Model bias-korrektioner til pålidelig projektion af ekstreme El Niño-frekvensændringer

En pålidelig fremskrivning af ekstreme El Niño-frekvensændringer i et fremtidigt varmere klima er afgørende for styring af socioøkonomiske aktiviteter og menneskers sundhed, strategiske politiske beslutninger, miljø- og økosystemledelse, og katastrofebegrænsninger i mange dele af verden. Desværre, langvarige almindelige skævheder i CMIP5-modeller, på trods af en enorm indsats på den numeriske modeludvikling gennem de seneste årtier, gør det svært at opnå en pålidelig fremskrivning af den ekstreme El Niño-frekvensændring i fremtiden. Mens der er blevet lagt stadig større vægt på at estimere mulige konsekvenser af modellernes skævheder, det er endnu ikke fuldt ud forstået, om og hvor meget modellernes almindelige skævheder vil påvirke fremskrivningen af ​​den ekstreme El Niño-frekvensændring i de kommende årtier. Dette er et presserende spørgsmål, der skal løses.

Ifølge den oprindelige projektion af CMIP5-modeller, den ekstreme El Niño, defineret af Niño3 konvektion, vil stige to gange i fremtiden. Imidlertid, Prof. Luo og hans forskerhold finder ud af, at modeller, der producerer en århundredårig østlig trend i det tropiske Stillehav i det 20. århundrede, ville fremskrive en svag stigning eller endda et fald af den ekstreme El Niño-frekvens i det 21. århundrede. Da den 100-årige østlige trend systematisk er undervurderet i alle CMIP5-modeller sammenlignet med den historiske rekord, et rimeligt spørgsmål er, om denne almindelige skævhed kan føre til en overvurderet frekvens af den ekstreme El Niño-frekvensændring i modellernes oprindelige fremskrivninger (figur 1a).

Baseret på deres resultater, ændringen i frekvensen af ​​ekstrem El Niño, som blev defineret af den totale konvektion i det østlige ækvatoriale Stillehav (dvs. summen af ​​middeltilstanden og anomaliværdien af ​​den vertikale hastighed i Nino3-regionen), bestemmes for det meste af middeltilstandsændringen af ​​Nino3-konvektionen (figur 1b). Ud over, ændringen i middeltilstandskonvektionen i Nino3-regionen er stærkt styret af ændringen i øst-minus-vest havoverfladetemperaturgradienten (SST), der bestemmer den tropiske Pacific Walker-cirkulation (figur 1c). Derfor, ændringen i den ekstreme El Niño-frekvens defineret af den totale konvektion i Nino3-regionen koger ned til ændringen i det tropiske Stillehav øst-minus-vest SST-gradient (dvs. 'El Niño-lignende' eller 'La Niña-lignende' ændring).

Ved at identificere systematiske virkninger af 13 almindelige skævheder i CMIP5-modeller i simulering af det tropiske klima i det sidste århundrede, de finder, at ændringen i den tropiske Stillehav øst-minus-vest SST-gradient i fremtiden var væsentligt overvurderet i den oprindelige projektion. I skarp kontrast til den originale El Niño-lignende SST-opvarmning i fremtiden, som CMIP5-modellerne projekterer, Pacific SST-ændringen, efter at have fjernet de systematiske virkninger af modellernes 13 almindelige skævheder, viser, at den kraftigste SST-opvarmning ville forekomme i det tropiske vestlige Stillehav snarere end i øst (dvs. en La Niña-lignende SST-opvarmningsændring), coupled with stronger trade winds across the Pacific and suppressed convection in the eastern Pacific.

Som nævnt ovenfor, change in the frequency of the so-defined extreme El Niño would be determined by the change in the Pacific mean-states. Derfor, by carefully removing the impacts of the models' common biases on the mean-state changes, Luo and colleagues find that the extreme El Niño frequency would remain almost unchanged in the future.

Sammenfattende, this finding highlights that the impacts of models' common biases could be great enough to reverse the original projection of the change in the tropical Pacific climate mean-states, which would largely affect the projection of the extreme El Niño frequency change in the future. Thus, it sheds a new light on the importance of model bias-correction in order to gain a reliable projection of future climate change. More importantly, this finding suggests that much more efforts should be put to improve climate models and reduce major systematic biases in coming years/decades.