskrive, hvordan Australiens klima kan se ud mange årtier i fremtiden.

Vi bliver også bedre til at forudsige den næste sæson eller to, så vi kan være mere parate til at reagere på ekstreme vejrforhold som cykloner, hedebølger og oversvømmelsesregn, der allerede påvirker australske samfund.

{vimeo}119920008{/vimeo}

Looking Ahead

Generelle cirkulationsmodeller (også kaldet globale klimamodeller) er bygget ved hjælp af matematiske repræsentationer af det dynamiske jordsystem. Deres grundlæggende principper er baseret på fysikkens love, herunder bevarelse af masse, energi og momentum. Disse modeller repræsenterer i tre dimensioner atmosfærens og havets store cirkulationer, såsom udviklingen af ​​høj- og lavtrykssystemer og storskala havstrømme. Modeller omfatter også kryosfæren (sne og havis) samt landoverfladen.

Klimamodeller hjælper os med at forstå vores nuværende vejr og klima, og giver os også mulighed for at overveje plausible fremtidige scenarier for, hvordan klimaet kan ændre sig. De genererer simuleringer for at fortælle os, hvad der skete, eller hvad der kan ske under en række forskellige scenarier, såsom for drivhusgaskoncentrationer.

Selvom modeller, der bruges til vejrudsigelse og klimaapplikationer, deler de samme grundlæggende principper, er de lidt anderledes.

Vejrmodeller køres med højere rumlig "opløsning" og inkorporerer det allernyeste sæt af satellit- og jordmålinger ved hjælp af avancerede dataassimileringsmetoder. Dette definerer udgangspunktet, hvorfra modellen forudsiger udviklingen af ​​vejrbegivenheder i løbet af den næste uge eller deromkring.

Klimamodeller søger ikke at forudsige det nøjagtige "vejr" på en bestemt dag måneder eller år frem (hvilket er umuligt), men forudsiger snarere vejrets "statistikker" (dvs. "klimaet"), såsom de gennemsnitlige forhold, over en sæson eller trends gennem årtier.

Mens generelle cirkulationsmodeller simulerer jordsystemprocesser i stor skala, er der nogle processer, såsom skydannelse og nedbør, der forekommer i små skalaer og gør ændringer i jordsystemet vanskelige at forudsige perfekt.

På trods af disse udfordringer har kontinuerlig forbedring af modeller (f.eks. højere opløsning, bedre repræsentation af fysiske processer og forbedret brug af data især fra satellitter) i løbet af de sidste tre årtier forbedret vores evne til at forudsige vejret og lave klimafremskrivninger.

Der køres nu over 40 globale klimamodeller rundt om i verden. Disse modelleringsgrupper bruger et fælles sæt af drivhusgas- og aerosolscenarier, kaldet Repræsentative koncentrationsstier. Denne koordinerede tilgang tillader let sammenligning af fremskrivninger på tværs af de mange tusinde modelsimuleringer, som data er tilgængelige for.

Ligeledes verificerer vejrudsigelsescentre daglige vejrudsigter ved hjælp af internationalt definerede metrikker, der muliggør let sammenligning af forudsigelser foretaget af centrene.

De repræsentative koncentrationsveje falder i tre kategorier:

• høj: drivhusgasemissioner fortsætter med at stige i løbet af det 21. århundrede uden reduktion, med et fald i aerosoler

• mellem: drivhusgasemissionerne topper og falder derefter

• lav: drivhusgasemissioner topper hurtigt og falder derefter hurtigt til meget lave værdier (en stærk afbødningssag).

Uanset hvilken model eller drivhusgasscenarie vi bruger, er et væsentligt og robust opvarmningssignal tydeligt i prognoserne for fremtidens klima, større for højemissionsscenarier. Modeller fremskriver også forskelle i timingen og størrelsen af ​​opvarmningen og en række ændringer i nedbør og andre elementer.

Så frem for én enkelt klimafremtid er vi nødt til at overveje en række mulige fremtider.

Hvilke modeller er bedst?

Alle klimamodeller gennemgår en streng evaluering for at bestemme, i hvor høj grad de kan repræsentere det daglige vejr og tidligere og nuværende klima.

Der er udført mange tests for at vurdere en klimamodels ydeevne. For eksempel kan forskere vurdere, hvor godt modellen simulerer historisk klima (såsom gennemsnitlig australsk nedbør i løbet af de sidste 20 år), eller modellens evne til at repræsentere eller forudsige specifikke funktioner såsom monsunstart, El Niño eller stierne for tropiske cykloner .

Forskere, der undersøger virkningerne af fremtidige klimaændringer, kan beslutte at vælge en undergruppe af modeller baseret på ydeevne. Valget af den "bedste" model eller delmængde af modeller afhænger dog af, hvilket præstationsmål du bruger.

For eksempel viste nyere evaluering af klimamodeller for australske forhold, at der ikke er nogen fast "undergruppe" af klimamodeller, der kan repræsentere alle vigtige aspekter af klimaet bedre end blot at bruge det fulde sæt af tilgængelige modeller.

Klimafremskrivninger kommer ofte med et mål for tillid, baseret på fysisk forståelse, robusthed af modelfremskrivninger og konsistens af fremskrivninger med observerede tendenser eller tidligere ændringer. Klimamodellernes ydeevne med hensyn til tidligere klima er en kritisk faktor for at etablere vores tillid til fremtidige forventede ændringer. Tillidsvurderingerne for Australiens seneste fremskrivninger er en ny og nyttig funktion til at vurdere rækken af ​​forventede ændringer i Australiens fremtidige klima.

Australiens verdens førende klimamodel

Time-serie for australsk gennemsnitstemperatur for 1910-2090 som simuleret i CMIP5-modeller i forhold til gennemsnittet for 1950-2005. Bureau of Meteorology observationer er vist i tykt brunt, og en serie fra en typisk model (ACCESS1-0) er vist ind i fremtiden i lys lilla. Skraveringen repræsenterer spredningen mellem alle modellerne for den historiske periode (grå skravering) og fremtidig periode (lilla-høj emission; blå – mellemliggende; gul – lav emission). For yderligere detaljer om fremskrivninger se kapitel 7 i NRM Tech Report: (http://www.climatechangeinaustralia.gov.au/en/publications-library/technical-report/) Klimaændringer i Australien

Australiens egen klimamodel, Australian Community Climate and Earth System Simulator, eller ACCESS, er konsekvent vist af nationale og internationale grupper at være blandt de bedst præsterende modeller på tværs af en række klimafunktioner, der er vigtige for Australien.

ACCESS er udviklet i fællesskab af Bureau of Meteorology og CSIRO gennem deres forskningspartnerskab, The Center for Australian Weather and Climate Research. Det blev udviklet i samarbejde med australske universiteter og UK Met Office med støtte fra Department of Environment. ACCESS er specielt designet til at blive brugt til både vejrudsigelse og klimasimulering.

I "vejrtilstand" bruges ACCESS af Bureau of Meteorology til at levere Australiens vejrudsigter. Takket være ACCESS er bureauets XNUMX-dages prognose nu lige så nøjagtig som XNUMX-dages prognosen var for blot ti år siden. Sammenligninger med prognoser fra oversøiske operationelle centre viser, at ACCESS er blandt de bedste modeller i verden.

"Klima"-versionen af ​​ACCESS blev brugt til at generere klimafremskrivninger, som blev indsendt af Australien til nylige koordinerede internationale klimaændringseksperimenter og til støtte for den nylige 5. vurderingsrapport fra det mellemstatslige panel om klimaændringer (IPCC).

ACCESS vil fortsat blive udviklet og forbedret, og vil omfatte og modellere Jordens komponentsystemer med større detaljer og præcision.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation
Læs oprindelige artikel.

Om forfatterne

Dr. Kamal Puri er forskningsprogramleder for Earth System Modeling Program ved Bureau of Meteorology Research and Development sektionen. Dr. Puri har en ph.d. i fysik tildelt af University of Manchester (UK). Som programleder har han ansvaret for udviklingen af ​​Australian Community Climate and Earth System Simulator (ACCESS), som er en fuldt koblet jordsystemmodel udviklet i samarbejde med CSIRO og støtte fra de australske universiteter.

Aurel Moise er seniorforsker, der har arbejdet i R&D-grenen hos Bureau of Meteorology over de sidste 11 år. Min forskningsinteresse omfatter forskellige emner fanget under banneret klimavariabilitet og -ændring