En overraskende række af klimabegivenheder kan være forudsigelige år i forvejen

En stigning i sandsynligheden for en "Grønlandsblok" - en bule af højtryk, der går i stå over den massive ø og kan forårsage ekstremt vejr både i Nordamerika og Europa - kunne være forudsigelig år i forvejen.

Det samme kunne ændringer i havets surhedsgrad i det californiske strømsystem, som opretholder et rigt og økonomisk vigtigt fiskeri, samt flukser i mængden af ​​organisk stof produceret af fytoplankton i havet, som danner bunden af ​​den marine fødepyramide.

Selv sandsynlige stigninger eller fald i mængden af ​​kuldioxid, der optages af planter, og de deraf følgende indvirkninger på koncentrationen af ​​kuldioxid i atmosfæren, kan være forudsigelig flere år ude.

Disse resultater kommer fra en række nye papirer, der tilsammen viser, at en lang række fænomener i atmosfæren, oceaner, og land kan være forudsigeligt i tidshorisonter, der strækker sig fra et år til et årti. De nye undersøgelser er alle afledt af Decadal Prediction Large Ensemble (DPLE), en massiv, frit tilgængelig database med modelsimuleringer udviklet og anbragt på National Center for Atmospheric Research (NCAR).

DPLE blev designet og skabt specifikt for at give forskere fra på tværs af discipliner mulighed for at undersøge aspekter af jordsystemet, der kan have elementer af forudsigelighed på en årtiers tidsskala, bygge bro mellem sæsonprognoser og klimafremskrivninger. Indtil nu, den har bekræftet nogle elementer, som videnskabsmænd allerede har mistanke om kunne forudsige år i forvejen - såsom havoverfladetemperaturer i Nordatlanten, som blandt andet påvirker vejret over Europa. Men undersøgelsen af ​​databanken har også afsløret en lang række andre muligheder.

"Det er to år siden, vi udgav datasættet, og det, vi har lært, har overgået vores forventninger, " sagde NCAR videnskabsmand Steve Yeager, der ledede projektet. "Ting folk aldrig troede var forudsigelige, vi finder forudsigelige med DPLE."

25, 600 simulerede år

DPLEs hemmelighed bag succes er dens størrelse. Datasættet omfatter 64 individuelle ensembler (eller sæt af simuleringer), en for hvert år mellem 1954 og 2017. Hvert ensemble består af 40 medlemmer, der løber et årti frem i simuleret tid. I alt, datasættet indeholder 25, 600 simulerede års klimainformation. Simuleringerne blev skabt af den NCAR-baserede Community Earth System Model (CESM) og kører primært på NCAR-Wyoming Supercomputing Centers Cheyenne-system.

At have et ensemble af 40 individuelle modelsimuleringer fra det samme årti gør det muligt for videnskabsmænd at pirre sarte signaler om forudsigelighed, som ellers ville blive savnet med kun én – eller endda en håndfuld – modelkørsler. Hvert medlem af ensemblet bliver skudt i gang med historiske forhold for startåret, men så er hver også tweaket en næsten uforskydelig mængde. Den minimale justering er nok til at sende hver simulering ud på en særskilt vej, resulteret i 40 mulige måder, hvorpå årtiets klima kunne have udfoldet sig.

Forskere kan afdække mulige forudsigelighedsområder ved at se på tværs af hele ensemblet. Områder, hvor simuleringerne har en tendens til at stemme, er kandidater til forudsigelighed, og jo stærkere de er enige, jo dygtigere er forudsigelsen sandsynligvis.

"Vi var de første til at arbejde på årtiers forudsigelse ved hjælp af et stort ensemble i et enkelt-model system, " sagde Yeager. "Det faktum, at vi kastede alle disse ensemblemedlemmer på problemet, er det, der tillod os at få disse resultater."

Projektets succes har allerede Yeager og hans kolleger til at overveje, hvad der skal ske. En mulighed er at justere de typer observationer, der bruges til at starte ensemblet. Fordi fænomener, der kan forudsiges år i forvejen, har en tendens til at være knyttet til ændringer i havet - som udspiller sig over meget længere tidsskalaer end ændringer i atmosfæren og på landjorden - brugte den oprindelige DPLE havets og havisens tilstand som udgangspunkt for modellerne. Tilføjelse af observationer af atmosfæren og landjorden kan forbedre en vis forudsigelighed på relativt kort sigt på mere end et år eller deromkring.

"Vi er virkelig interesserede i, hvordan vi kan fremme dette - hvad vi kunne gøre, der ville tage det til næste niveau, " sagde Yeager. "Den første DPLE giver os hints om, hvad der er muligt. Nu vil vi finjustere de teknikker, der er nødvendige for at gøre årtiers forudsigelser til noget, der kunne være nyttigt for beslutningstagere og planlæggere."