NCAR-baseret klimamodel får en betydelig opgradering

National Center for Atmospheric Research (NCAR) har udgivet en opdateret version af sin flagskibsklimamodel til at omfatte en lang række nye muligheder - fra en meget mere realistisk fremstilling af Grønlands udviklede indlandsis til evnen til i detaljer at modellere, hvordan afgrøder interagerer med større jordsystem til tilføjelsen af ​​vinddrevne bølger på modellens havoverflade.

Community Earth System Model version 2 (CESM2) er en open-source community computermodel, der stort set finansieres af National Science Foundation, som er sponsor for NCAR, og U.S. Department of Energy's Office of Science.

Udgivet offentligt i sidste uge, CESM2 bygger på en række klimamodeller, hver forkant for deres dag, strækker sig årtier tilbage til en tid, hvor deres software kun simulerede atmosfærisk cirkulation. Til sammenligning, CESM2 inkluderer interaktioner mellem landet, ocean, atmosfære, landis, og havis, repræsenterer de mange vigtige måder, de forskellige dele af jordsystemet interagerer på.

"Bredden af ​​de videnskabelige spørgsmål, vi kan løse, er lige blevet væsentligt udvidet; det er meget spændende for mig, "sagde Jean-François Lamarque, der førte bestræbelserne på at udvikle CESM2 indtil for nylig. "Hver gang vi frigiver en ny model, giver vi et bedre værktøj til at udføre videnskaben. Det er et mere kompliceret værktøj, men verden er meget kompliceret. "

De nye muligheder for CESM2 omfatter:

• En atmosfærisk modelkomponent, der indeholder betydelige forbedringer af turbulens- og konvektionsrepræsentationer, som åbner vejen for en analyse af, hvordan disse småskala processer kan påvirke klimaet.
• Forbedret evne til at simulere former for tropisk variation, der kan spænde over årstider og påvirke globale vejrmønstre, herunder ekstrem nedbør over det vestlige USA. Disse mere realistiske fremstillinger vil give forskere mulighed for bedre at forstå disse forbindelser og kunne føre til forbedrede sæsonbestemte forudsigelser.
• En landismodelkomponent for Grønland, der kan simulere den komplekse måde, isen bevæger sig på - træg i midten og meget hurtigere nær kysten - og gør et bedre stykke arbejde med at simulere isens kælvning i havet.
• En global afgrødemodel, der både kan simulere, hvordan dyrkningsmark påvirker det regionale klima, herunder virkningerne af øget kunstvanding, og hvordan det ændrede klima vil påvirke afgrødeproduktiviteten. Komponenten giver også forskere mulighed for at undersøge virkningerne af øget brug af gødning og større koncentrationer af atmosfærisk kuldioxid, som kan anspore plantevækst.
• En bølgemodelkomponent, der simulerer, hvordan vinden skaber bølger på havet, en vigtig mekanisme til blanding af det øvre hav, hvilket igen påvirker, hvor godt modellen repræsenterer havoverfladetemperaturer.
• En opdateret flodmodelkomponent, der simulerer overfladestrømme på tværs af bakker og ind i bifloder, inden de går ind i hovedflodkanalen. Det simulerer også vandets hastighed, når det bevæger sig gennem kanalen, sammen med vanddybde.
• Et nyt sæt infrastrukturværktøjer, der giver mange nye muligheder for lettere transport, case generation og bruger tilpasning, testfunktionalitet, og stærkt øget robusthed og fleksibilitet.

En komplet liste over opdateringer med flere tekniske beskrivelser findes på http://www.cesm.ucar.edu/models/cesm2/whatsnew.html.

Fællesskabsdrevet, løbende forbedret

Arbejdet med CESM2 begyndte for alvor for cirka fem år siden, men forskere begyndte at pille ved, hvordan man kan forbedre modellen, så snart CESM1 blev frigivet i 2010. Det er ikke anderledes med CESM2.

"Vi er allerede begyndt at tænke over, hvad vi kan forbedre for CESM3, "Sagde Lamarque." Vi ved, for eksempel, at vi vil gøre havmodellen bedre til at udvide den slags videnskabelige spørgsmål, den kan bruges til at besvare. "

Samarbejde og input fra det bredere jordsystemvidenskabelige samfund har altid været kernen i den komplekse modeludvikling, der lettes af NCAR. For eksempel, landmodelkomponenten i det nye CESM2 udnyttede ekspertisen hos mere end 50 forskere på 16 forskellige institutioner.

CESM, som er frit tilgængelig, er et vigtigt redskab for forskere i jordsystemforskning i hele USA og kloden, der studerer alt fra forudsigelighed for sæsonbetonede tørke til acceleration af havstigningen. Den NCAR-baserede model er en af ​​omkring et dusin førende klimamodeller rundt om i verden, som forskere bruger til at undersøge det ændrede klima og bidrage med, hvad de finder til det mellemstatslige panel om klimaændringer.

Fordi Jordsystemet er så kompliceret, og computerressourcer er så begrænsede, computermodellerne, der bruges til at simulere, hvordan Jordens klima opfører sig, bruger en blanding af ligninger, der rent faktisk repræsenterer fysikken, biologi, og kemi bag de processer, der udspiller sig i Jordsystemet - fra fordampning til ozondannelse til skovrydning til havisens smeltning - og "parameteriseringer, "som forenkler småskala processer og estimerer deres indvirkning.

"CESM2 repræsenterer meget mere af fysikken end tidligere modeller, og vi gør det meget bedre, "sagde CESM -chefforsker Gokhan Danabasoglu, der nu leder modeludviklingsindsatsen. "Der er mange nye muligheder i alle komponentmodeller samt betydelige infrastrukturforbedringer for fleksibilitet og lettere transport."

Disse forbedrede ligninger gør det muligt for modellen at udføre et endnu bedre stykke arbejde med at kopiere den virkelige verden.

"Modellen er vores laboratorium - det eneste laboratorium, vi får, når vi studerer klimaet, "Sagde Lamarque." Så det skal være tæt nok på den virkelige verden for at være relevant. "