Πώς θα είναι ο καιρός την επόμενη εβδομάδα, την επόμενη σεζόν ή μέχρι το τέλος του αιώνα; Ελλείψει δεύτερης Γης για χρήση σε ένα πείραμα, οι παγκόσμιες προσομοιώσεις μοντέλου καιρού και κλίματος είναι τα μόνα εργαλεία που πρέπει να απαντήσουμε σε αυτές τις ερωτήσεις.

Η πρόσβαση σε αυτές τις πληροφορίες είναι ζωτικής σημασίας για την κοινότητα, την κυβέρνηση και τις βιομηχανίες να λαμβάνουν τεκμηριωμένες αποφάσεις - αυτό περιλαμβάνει τομείς όπως ο τουρισμός, η διαχείριση φυσικών πόρων, η γεωργία και οι υπηρεσίες έκτακτης ανάγκης για να αναφέρουμε μερικούς.

Ο καιρός και το κλίμα μπορεί να μην είναι ποτέ απολύτως προβλέψιμα, αλλά η επιστήμη έχει φτάσει αρκετά μακριά για να είμαστε πιο σίγουροι όταν πρόκειται να γνωρίζουμε αν θα βρέξει σήμερα το απόγευμα και να προβάλουμε πώς θα φαίνεται το κλίμα της Αυστραλίας πολλές δεκαετίες στο μέλλον.

Είμαστε επίσης καλύτεροι στην πρόβλεψη της επόμενης σεζόν ή δύο, έτσι ώστε να είμαστε πιο προετοιμασμένοι να ανταποκριθούμε στα ακραία καιρικά φαινόμενα, όπως κυκλώνες, καύσωνα και πλημμύρες που ήδη επηρεάζουν τις αυστραλιανές κοινότητες.

{vimeo}119920008{/vimeo}

Κοιτάζοντας μπροστά

Τα Γενικά Μοντέλα Κυκλοφορίας (που αναφέρονται και ως παγκόσμια κλιματικά μοντέλα) κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας μαθηματικές αναπαραστάσεις του δυναμικού συστήματος της Γης. Τα βασικά τους βασίζονται στους νόμους της φυσικής, συμπεριλαμβανομένης της διατήρησης μάζας, ενέργειας και ορμής. Αυτά τα μοντέλα αντιπροσωπεύουν, σε τρεις διαστάσεις, τις μεγάλης κλίμακας κυκλοφορίες της ατμόσφαιρας και του ωκεανού, όπως η πρόοδος συστημάτων υψηλής και χαμηλής πίεσης και μεγάλης κλίμακας ωκεάνια ρεύματα. Τα μοντέλα περιλαμβάνουν επίσης την κρυόσφαιρα (χιόνι και θαλάσσιο πάγο) καθώς και την επιφάνεια της ξηράς.

Τα κλιματικά μοντέλα μας βοηθούν να κατανοήσουμε τον σημερινό καιρό και το κλίμα μας, και επίσης μας επιτρέπουν να εξετάσουμε πιθανά μελλοντικά σενάρια για το πώς μπορεί να αλλάξει το κλίμα. Δημιουργούν προσομοιώσεις για να μας πουν τι συνέβη ή τι μπορεί να συμβεί σε μια σειρά από διαφορετικά σενάρια, όπως για τις συγκεντρώσεις αερίων θερμοκηπίου.

Αν και τα μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη του καιρού και τις εφαρμογές του κλίματος μοιράζονται τα ίδια βασικά, είναι λίγο διαφορετικά.

Τα μοντέλα καιρού εκτελούνται σε υψηλότερη χωρική «ανάλυση» και ενσωματώνουν το πιο πρόσφατο σύνολο δορυφορικών και εδαφικών μετρήσεων χρησιμοποιώντας προηγμένες μεθόδους αφομοίωσης δεδομένων. Αυτό καθορίζει το σημείο εκκίνησης από το οποίο το μοντέλο προβλέπει την εξέλιξη των καιρικών φαινομένων κατά την επόμενη εβδομάδα περίπου.

Τα κλιματικά μοντέλα δεν επιδιώκουν να προβλέψουν τον ακριβή «καιρό» σε μια συγκεκριμένη ημέρα μήνες ή χρόνια (κάτι που είναι αδύνατο), αλλά μάλλον προβλέπουν τα «στατιστικά» του καιρού (δηλαδή το «κλίμα»), όπως οι μέσες συνθήκες, σε μια σεζόν ή τάσεις σε δεκαετίες.

Ενώ τα Γενικά Μοντέλα Κυκλοφορίας προσομοιώνουν τις διαδικασίες του συστήματος της Γης μεγάλης κλίμακας, υπάρχουν ορισμένες διαδικασίες, όπως ο σχηματισμός νέφους και οι βροχοπτώσεις, που συμβαίνουν σε μικρές κλίμακες και καθιστούν τις αλλαγές στο σύστημα της Γης δύσκολο να προβλεφθούν τέλεια.

Παρά τις προκλήσεις αυτές, η συνεχής βελτίωση των μοντέλων (π.χ. υψηλότερη ανάλυση, καλύτερη αναπαράσταση των φυσικών διεργασιών και βελτιωμένη χρήση δεδομένων ιδιαίτερα από δορυφόρους) τις τελευταίες τρεις δεκαετίες έχει βελτιώσει την ικανότητά μας να προβλέπουμε τον καιρό και να κάνουμε κλιματικές προβλέψεις.

Υπάρχουν πλέον πάνω από 40 παγκόσμια κλιματικά μοντέλα σε όλο τον κόσμο. Αυτές οι ομάδες μοντελοποίησης χρησιμοποιούν ένα κοινό σύνολο σεναρίων αερίων θερμοκηπίου και αερολυμάτων, που ονομάζονται Αντιπροσωπευτικά μονοπάτια συγκέντρωσης. Αυτή η συντονισμένη προσέγγιση επιτρέπει την έτοιμη σύγκριση των προβολών σε πολλές χιλιάδες προσομοιώσεις μοντέλων για τις οποίες υπάρχουν διαθέσιμα δεδομένα.

Ομοίως, τα κέντρα πρόγνωσης καιρού επαληθεύουν τις καθημερινές προβλέψεις καιρού χρησιμοποιώντας διεθνώς καθορισμένες μετρήσεις που επιτρέπουν την έτοιμη σύγκριση των προβλέψεων που γίνονται από τα κέντρα.

Τα αντιπροσωπευτικά μονοπάτια συγκέντρωσης χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες:

• υψηλή: οι εκπομπές αερίων θερμοκηπίου συνεχίζουν να αυξάνονται κατά τον 21ο αιώνα χωρίς μείωση, με μείωση των αερολυμάτων

• ενδιάμεσο: οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου κορυφώνονται και στη συνέχεια μειώνονται

• χαμηλή: οι εκπομπές αερίων θερμοκηπίου κορυφώνονται γρήγορα και στη συνέχεια μειώνονται γρήγορα σε πολύ χαμηλές τιμές (μια ισχυρή περίπτωση μετριασμού).

Ανεξάρτητα από το μοντέλο ή το σενάριο αερίων θερμοκηπίου που χρησιμοποιούμε, ένα ουσιαστικό και ισχυρό σήμα θέρμανσης είναι εμφανές στις προβλέψεις του μελλοντικού κλίματος, μεγαλύτερο για σενάρια υψηλών εκπομπών. Τα μοντέλα προβάλλουν επίσης διαφορές στο χρόνο και το μέγεθος της θέρμανσης και μια σειρά αλλαγών στη βροχόπτωση και άλλα στοιχεία.

Επομένως, αντί για ένα μόνο κλιματικό μέλλον, πρέπει να εξετάσουμε μια σειρά πιθανών μελλοντικών προοπτικών.

Ποια μοντέλα είναι καλύτερα;

Όλα τα κλιματικά μοντέλα περνούν από αυστηρή αξιολόγηση για να καθορίσουν τον βαθμό στον οποίο μπορούν να αντιπροσωπεύουν τον καθημερινό καιρό, και το παρελθόν και το τρέχον κλίμα.

Υπάρχουν πολλές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν για την αξιολόγηση της απόδοσης ενός κλιματικού μοντέλου. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες μπορούν να εκτιμήσουν πόσο καλά το μοντέλο προσομοιώνει το ιστορικό κλίμα (όπως η μέση βροχόπτωση στην Αυστραλία τα τελευταία 20 χρόνια) ή η ικανότητα του μοντέλου να αντιπροσωπεύει ή να προβλέπει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά όπως η εμφάνιση μουσώνων, το Ελ Νίνιο ή τα μονοπάτια των τροπικών κυκλώνων .

Οι ερευνητές που ερευνούν τις επιπτώσεις της μελλοντικής κλιματικής αλλαγής μπορεί να αποφασίσουν να επιλέξουν ένα υποσύνολο μοντέλων με βάση την απόδοση. Ωστόσο, η επιλογή του «καλύτερου» μοντέλου ή υποσυνόλου μοντέλων εξαρτάται από το μέτρο απόδοσης που χρησιμοποιείτε.

Για παράδειγμα, η πρόσφατη αξιολόγηση των κλιματικών μοντέλων για τις συνθήκες της Αυστραλίας έδειξε ότι δεν υπάρχει σταθερό «υποσύνολο» κλιματικών μοντέλων που να μπορεί να αντιπροσωπεύει όλες τις σημαντικές πτυχές του κλίματος καλύτερα από την απλή χρήση του πλήρους συνόλου των διαθέσιμων μοντέλων.

Οι κλιματικές προβλέψεις συχνά συνοδεύονται από ένα βαθμό εμπιστοσύνης, βασισμένο στη φυσική κατανόηση, τη στιβαρότητα των μοντέλων προβολών και τη συνέπεια των προβολών με τις παρατηρούμενες τάσεις ή τις προηγούμενες αλλαγές. Η απόδοση των κλιματικών μοντέλων σε σχέση με το προηγούμενο κλίμα είναι ένας κρίσιμος παράγοντας για τη διαμόρφωση του επιπέδου εμπιστοσύνης μας στις μελλοντικές προβλεπόμενες αλλαγές. Οι αξιολογήσεις εμπιστοσύνης που παρέχονται για τις τελευταίες προβλέψεις της Αυστραλίας είναι ένα νέο και χρήσιμο χαρακτηριστικό για την αξιολόγηση του εύρους των προβλεπόμενων αλλαγών στο μελλοντικό κλίμα της Αυστραλίας.

Το παγκόσμιο κορυφαίο μοντέλο κλίματος της Αυστραλίας

Tσειρές ime για τη μέση θερμοκρασία της Αυστραλίας για το 1910-2090 όπως προσομοιώθηκε στα μοντέλα CMIP5, σε σχέση με το μέσο όρο 1950-2005. Οι παρατηρήσεις του Γραφείου Μετεωρολογίας εμφανίζονται με χοντρό καφέ χρώμα και μια σειρά από ένα τυπικό μοντέλο (ACCESS1-0) εμφανίζονται στο μέλλον με ανοιχτό μοβ χρώμα. Η σκίαση αντιπροσωπεύει τη διάδοση μεταξύ όλων των μοντέλων για την ιστορική περίοδο (γκρίζα σκίαση) και τη μελλοντική περίοδο (μοβ-υψηλές εκπομπές, μπλε-ενδιάμεση, κίτρινο-χαμηλές εκπομπές). Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τις προβολές, ανατρέξτε στο Κεφάλαιο 7 της NRM Tech Report: (http://www.climatechangeinaustralia.gov.au/en/publications-library/technical-report/) Κλιματική Αλλαγή στην Αυστραλία

Το δικό της κλιματικό μοντέλο της Αυστραλίας, το Australian Community Climate and Earth System Simulator, ή ACCESS, παρουσιάζεται σταθερά από εθνικούς και διεθνείς ομίλους ως ένα από τα μοντέλα με τις καλύτερες επιδόσεις σε μια σειρά από κλιματικά χαρακτηριστικά σημαντικά για την Αυστραλία.

Το ACCESS αναπτύχθηκε από κοινού από το Γραφείο Μετεωρολογίας και την CSIRO μέσω της ερευνητικής τους συνεργασίας, The Center for Australian Weather and Climate Research. Αναπτύχθηκε σε συνεργασία με Αυστραλιανά Πανεπιστήμια και το UK Met Office με υποστήριξη από το Τμήμα Περιβάλλοντος. Το ACCESS έχει σχεδιαστεί ειδικά για χρήση τόσο για πρόβλεψη καιρού όσο και για προσομοίωση κλίματος.

Σε "λειτουργία καιρού" το ACCESS χρησιμοποιείται από το Γραφείο Μετεωρολογίας για την παροχή των καιρικών προβλέψεων της Αυστραλίας. Χάρη στην ACCESS, η τετραήμερη πρόβλεψη του Προεδρείου είναι πλέον εξίσου ακριβής με την πρόβλεψη των τριών ημερών πριν από μόλις δέκα χρόνια. Συγκρίσεις με προβλέψεις από υπερπόντια επιχειρησιακά κέντρα δείχνουν ότι το ACCESS είναι ένα από τα μοντέλα με τις καλύτερες επιδόσεις στον κόσμο.

Η έκδοση «κλίμακα» του ACCESS χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία κλιματικών προβλέψεων που υποβλήθηκαν από την Αυστραλία σε πρόσφατα συντονισμένα διεθνή πειράματα κλιματικής αλλαγής και για την υποστήριξη της πρόσφατης 5ης Έκθεσης Αξιολόγησης της Διακυβερνητικής Επιτροπής για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC).

Το ACCESS θα συνεχίσει να αναπτύσσεται και να βελτιώνεται, συμπεριλαμβάνοντας και μοντελοποιώντας τα συστατικά συστήματα της Γης με μεγαλύτερη λεπτομέρεια και ακρίβεια.

Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στις Η Συνομιλία
Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Σχετικά με τους συγγραφείς

Ο Dr Kamal Puri είναι ο επικεφαλής του ερευνητικού προγράμματος του προγράμματος μοντελοποίησης του συστήματος της Γης στο τμήμα Bureau of Meteorology Research and Development. Ο Dr Puri έχει διδακτορικό στη Φυσική που απονέμεται από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ (Ηνωμένο Βασίλειο). Ως Υπεύθυνος Προγράμματος έχει την ευθύνη για την ανάπτυξη του Australian Community Climate and Earth System Simulator (ACCESS), το οποίο είναι ένα πλήρως συνδεδεμένο μοντέλο γήινου συστήματος που αναπτύχθηκε σε συνεργασία με το CSIRO και υποστήριξη από τα Αυστραλιανά Πανεπιστήμια.

Ο Aurel Moise είναι ανώτερος ερευνητικός επιστήμονας που εργάζεται στον κλάδο Ε & Α στο Γραφείο Μετεωρολογίας τα τελευταία 11 χρόνια. Το ερευνητικό μου ενδιαφέρον περιλαμβάνει διάφορα θέματα που αποτυπώνονται υπό τη σημαία της κλιματικής μεταβλητότητας και αλλαγής