Thời tiết sẽ như thế nào vào tuần tới, mùa tới, hoặc vào cuối thế kỷ? Trong trường hợp không có Trái đất thứ hai để sử dụng trong một thí nghiệm, mô phỏng mô hình thời tiết và khí hậu toàn cầu là công cụ duy nhất chúng ta phải trả lời những câu hỏi này.

Có quyền truy cập vào thông tin này là rất quan trọng đối với cộng đồng, chính phủ và các ngành công nghiệp để đưa ra quyết định sáng suốt - bao gồm các lĩnh vực như du lịch, quản lý tài nguyên thiên nhiên, nông nghiệp và dịch vụ khẩn cấp.

Thời tiết và khí hậu có thể không bao giờ có thể dự đoán được hoàn toàn, nhưng khoa học giờ đã đủ xa để chúng ta tự tin hơn khi biết liệu trời sẽ mưa vào chiều nay và dự đoán khí hậu của Úc có thể trông như thế nào trong nhiều thập kỷ trong tương lai.

Chúng ta cũng sẽ tốt hơn trong việc dự đoán một hoặc hai mùa tiếp theo, để chúng ta có thể sẵn sàng hơn để đối phó với các thái cực trong thời tiết như lốc xoáy, sóng nhiệt và mưa lũ đã ảnh hưởng đến các cộng đồng Úc.

{vimeo} 119920008 {/ vimeo}

Nhìn về phía trước

Các mô hình lưu thông chung (còn được gọi là mô hình khí hậu toàn cầu) được xây dựng bằng cách sử dụng các biểu diễn toán học của hệ Trái đất động. Nguyên tắc cơ bản của họ dựa trên các định luật vật lý bao gồm bảo tồn khối lượng, năng lượng và động lượng. Những mô hình này đại diện, trong ba chiều, các vòng tuần hoàn quy mô lớn của khí quyển và đại dương, chẳng hạn như sự phát triển của các hệ thống áp suất cao và áp thấp và dòng hải lưu quy mô lớn. Các mô hình cũng bao gồm tầng lạnh (tuyết và băng biển) cũng như bề mặt đất liền.

Các mô hình khí hậu giúp chúng ta hiểu được thời tiết và khí hậu hiện tại của chúng ta, đồng thời cho phép chúng ta xem xét các kịch bản tương lai hợp lý về cách khí hậu có thể thay đổi. Họ tạo ra các mô phỏng để cho chúng ta biết điều gì đã xảy ra hoặc điều gì có thể xảy ra trong một loạt các kịch bản khác nhau, chẳng hạn như đối với nồng độ khí nhà kính.

Mặc dù các mô hình được sử dụng cho dự báo thời tiết và các ứng dụng khí hậu có chung các nguyên tắc cơ bản, nhưng chúng có một chút khác biệt.

Các mô hình thời tiết được chạy ở độ phân giải không gian cao hơn, và kết hợp các phép đo vệ tinh và mặt đất mới nhất bằng các phương pháp đồng hóa dữ liệu tiên tiến. Điều này xác định điểm bắt đầu mà từ đó mô hình dự đoán sự tiến hóa của các sự kiện thời tiết trong tuần tới hoặc lâu hơn.

Các mô hình khí hậu không tìm cách dự báo thời tiết chính xác và vào một ngày cụ thể trong nhiều tháng hoặc nhiều năm tới (điều này là không thể), mà là dự đoán các số liệu thống kê về thời tiết (ví dụ khí hậu Hồi giáo), như điều kiện trung bình, qua một mùa hoặc xu hướng trong nhiều thập kỷ.

Trong khi Mô hình lưu thông chung mô phỏng các quá trình của hệ thống Trái đất quy mô lớn, có một số quy trình, như sự hình thành và lượng mưa của đám mây, xảy ra ở quy mô nhỏ và khiến những thay đổi trong hệ thống Trái đất khó dự đoán một cách hoàn hảo.

Bất chấp những thách thức này, việc cải tiến liên tục các mô hình (ví dụ: độ phân giải cao hơn, thể hiện tốt hơn các quy trình vật lý và cải thiện việc sử dụng dữ liệu đặc biệt từ vệ tinh) trong ba thập kỷ qua đã cải thiện khả năng dự đoán thời tiết và dự báo khí hậu.

Hiện tại có hơn các mô hình khí hậu toàn cầu 40 chạy trên khắp thế giới. Các nhóm mô hình này sử dụng một tập hợp phổ biến các kịch bản khí nhà kính và bình xịt, được gọi là Đại Nồng đại diện. Cách tiếp cận phối hợp này cho phép so sánh sẵn sàng các dự đoán trên hàng ngàn mô phỏng mô hình mà dữ liệu có sẵn.

Tương tự, các trung tâm dự báo thời tiết xác minh dự báo thời tiết hàng ngày bằng cách sử dụng các số liệu được xác định quốc tế cho phép so sánh sẵn sàng các dự đoán được thực hiện bởi các trung tâm.

Con đường tập trung đại diện rơi vào ba loại:

• cao: khí thải nhà kính tiếp tục tăng trong thế kỷ 21st mà không giảm, với sự sụt giảm của các sol khí

• trung gian: khí thải nhà kính đạt đỉnh sau đó giảm

• thấp: khí thải nhà kính đạt đỉnh nhanh chóng và sau đó giảm nhanh xuống các giá trị rất thấp (một trường hợp giảm thiểu mạnh).

Cho dù chúng ta sử dụng mô hình hoặc kịch bản khí nhà kính nào, tín hiệu nóng lên đáng kể và mạnh mẽ là rõ ràng trong các dự báo của khí hậu trong tương lai, lớn hơn cho các kịch bản phát thải cao. Các mô hình cũng dự báo sự khác biệt về thời gian và cường độ nóng lên và một loạt các thay đổi về lượng mưa và các yếu tố khác.

Vì vậy, thay vì một tương lai khí hậu duy nhất, chúng ta cần xem xét một loạt các tương lai có thể.

Những mô hình nào là tốt nhất?

Tất cả các mô hình khí hậu đều trải qua đánh giá nghiêm ngặt để xác định mức độ mà chúng có thể đại diện cho thời tiết hàng ngày, và khí hậu trong quá khứ và hiện tại.

Có nhiều thử nghiệm được thực hiện để đánh giá hiệu suất của mô hình khí hậu. Ví dụ, các nhà khoa học có thể đánh giá mô hình mô phỏng khí hậu lịch sử tốt như thế nào (như lượng mưa trung bình của Úc trong những năm 20 vừa qua) hoặc khả năng của mô hình để thể hiện hoặc dự đoán các đặc điểm cụ thể như khởi phát gió mùa, El Niño hoặc các đường đi của lốc xoáy nhiệt đới .

Các nhà nghiên cứu điều tra các tác động của biến đổi khí hậu trong tương lai có thể quyết định chọn một tập hợp con của các mô hình dựa trên hiệu suất. Tuy nhiên, việc chọn mô hình tốt nhất của nhóm hay tập hợp con của các mô hình phụ thuộc vào mức độ hiệu suất mà bạn sử dụng.

Ví dụ, đánh giá gần đây về các mô hình khí hậu đối với các điều kiện của Úc cho thấy rằng không có tập hợp con cố định nào của các mô hình khí hậu có thể đại diện cho tất cả các khía cạnh quan trọng của khí hậu tốt hơn là sử dụng toàn bộ các mô hình có sẵn.

Các dự báo khí hậu thường đi kèm với thước đo độ tin cậy, dựa trên sự hiểu biết về thể chất, sự mạnh mẽ của các dự báo mô hình và tính nhất quán của các dự báo với các xu hướng quan sát hoặc các thay đổi trong quá khứ. Hiệu suất của các mô hình khí hậu liên quan đến khí hậu trong quá khứ là một yếu tố quan trọng trong việc thiết lập mức độ tự tin của chúng tôi đối với những thay đổi dự kiến ​​trong tương lai. Xếp hạng độ tin cậy được cung cấp cho các dự đoán mới nhất của Úc là một tính năng mới và hữu ích để đánh giá phạm vi thay đổi dự kiến ​​trong khí hậu tương lai của Úc.

Mô hình khí hậu hàng đầu thế giới của Úc

TSê-ri ime cho nhiệt độ trung bình của Úc đối với 1910 đấu 2090 như được mô phỏng trong các mô hình CMIP5, liên quan đến ý nghĩa 1950 của 2005. Các quan sát của Cục Khí tượng được thể hiện bằng màu nâu dày và một loạt từ một mô hình điển hình (ACCESS1-0) được hiển thị trong tương lai với màu tím nhạt. Màu này thể hiện sự lan rộng giữa tất cả các mô hình cho giai đoạn lịch sử (màu xám) và giai đoạn tương lai (phát thải cao màu tím; xanh lam - trung gian; vàng - phát thải thấp). Để biết thêm chi tiết về các dự đoán, xem Chương 7 của Báo cáo công nghệ NRM: (http://www.climatechangeinaustralia.gov.au/en/publications-l Library / technical-report /) Biến đổi khí hậu ở Úc

Mô hình khí hậu của Úc, Bộ mô phỏng hệ thống khí hậu và Trái đất của Cộng đồng Úc, hay ACCESS, luôn được các nhóm trong nước và quốc tế thể hiện là một trong những mô hình hoạt động hàng đầu trong một loạt các đặc điểm khí hậu quan trọng đối với Úc.

ACCESS được phát triển bởi Cục Khí tượng và CSIRO thông qua quan hệ đối tác nghiên cứu của họ, Trung tâm nghiên cứu khí hậu và khí hậu Úc. Nó được phát triển với sự cộng tác của các trường đại học Úc và Văn phòng Met của Vương quốc Anh với sự hỗ trợ của Bộ Môi trường. ACCESS được thiết kế đặc biệt để sử dụng cho cả dự báo thời tiết và mô phỏng khí hậu.

Trong chế độ thời tiết của Nhật Bản, ACC ACCESS được Cục Khí tượng học sử dụng để cung cấp dự báo thời tiết của Úc. Nhờ ACCESS, dự báo bốn ngày của Cục bây giờ chính xác như dự báo ba ngày chỉ là mười năm trước. So sánh với các dự báo từ các trung tâm hoạt động ở nước ngoài cho thấy ACCESS là một trong những mô hình hoạt động hàng đầu trên thế giới.

Phiên bản ACCESS của Cameron đã được sử dụng để tạo ra các dự báo khí hậu do Úc đệ trình cho các thí nghiệm biến đổi khí hậu quốc tế phối hợp gần đây và để hỗ trợ Báo cáo Đánh giá 5th gần đây của Hội đồng Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC).

ACCESS sẽ tiếp tục được phát triển và cải tiến, bao gồm và mô hình hóa các hệ thống thành phần của Trái đất với độ chi tiết và chính xác cao hơn.

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation
Đọc ban đầu bài viết.

Giới thiệu về tác giả

Tiến sĩ Kamal Puri là Trưởng chương trình nghiên cứu của Chương trình mô hình hóa hệ thống trái đất tại Cục nghiên cứu và phát triển khí tượng. Tiến sĩ Puri có bằng tiến sĩ Vật lý được trao tặng bởi Đại học Manchester (Anh). Là người lãnh đạo chương trình, ông có trách nhiệm phát triển Bộ mô phỏng hệ thống khí hậu và hệ thống trái đất của cộng đồng Úc (ACCESS), một mô hình hệ thống trái đất được kết hợp hoàn toàn được phát triển với sự hợp tác của CSIRO và hỗ trợ từ các trường đại học Úc.

Aurel Moise là Nhà khoa học nghiên cứu cấp cao làm việc tại Chi nhánh R&D tại Cục Khí tượng trong 11 năm qua. Mối quan tâm nghiên cứu của tôi bao gồm các chủ đề khác nhau được ghi lại dưới biểu ngữ về sự biến đổi và thay đổi khí hậu