Hvorfor har vi brug for skarpere vejr- og klimamodeller?

Vi ved, at CO ₂ opvarmer planeten. Men hvis vi vil forstå dets konsekvenser og afværge risici, mere nøjagtige vejr- og klimamodeller er afgørende, siger Nicolas Gruber.

Modeller er afgørende for vejr- og klimavidenskaberne. Uden de nuværende modeller, pålidelige vejrudsigter efter i morgen ville være næsten umulige, og vi ville kun have en vag idé om, hvad den globale opvarmning har i vente for os.

I det nyligt påbegyndte EXCLAIM-forskningsprojekt1, vi ønsker at bygge videre på denne præstation og udvikle den næste generation af vejr- og klimamodeller. De nye modeller vil give en meget højere opløsning af nøgleprocesserne i atmosfæren og havene. Arbejder i Center for Climate Systems Modeling (C2SM), forskerholdet vil skabe modellen og datainfrastrukturen, der vil give os mulighed for at simulere storme, tordenvejr, og skyer på globalt plan. Dette vil føre til mere pålidelige vejrudsigter og mere præcise klimafremskrivninger.

Satser vi på den rigtige hest?

Selvfølgelig, dette rejser også spørgsmål. Ved vi ikke allerede nok om klimaændringer? Hvad er meningen med at gøre vejrudsigten en lille smule bedre? Er det den enorme indsats værd?

Ja, vi ved allerede med høj sikkerhed, at mennesker er ansvarlige for det meste af den opvarmning, vi observerer. Vi forstår forholdet mellem CO ₂ emissioner og temperatur relativt nøjagtigt, og vi har erkendt, at vi skal reducere CO ₂ emissioner til netto nul inden for de næste par årtier for at opfylde Paris-klimamålene. Vores forståelse af disse spørgsmål er allerede tilstrækkelig til at udlede klare politiske anbefalinger.

Imidlertid, der er mange andre aspekter af klimaændringer, som vi ikke kender godt. For eksempel, vi har en dårlig forståelse af, hvordan vejr- og stormsystemer vil udvikle sig i fremtiden, om tropiske cykloner vil blive hyppigere, og hvordan skyer og nedbør vil ændre sig. Disse begrænsninger har meget at gøre med, at nutidens klimamodeller, for at sige det ligeud, er simpelthen for uklare i mange henseender; de løser bare ikke disse fænomener og processer tilstrækkeligt.

Belysning af grundlæggende processer

Klimamodeller placerer et gitter over Jorden eller havet og beregner atmosfærens tilstand for hver celle; dette hjælper os til bedre at forstå og forudsige vejr og klima. Jo mindre gittercellen er, jo højere opløsning. Nuværende globale klimamodeller har typisk gitterceller med en bredde på omkring 100 km.2

Som resultat, disse modeller løser ikke nøgleprocesser i atmosfæren eller havet, især processer, der finder sted i en skala på blot et par kilometer, såsom skyer og storme. Dette tvinger os til indirekte at vurdere indflydelsen af ​​disse processer, ved hjælp af parametreringer. Dette fører til usikkerhed i forudsigelser, da skyer og storme ikke kun bestemmer vores daglige vejr, men også er afgørende for klimaet.

Hvis vi vil kvantificere mere præcist, hvor meget nedbør der vil falde en dag, og hvordan skyer vil påvirke klimaændringer, så er vi nødt til at simulere dynamikken i disse processer i henhold til fysikkens love, i stedet for at parametrere dem. Vi forventer, at vi kan bryde igennem denne parameteriseringsvæg med de højopløselige modeller, vi vil udvikle i EXCLAIM-projektet.

Skærp udsigten

På grund af deres højere opløsning, sådanne modeller vil skærpe vores syn på fremtiden. Dette vil hjælpe os på to måder:For det første, vi vil være i stand til at bestemme mere præcist de meteorologiske gennemsnit for fremtiden. Dette vil forbedre vores klimaprognoser. Og for det andet, vi vil få mere pålidelig information om den fremtidige variation omkring dette middel, dvs. vi vil forbedre fremtidens vejr. Som stormene og oversvømmelserne i midten af ​​juli har mindet os om, det er det skiftende vejr, og især dens yderpunkter, det vil udfordre os mest, da klimaet bliver ved med at varme op.

På denne måde mere pålidelige vejrudsigter og mere præcise klimasimuleringer vil bidrage til at reducere risici for samfundet og dets infrastruktur. Jo bedre vi forstår klimapåvirkningerne, jo bedre kan vi tilpasse os dem. Der er næppe tvivl om, at udover reduktionen i emissioner, vi bliver nødt til at tilpasse os et skiftende klima. Selvom vi når 2-gradersmålet, lande som Schweiz vil fortsætte med at opvarme betydeligt:​​ved udgangen af ​​århundredet, det bliver sandsynligvis mere end 3 grader celsius varmere her end i førindustriel tid.

Kæmpe fordel for samfundet

Vores projekt fungerer ikke i et vakuum:vi udvikler vores modeller, og især deres konkrete anvendelser, i tæt samarbejde med vores projektpartnere. Et eksempel er de schweiziske klimascenarier, som ETH Zürich og MeteoSwiss regelmæssigt opretter i regi af C2SM.3 EXCLAIM vil udvikle en højopløsningsmodelkonfiguration for alperegionen for at simulere ekstreme begivenheder såsom kraftig nedbør, tørke og hedebølger med større sikkerhed i fremtiden. Det betyder, at disse scenarier kan sikre, at ressourcer til tilpasningstiltag udnyttes optimalt.

Selvfølgelig, selv vores nye modeller vil nå deres grænser. Men ved bedre at løse mange grundlæggende processer, vi kan validere disse modeller bedre med observationer og dermed forfine dem i en kontinuerlig proces. Dette vil gavne ikke kun forskning, men også samfundet. Derfor er jeg overbevist om, at vores indsats er umagen værd.