Ny klimamodel til IPCC

Forskere fra Alfred Wegener Institute nu, for første gang, indføre resultaterne fra deres globale modeller direkte i databasen mellem regeringerne om klimaændringer. Dataene er særligt interessante, fordi den underliggende model, udviklet på AWI, skildrer havisen og havene med langt større definition end konventionelle metoder. Resultaterne bruges af klimaforskere og interessenter over hele kloden til at bestemme virkningerne af klimaændringer på mennesker og miljø.

Hvor meget varmere bliver Jorden i de kommende årtier som følge af klimaændringer? Hvordan vil dette ændre vores verden? Dette er nogle af de mest presserende spørgsmål i vores tid, og forskere rundt om i verden bruger klimamodeller i et forsøg på at finde svarene. Men Jordens klima er ekstremt komplekst, og det er svært at modellere det ved hjælp af supercomputere. Hver klimamodel har sine styrker og svagheder. For bedre at kunne estimere den fremtidige klimaudvikling, resultaterne af forskellige klimamodeller rundt om i verden sammenlignes, da sammenligninger gør det tydeligere, hvilken klimaudvikling der mest sandsynligt er, og hvilken grad af usikkerhed prognoserne rummer. I alt omkring 50 forskningsinstitutioner verden over deltager i dette omfattende internationale projekt, kendt som Coupled Model Intercomparison Project (CMIP). Det er ekstremt vigtigt, fordi resultaterne føres ind i en international database og danner grundlag for det næste IPPC (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) rapport, som vil blive offentliggjort i 2021 - den sjette vurderingsrapport, AR6.

Kun tre institutioner fra Tyskland

Nu, for første gang, Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar- og Havforskning (AWI), med sin egen model, er en del af dette store internationale sammenligningsprojekt. For bare et par dage siden, AWI -forskerne indtastede deres første detaljerede klimamodelresultater i den internationale CMIP -database. "Det er meget specielt at tilhøre en af ​​de institutioner, der yder et væsentligt bidrag til de data, som vurderingsrapporten vil basere sig på, "kommenterer meteorolog Dr. Tido Semmler, der koordinerer AWI's arbejde for det internationale sammenligningsprojekt CMIP. "Der er kun tre forskningsinstitutioner fra Tyskland involveret - Max Planck Institute for Meteorology i Hamburg, det tyske luftfartscenter og os. "Desuden det tyske klimacenter (DKRZ) i Hamborg spiller en central rolle, da det tilbyder de tre institutioner computertid og lagerplads samt support til at udføre simuleringerne og levering af data.

Der er en særlig grund til, at AWI nu er blevet involveret:eksperterne har ansat en ny og, til dato, lidt brugt metode til at modellere klimaet-et såkaldt "ustruktureret net", hvilket med hensyn til klimaforskning udgør en mini -revolution. Indtil nu, næsten alle forskningsgrupper rundt om i verden har arbejdet med det, der kaldes "strukturerede net". Principen bag disse net er enkel:da modellering af det globale klima er alt for komplekst, forskere deler jorden og atmosfæren i gitterkasser, terninger med kanter, der normalt er 100 kilometer lange. I disse kasser, det biologiske, kemiske og fysiske processer, der påvirker klimaet, kan modelleres ved hjælp af supercomputere. Men det faktum, at en længde på 100 kilometer er alt for groft til at tage vigtige processer direkte i betragtning - som de små hvirvler, kun få kilometer i størrelse, i Golfstrømmen og andre havstrømme, der fører til øget varme- og fugtudveksling mellem havet og atmosfæren. Mange klimamodeller kan ikke præcist skildre Golfstrømmen, som har sin oprindelse i Den Mexicanske Golf og rejser nordpå langs Floridas kyst, inden den svinger østpå mod Europa. I mange modeller bevæger strømmen sig alt for langt mod nord, fordi de små hvirvler ikke er inkluderet.

Et justerbart gitter

Ideelt set ville vi have et mere fintmasket globalt net med firkanter, der ikke dækker mere end ti kilometer. Men det ville øge antallet af individuelle beregninger. Selv for klimasimuleringer, der strækker sig over få år, en mainframe -computer ville tage flere uger. Men eksperter ved AWI har nu udviklet et alternativt "ustruktureret net". Dette gør det muligt at skalere de enkelte gitterelementer - til omtrent ti kilometer - for visse udvalgte regioner. Mens klimaet for hele kloden kan modelleres ved hjælp af et gitter med firkanter i normal størrelse, det fleksibelt justerbare net gør det i et vist omfang muligt at zoome ind på bestemte områder, såsom Golfstrømmen. Det ustrukturerede net har tilføjet en interessant ny dimension til klimamodellering, hvilket er yderst vigtigt for CMIP -processen.

En unik direkte sammenligning

"Som regel, i klimamodellering kombinerer vi forskellige forskellige modeller, der simulerer forskellige ting - f.eks. en model, der beskriver havet i detaljer og en anden model, der viser processerne i atmosfæren, "forklarer Tido Semmler." Havmodellen FESOM, som vi udviklede, bruger et ustruktureret gitter. For atmosfæren, på den anden side, vi bruger en konventionelt struktureret model udviklet på Max Planck Institute for Meteorology. "Dette gør sammenligninger i forbindelse med CMIP særligt interessante:Max Planck Institute for Meteorology kobler den atmosfæriske model med dens havmodel, som er baseret på det traditionelle net. Men kollegerne på AWI parrer den atmosfæriske model med deres egen havmodel, som bruger det ustrukturerede gitter. "Vi og CMIP -partnerne er ivrige efter at se den direkte sammenligning af disse resultater, ”siger Tido Semmler.

Vigtige data til forskning om klimapåvirkning

Resultaterne fra cirka 50 klimamodeller, som AWI og de andre CMIP -partnere i øjeblikket indfører i den internationale database, vil blive brugt af mange andre forskere i løbet af de næste to år. Frem for alt af de eksperter, der undersøger klimaforandringernes indvirkning på mennesker og levesteder på vores planet. Disse forskningsresultater vil, på tur, være grundlaget for IPCC -rapporterne den sjette vurderingsrapport og også resuméet af IPCC's rapport, synteserapporten, som hovedsageligt vil indeholde politiske anbefalinger.

Prøve modelleringsresultater (se grafik online):Den gennemsnitlige globale temperatur trend fra 1850 til 2100 ifølge den nye AWI klimamodel.

AWI -klimamodellen indeholder de vigtigste naturlige drivkræfter for Jordens temperatur, såsom solstråling, naturlige drivhusgas- og aerosolkoncentrationer samt vulkanske aerosoler. Den grå linje repræsenterer kontrolkørslen med naturlige drivere og drivhusgaskoncentrationer på 284 ppm CO ₂ for året 1850. Den sorte linje viser den historiske gennemsnitlige globale temperaturudvikling med stigende drivhusgaskoncentrationer fra 1850 op til 400ppm CO ₂ i dag, som har ført til en global global opvarmning på cirka 1 ° C. De farvede linjer viser den mulige fremtidige udvikling af den gennemsnitlige globale temperatur afhængigt af emissionsscenariet.

Udsvingene i linjerne viser de naturlige variationer i den gennemsnitlige globale temperatur uden drivhusgasemissioner. For den historiske tendens (sort linje) og de moderate scenarier (cirka 4 ° C opvarmning med 871 ppm CO ₂ i 2100) for fremtiden (gul linje), flere simuleringer blev udført for at estimere graden af ​​usikkerhed for resultaterne. AWI -modellerne har et udsving på cirka en halv grad Celsius.

For lavemissionsscenariet (445 ppm CO ₂ i 2100), der bliver behov for en samlet indsats for at reducere drivhusgasemissionerne for at begrænse stigningen i den gennemsnitlige globale temperatur til inden for 2 ° C; med scenariet med høj emission (1142 ppm CO ₂ i 2100) antages det, at der ikke træffes foranstaltninger til at reducere drivhusgasemissioner, så ifølge den nuværende model vil den gennemsnitlige globale temperatur stige med cirka 5 ° C.