Klíma modell

Terra X : Így működnek az éghajlati modellek

Az éghajlati modell egy számítógépes modell az éghajlat kiszámítására és előrevetítésére egy bizonyos ideig. A modell általában meteorológiai modellre épül , mivel numerikus időjárás -előrejelzésre is használják . Ez a modell azonban kiterjed az éghajlati modellezésre is annak érdekében, hogy az összes konzervált mennyiséget helyesen feltérképezze. Általános szabály, hogy egy óceán modell , a hó és a jég modell a krioszféráját és növényzet modell a bioszféra kapcsolt.

Matematikailag ez nem lineáris, részleges és rendes differenciálegyenletek , valamint néhány algebrai egyenlet összekapcsolt rendszerét hozza létre . Ennek az egyenletrendszernek a numerikus kiszámítása nagyon nagy számítási teljesítményt igényel, ezt biztosítják a szuperszámítógépek , például az Earth Simulator .

Megkülönböztetünk globális éghajlati modelleket (ún. GCM-ek, általános keringési modellek) és regionális éghajlati modelleket. A fő különbség egyrészt az, hogy egy globális éghajlati modell magában foglalja a teljes troposzférát , míg a regionális modell általában ugyanazt a fizika modellt ábrázolja, de ezt csak a föld bizonyos földrajzi szakaszaira alkalmazza.

Tábornok

Az éghajlati modellek az eddigi legösszetettebb és számítási szempontból legdrágább számítógépes modelleket jelentik . Az éghajlati modellek "extrapolációi" természetesen bizonytalanabbak, mint az időjárási modellek, mivel sokkal hosszabb időtartamokat kell figyelembe venni, és számos további paramétert is figyelembe kell venni. Ezért ezeket az egyedi modelleket éghajlati forgatókönyveknek is nevezik, és nem éghajlat -előrejelzéseknek. Az időjárás -előrejelzés olyan adatokon alapul, amelyek lehetővé teszik a kaotikus dinamika fejlődését a Föld légkörében nagy valószínűséggel, legfeljebb egy héten belül. Az extrapoláció bizonytalansága azonban az extrapolált időszakkal exponenciálisan növekszik, és maga is függ többek között az időjárási helyzettől. Még az időjárási modelleknél is meghatározó szerepe van a felhasználó tapasztalatának és értékelésének, amely a tiszta számítógépes modell és a végső előrejelzés közötti kontrollpéldány formájában történik, de az éghajlati modell jellege alapvetően más.

Példa a modellezett és mért globális átlaghőmérsékletre 1900 és 2000 között.

Az éghajlati modelleket az éghajlat alakulásának lehetséges tendenciáinak megtalálására és az egyes éghajlati tényezők súlyozására használják. Számos feltevésen és módszeren alapulnak, például a jövőbeli üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának és visszacsatolási mechanizmusainak kifejlesztésén. Ezenkívül az időjárási modellekkel ellentétben az éghajlati modellek nem alapulnak fix dinamikára, ezért nem korlátozzák kaotikus jellegüket és a számítási teljesítmény korlátozását. Bizonyos visszajelzéseket, különösen a földi rendszer döntő elemeivel kapcsolatban , még nem vizsgáltak megfelelően, és nem lehet megfelelően rekonstruálni, még az éghajlattörténet figyelembevételével sem .

A modellezés, beleértve a megfelelő paraméterértékeket, a folyamatos tudományos munka tárgya.

Az éghajlati modellek szerepe a globális felmelegedés lefolyásának és következményeinek szimulálásában

Annak ellenőrzése érdekében, hogy az éghajlati modellek kiszámításának paraméterei helyesek -e, tesztelik, hogy képesek -e helyesen szimulálni az aktuális éghajlatot, valamint a jégkorszak időjárását. Az ilyen szimulációk keretében több mint 1000 modellt számítanak ki, a bemeneti paramétereket a feltételezett hiba -tartományon belül változtatják. Azokat a modelleket, amelyek nem tükrözik megfelelően a vizsgált időszak hőmérsékleti profilját (> 90%), elutasítják.

Bár a paleoklimatológiai ismeretek drámaian bővültek az 1980 -as évek óta, az éghajlattörténeti adatok még mindig hiányosak; A gyorsaság, valamint a jövőben várható globális felmelegedés miatt az ember valószínűleg "új területre" lép, részben előre nem látható következményekkel .

Az előfeltételek szükségesek a modellezés ezért csak részben ismert, és általában meg kell határozni többé-kevésbé önkényesen, ahol egy sor ilyen előírásokat és a modellezés alapján azokat nevezik a klíma forgatókönyv . Az éghajlati előrejelzés és az éghajlati forgatókönyv közötti különbség az, hogy az előbbihez számos különböző forgatókönyvet modelleznek, egyrészt más modellekkel, másrészt más előrejelző feltételezésekkel. Az éghajlat -előrejelzés különböző modellezési kísérletek értékelésén alapul, és nagyon nehéz és hatalmas erőfeszítéssel elkészíteni, a köztük lévő nehéz összehasonlíthatóság miatt is. Mivel az egyes forgatókönyvek eltérő végeredményeket mutatnak, az ezek alapján készült klíma -előrejelzés csak számos lehetőséget tár fel. A globális felmelegedés esetében ez a tartomány megfelel az átlagos globális és földi levegő 1,1-6,4 ° C-os hőmérsékletének lehetséges felmelegedésére 2100-ra (IPCC 2007). Azonban hasonló ingadozási tartományok szinte minden klíma modellekből származó előrejelzésben megtalálhatók.

Globális éghajlati modellek - GCM (General Circulation Model)

A globális éghajlati modell leírja a legfontosabb éghajlati vonatkozású fizikai folyamatokat a Föld légkörében, az óceánokban és a földfelszínen. A folyamatokat nagyon leegyszerűsítve mutatjuk be. Mindenekelőtt a bioszféra folyamatait még mindig méretként és paraméterként határozzák meg. Ezek a változók azonban rendszerváltozók, és képesnek kell lenniük alkalmazkodni a globális változásokhoz a szimuláció során annak érdekében, hogy reális előrejelzéseket tudjanak adni a jövőre vonatkozóan. A csatolt rendszerekből származó ilyen visszacsatolási folyamatok jelenleg a modellezés nagy kihívását jelentik. A modellek olyan kiterjedtek, hogy csak nagyon durva felbontásban (több száz kilométer rácsszélesség) működtethetők. Az első GCM -et 1967 -ben Syukuro Manabe és Richard Wetherald alkotta meg .

Példák a globális éghajlati modellekre:

  • HadCM3 ( Hadley csatolt modell, 3. verzió): Ezt az éghajlati modellt használták számos mással együtt az IPCC harmadik (TAR) és negyedik (AR4) értékelő jelentéséhez.
  • HadGEM1 (Hadley globális környezeti modell 1): A HadCM3 éghajlati modell továbbfejlesztése. Javult a felhők és a tengeri jég hatásának ábrázolása; A következő paraméterek feltérképezése is javult: vízháztartás, légköri kémia és az aeroszolok hatása. Az El Niño, a monszun és a csendes -óceáni felszíni hőmérséklet hatásának ábrázolása azonban romlott, és folyamatos kutatás tárgyát képezik.

Regionális éghajlati modellek

A regionális éghajlati modellek csak a légkör egy részét veszik figyelembe, ezért megfelelő határfeltételeket igényelnek a szimulációs terület szélein. Ezek a határfeltételek a globális éghajlati modellek szimulációiból származnak. Ezért azt mondják, hogy a regionális éghajlati modellt egy globális éghajlati modell vezérli. Ezt „beágyazásnak” vagy „dinamikus leépítésnek” nevezik, és leírja egy nagy térbeli felbontású regionális modell beágyazását egy globális éghajlati modellbe, alacsony térbeli felbontással. A globális klímamodellben a rácspontok közötti távolságok általában meglehetősen nagyok, és 150 és 500 km között vannak. A regionális modellek viszont nagyon jó felbontásúak. A rácspontok néha csak 1 km -re vannak egymástól. A modern szuperszámítógépek számítási kapacitásának növekedése miatt a modellek térbeli felbontása folyamatosan javítható.

Példák a regionális modellekre:

Klíma modellezés Németországban

Németországban az éghajlati modelleket nagyon különböző kutatási kérdésekre használják számos egyetemen és kutatóintézetben. Az egyik központi helyszín a hamburgi Max Planck Meteorológiai Intézet . Többek között ott fejlesztették ki az ECHAM -4 és az ECHAM-5 globális légkörmodelleket, valamint az MPI-OM óceáni modellt. A tudományos kérdéstől függően az ECHAM és az MPI-OM önálló komponensként és egymással összekapcsolva egyaránt használhatók. A szomszédos Német Klíma Számítási Központ (DKRZ) szorosan kapcsolódik a Meteorológiai MPI -hez. Vannak párhuzamos vektoros számítógépek , amelyek a modellek működéséhez szükségesek. A DKRZ más kutatóintézetek számára is elérhető, többek között ezen modellek működtetésére.

A regionális klímamodellezést a nagy kutatóintézetekben végzik különböző regionális modellek alkalmazásával. Ezek közé a kutatóközpontok közé tartozik a Karlsruhei Kutatóközpont , a GKSS kutatóközpont Geesthachtban, a potsdami klímahatás -kutató intézet (PIK) és számos egyetem. Az éghajlati modelleket részben a német meteorológiai szolgálattal közösen fejlesztették ki. A numerikus modellek folyamatos továbbfejlesztése mellett az együttes szimulációk és azok valószínűségi értelmezése egyre fontosabbá válik.

A Szövetségi Környezetvédelmi Ügynökség és a Szövetségi Hidrológiai Intézet (BfG) regionális éghajlati előrejelzéseket készített Németország számára 2100 -ig. Ezeknek a modellfutásoknak a nyers adatai ingyenesen elérhetők a nyilvánosság számára.

Sok jelenlegi kutatási projekt foglalkozik az éghajlati rendszer különböző alrendszerei közötti kölcsönhatások kérdésével. Ezért a légkörön és az óceánon kívül más alrendszereket is megpróbálnak integrálni az éghajlati modellekbe, például a bioszférát vagy a krioszférát . Ebben az összefüggésben a földrendszerek modelljeiről beszélünk. (Lásd még: Földrendszertan .)

A légkör és a bioszféra közötti kölcsönhatásokkal foglalkozó kutatóintézetek például a Max Planck Biogeokémiai Intézet (Jena), a Max Planck Meteorológiai Intézet (Hamburg) vagy a Potsdami Klímahatás -kutató Intézet . A Tengeri Környezettudományi Központ (Bréma) kutatja a bioszféra és az óceán fizikoszférája közötti kölcsönhatásokat .

A Danmarks Meteorologiske Institutban a HIRHAM5 klímamodellt (a HIRHAM modell 5. verziója) az Alfred Wegener Intézet tudósaival együttműködve dolgozták ki , amely a HIRLAM modell 7.0 -s verzióján és az ECHAM -modell 5.2.02 -es verzióján alapul. Az ECHAM 4-es és a HIRLAM 2-es verzióján alapuló előd HIRHAM4-es modellhez képest a HIRHAM5-ben félig Lagrange-sémát alkalmaznak a dinamika modellezésekor, ami lehetővé teszi a nagyobb időlépéseket és egyben nagyobb földrajzi felbontást az alkalmazott Euler-módszerhez képest előtt.

Az éghajlati modellek határai

A jelenlegi éghajlati modell számítások eredményeinek jövőbeli értelmezésekor figyelembe kell venni, hogy ezek nem a helyi vagy globális éghajlat biztonságos jövőbeli előrejelzésére vonatkozó előrejelzések , hanem olyan forgatókönyvek, amelyek a jövőbeli fejleményekre vonatkozó feltételezések alapján választják ki a lehetséges kurzusokat, mint pl. mint például a kibocsátás és a földhasználat.

A modellek korlátai magukban a matematikai modellekben és a figyelembe vett befolyásoló tényezők korlátozott számában rejlenek. Az erősebb számítógépek lehetővé teszik bonyolultabb modellek kifejlesztését, nagyobb térbeli felbontással és egyre több befolyásoló tényezővel az éghajlatra. Csak rosszul értett fizikai elvekkel, jelenleg a jégtakarók dinamikájával vagy az aeroszolok és felhők szerepével , az éghajlati modellek csak viszonylag bizonytalan eredményeket hozhatnak. Az elmúlt 3,5 millió év meleg fázisait illetően a modellszimulációk globális átlaghőmérsékletet mutatnak , amely akár 50% -kal alacsonyabb, mint a paleoklimatológiai adatok. Ez arra utal, hogy az éghajlati modellek jelentősen alábecsülik a jelenlegi felmelegedés okozta hosszú távú hőmérséklet- és tengerszint-emelkedést.

A jég magok a sarkvidéki, visszatérő hirtelen éghajlati változások egy jelentős mértékben dokumentáltak. Ezeket csak a mai számítógépes modellekkel lehet nem megfelelően reprodukálni. Richard B. Alley azt gyanítja, hogy számos visszacsatolási ciklust és mellékhatást még nem vesznek figyelembe a modellezés során.

Az éghajlati modellek kudarcára példa az északi -sarkvidéki jégtakaró váratlanul nagy mértékű csökkenése, ami 2007 nyarán történt. A tengeri jég zsugorodása a megváltozott nyomás- és keringési minták eredménye volt, amelyek több éve felváltották a korábbi rendszert. Az IPCC ugyanebben az évben közzétett éghajlati jelentésében egyetlen klímamodell sem mutatta meg az elkövetkező néhány év ilyen fejlődésének lehetőségét.

A klímát tagadó jelenet különböző blogjai a globális felmelegedés szünetét, amelyet állítólag 1998 és 2013 között regisztráltak (valójában csak a felszíni hőmérséklet stagnálását egy nagyon forró 1998 első év után), annak a jeleként jelzik, hogy az éghajlati modellek nem tudnak helyesen megjósolni a globális felmelegedés folyamata. A tudományban azonban utalnak a globális klímát hűsítő tényezőkre, amelyek ebben az időszakban aktívak voltak, és nem tartoztak a modellek közé. Ezenkívül ezen időszak elején volt egy erős El Nino , ami természetesen globális hőanomáliákat eredményez, ezért az idén kezdődő értékelések csökkenő tendenciát mutatnak. Ennek megfelelően a csökkenő hőmérséklet -emelkedés eltűnik, ha a 2014 és 2016 közötti nagyon meleg éveket is beleszámítják a trendelemzésbe. A Nature folyóiratban 2015 -ben megjelent tanulmány hasonló következtetésre jutott , amely összehasonlította az éghajlati modellekben meghatározott hőmérsékletnövekedést az 1900 és 2012 közötti ténylegesen mért hőmérséklet -növekedéssel. Ennek megfelelően nincs arra utaló jel, hogy az éghajlati modellek szisztematikusan túlbecsülnék az üvegházhatású gázok hatásait; inkább az 1998 és 2012 közötti időszak eltérése nagyrészt véletlenszerű statisztikai ingadozásoknak és a vulkáni tevékenységből származó kismértékű hozzájárulásnak köszönhető. Másrészt számos jelenlegi és most széles körben kapott tanulmány a rendelkezésre álló adatok értékelése után arra a következtetésre jut, hogy az úgynevezett szünet nem létezett, és a globális felmelegedés trendvonala gyengülés nélkül folytatódott a kérdéses időszakban.

Lásd még

irodalom

  • Andrew Gettelman és Richard B. Rood: A klímamodellek demystifying : A User Guide to Earth System Models (=  Earth Systems Data and Models . Volume 2 ). Springer, Berlin Heidelberg 2016, ISBN 978-3-662-48959-8 , doi : 10.1007 / 978-3-662-48959-8 ( PDF, 6,5 MB- Nyílt hozzáférés, azoknak a felhasználóknak és másoknak, akik kezdőbetűt szeretnének kapni az éghajlati modellek áttekintése kevés szakértelmet igényel).
  • Hugues Goosse, PY Barriat, W. Lefebvre, MF Loutre, V. Zunz: Bevezetés a klímadinamikába és a klímamodellezésbe . 2010 ( éghajlat.be - nyílt hozzáférés, a Cambridge University Press által kiadott „Climate System Dynamics and Modeling” tankönyv korai változata ).
  • Hans von Storch , Stefan Güss, Martin Heimann, Az éghajlati rendszer és modellezése , Springer Verlag, Berlin (1999), ISBN 978-3540658306

web Linkek

Wikiszótár: Éghajlati modell  - jelentésmagyarázatok, szó eredet, szinonimák, fordítások

Egyéni bizonyíték

  1. ^ AF Prein, W. Langhans, G. Fosser, A. Ferrone, N. Ban, K. Goergen, M. Keller, M. Tölle, O. Gutjahr, F. Feser, E. Brisson, S. Kollet, J. Schmidli, NP van Lipzig, R. Leung: A regionális konvekciót lehetővé tevő klímamodellezés áttekintése: demonstrációk, kilátások és kihívások . In: Rev Geophys . szalag 53 , nem. 2. , 2015. június, p. 323–361 , doi : 10.1002 / 2014RG000475 , PMID 27478878 , PMC 4949718 (ingyenes teljes szöveg).
  2. ^ GA Schmidt, D. Bader, LJ Donner, GS Elsaesser, JC Golaz, C. Hannay, A. Molod, R. Neale, S. Saha: A klímamodell -hangolás gyakorlata és filozófiája hat amerikai modellező központban . In: Geosci Model Dev . szalag 10 , nem. 2017. 9. , o. 3207-3223 , doi : 10.5194 / gmd-10-3207-2017 , PMID 30595813 , PMC 6309528 (ingyenes teljes szöveg).
  3. ↑ Frederic Hourdin: A klíma modellhangolásának művészete és tudománya . In: Bulletin of the American Meteorological Society . szalag 98 , nem. 3. március 2017, p. 589-602 , doi : 10.1175 / BAMS-D-15-00135.1 .
  4. ↑ G. Krinner, MG Flanner: A nagyszabású éghajlati modellek torzító stacionáriusa erős éghajlatváltozás alatt . In: Proc. Natl. Acad. Sci. USA zenekar 115 , nem. 38. szeptember 2018, p. 9462-9466 , doi : 10.1073 / pnas.1807912115 , PMID 30181268 , PMC 6156650 (ingyenes teljes szöveg).
  5. ↑ A XX. Századi hőmérséklet külső szabályozása természetes és antropogén erőszakkal; PA Stott és mtsai., Science Vol. 290. no. 5499, 2133 - 213715, 2000. december doi : 10.1126 / science.290.5499.2133 (Online)
  6. ↑ Mehl és mtsai: Természetes és antropogén erőforrások kombinációi a huszadik századi éghajlaton; In: Journal of Climate , 17. kötet, 2004 Online (PDF; 368 kB)
  7. ↑ PIK Potsdam: A jégkorszaki teszt megerősíti a jövőbeli globális felmelegedés miatti aggodalmat
  8. ↑ A ClimatePrediction.net eredményei (PDF; 738 kB)
  9. ↑ Frank Kaspar és Ulrich Cubasch: Az éghajlat a meleg időszak végén, a Berlini Szabadegyetem Meteorológiai Intézete (PDF; 718 kB)
  10. ↑ S. Rahmstorf, HJ Schellnhuber: Der Klimawandel. CH Beck, 6. kiadás, 2007, 42. o
  11. ↑ a b Hubertus Fischer et al.: A paleoklíma korlátai a 2 ° C -os antropogén felmelegedés hatására és azon túl . Cikk áttekintése. In: Nature Geoscience . szalag 2018. június 11. , doi : 10.1038 / s41561-018-0146-0 .
  12. ↑ Gerta Keller, Paula Mateo, Jahnavi Punekar, Hassan Khozyem, Brian Gertsch, Jorge Spangenberg, Andre Mbabi Bitchong, Thierry Adatte: Környezeti változások a kréta-paleogén tömeges kihalás során és a paleocén-eocén hőmaximum: Az antropocén hatása . (PDF) In: Gondwana Research . 56., 2018. április, 69–89. doi : 10.1016 / j.gr.2017.12.002 .
  13. ^ Syukuro Manabe, Richard T. Wetherald (1967): A légkör termikus egyensúlya a relatív páratartalom adott eloszlásával. In: J. Légköri Tudományok 24, pp. 241-259, idézte a: National Science Digitális Könyvtár Esszé ezt a cikket  ( oldal már nem elérhető , keresni web archívum )  Info: A kapcsolat automatikusan jelölve hibás. Kérjük, ellenőrizze a linket az utasítások szerint, majd távolítsa el ezt az értesítést.@1@ 2Sablon: Dead Link / nsdl.org  
  14. ↑ GCM modell információ, IPCC webhely ( IPCC DDC: HadCM3 GCM Information )
  15. ↑ GCM Modellinformációk , IPCC weboldal ( IPCC 4. értékelő jelentés (2007): UKMO-HADCM3 modell )
  16. ↑ Vicky Pope: A Hadley Center HadGEM1 éghajlati modellje. ( PDF ( Memento , 2007. szeptember 17, az Internet Archívumban )).
  17. ↑ C. Schölzel, A. Hense: Délnyugat-Németország regionális klímaváltozásának valószínűségi értékelése együttes öltözködéssel , Climate Dynamics 36 (9), 2011, 2003-2014, doi : 10.1007 / s00382-010-0815-1
  18. ↑ KomPass - Bevezetés a Szövetségi Környezetvédelmi Ügynökség éghajlati előrejelzéseibe / éghajlati előrejelzéseibe . Utolsó elérés: 2014. augusztus 5
  19. ↑ a Geo és a bioszféra közötti interakciók kutatási területének hivatalos honlapja a Marumban
  20. ↑ Ole Bøssing Christensen, Martin Drews, Jens Hesselbjerg Christensen, Klaus Dethloff , Klaus Ketelsen, Ines Hebestadt, Anette Rinke: The HIRHAM Regional Climate Model Version 5 (béta). In: Műszaki jelentés 06-17, dmi.dk. Letöltve: 2019. december 8 . 5-6. O.
  21. ↑ Richard B. Alley: Az instabil éghajlat, 12. o. In: Spectrum of Science Dossier 2/2005 A föld az üvegházban
  22. ↑ Volker Mrasek: Gyors felmelegedés: A sarkvidéki éghajlat visszafordíthatatlanul borulhatott , In: Spiegel-Online (Wissenschaft), hozzáférés: 2019. december 23.
  23. ^ Zhang, X., A. Sorteberg, J. Zhang, R. Gerdes és JC Comiso (2008), A légköri keringések újabb radikális eltolódásai és az sarkvidéki klímarendszer gyors változásai, Geophys. Res. Lett., 35, L22701, doi : 10.1029 / 2008GL035607
  24. ↑ Stroeve, J., MM Holland, W. Meier, T. Scambos és M. Serreze (2007), Északi -sarkvidéki jégcsökkenés : A vártnál gyorsabb, Geophysical Research Letters , 34, L09501, doi : 10.1029 / 2007GL029703
  25. ↑ Jochem Marotzke , Piers M. Forster : Kényszerítés, visszacsatolás és belső változékonyság a globális hőmérsékleti trendekben . In: Természet . szalag 517. , 2015. o. 565-570 , doi : 10.1038 / nature14117 .
  26. ↑ Thomas R. Karl, Anthony Arguez, Boyin Huang, Jay H. Lawrimore, James R. McMahon, Matthew J. Menne, Thomas C. Peterson, Russell S. Vose, Huai-Min Zhang: Az adatok torzításainak lehetséges melléktermékei a közelmúltban globális felmelegedési szünet . (PDF) In: Tudomány . 348., 6242. szám, 2015. június 25., 1469–1472. doi : 10.1126 / science.aaa5632 .
  27. ^ Niamh Cahill, Stefan Rahmstorf, Andrew C. Parnell: A globális hőmérséklet változási pontjai . In: Környezetkutató levelek . 10., 8. szám, 2015. augusztus. Doi : 10.1088 / 1748-9326 / 10/8/084002 .