Regional model - Experiment regionálneho modelu

Prehľad

Tento experiment počíta simulácie verzií "narušenej" fyziky modelu regionálnej klímy, bežiaceho v globálnom klimatickom modeli.

Stav

• Tento experiment po alfa štádiu skúšok prešiel do čiastkovej skupiny aplikácií weatherathome, spolu s európskym regionálnym modelom.

Motivácia

Dynamické modely globálneho klimatického systému, ako napr. model používaný v hlavnom climateprediction.net experimente, rozdeľujú atmosféru a oceán do blokov a simulujú prenos energie, hmotnosti, vlhkosti, a iných vlastností medzi týmito blokmi. Zem je veľmi veľká, preto tieto modely potrebujú použiť veľký počet blokov. Bloky používané v atmosférickom komponente modelu hlavného climateprediction.net experimentu majú asi 300 km naprieč (presnejšie 3,75° zemepisnej dĺžky na 2,5° zemepisnej šírky) s 19 blokmi skladanými jeden na druhom, pokiaľ bloky s najvyšším rozlíšením klimatického modelu práve počítaného na superpočítači majú 100 km naprieč. Spraviť ich menšie je ťažké - rozpolenie ich veľkosti v každom rozmere znamená spomalenie modelu faktorom 16 (pretože časový krok tiež musí byť kratší pre menšie bloky). Ale toto je oveľa väčšie, než rozlíšenie potrebné k vypočítaniu minulej alebo budúcej klímy vo vašej lokalite. Tiež majme na pamäti, že užitočná informácia z týchto modelov je produkovaná často len vo väčších mierkach (t.j. keď skončia rozsiahle hľadania). Existuje nejaké vhodné riešenie?

Snáď áno. Jedna myšlienka je výpočet klimatického modelu s omnoho vyšším rozlíšením nad menšou oblasťou než zemeguľa, pokrývajúcou niekoľko miliónov štvorcových kilometrov. V každom časovom kroku tento "regionálny klimatický model" preberá počasie v jeho obrysoch (vrátane zemského povrchu) zo svojho "materského" globálneho modelu. Regionálny model potom simuluje všetko počasie, pokračujúc vnútri tejto domény, použitím svojho omnoho vyššieho rozlíšenia.

Toto znie ako pôvabná myšlienka, ale existuje stále mnoho vecí, ktoré nevieme okolo regionálneho modelovania. Tento experiment predkladá otázku dôležitosti neistoty parametrov v regionálnom modeli pre simulovanie regionálnej klímy. V podstate je to hlavný climateprediction.net experiment, ale používajúci regionálny klimatický model.

Metóda

Tento experiment bude bežať ako globálny, tak aj regionálny model zároveň. Globálny model bude HadCM3L, identický k tomu, ktorý beží v hlavnom climateprediction.net experimente. Tak ako v hlavnom experimente, hodnoty neistoty parametrov v modeli sa budú líšiť v priebehu simulovania. Regionálny model bude HadRM3, používaný programom PRECIS od UK Met Office. Hodnoty neistoty parametrov v regionálnom modele budú tiež modifikované v priebehu simulácií.

Tento experiment bude zameraný na dve oblasti. Jeden súbor simulácií bude mať regionálny model umiestnený ponad západ Severnej Ameriky, kým druhá séria bude mať regionálny model umiestnený ponad južnú Afriku.

Severoamerický západný región

Po prvýkrát uskutoční climateprediction.net modelovanie regionálnej klímy pre západ Severnej Ameriky. Regionálne modelovanie poskytuje lepšie priestorové podrobnosti, čo je kriticky dôležité v hornatých oblastiach. Produkovaním tisícok termínov simulačného modelu, tento regionálny experiment po prvýkrát poskytne podrobné pravdepodobnostné odpovede na kľúčové otázky o aspektoch klimatickej zmeny veľkej spoločenskej relevancie, ktorá presahuje zmeny v jednoročnej strednej teplote a zrážkach, mrazových dňoch, meraniach vĺn tepla, počte po sebe idúcich suchých dní, extrémnych denných zrážkach, rýchlosti vetra, extrémnych veterných udalostiach, prívaloch snehu, pobrežných príbojoch, atď. Zmeny v týchto veličinách by mohli ovplyvňovať agrokultúru, spotrebu elektrickej energie, ľudské zdravie, pobrežné ekosystémy, riziko záplav, dodávky vody, a omnoho viac aspektov ekonomických a environmentálnych hodnôt.

Oblasť pokrytá regionálnym modelom pre experiment severoamerického západu je zobrazená na nasledujúcom obrázku (topografia je zobrazená v metroch):

Rozlíšenie je asi 24 km. Všimnite si viditeľnosť jednotlivých pohorí. V štandardných globálnych klimatických modeloch tieto pohoria splývajú do jedného farebného bodu. Teda, vyššie rozlíšenie regionálneho modelu by malo viesť k presnejšiemu vyjadreniu,  ako hory ovplyvňujú počasie.

Juhoafrický región

Oblasť pokrytá regionálnym modelom pre juhoafrický experiment je zobrazená na tomto obrázku: 

Pretože táto oblasť je väčšia než západný severoamerický región, rozlíšenie tu bude nižšie, okolo 49 km. Južná Afrika obsahuje niekoľko hornatých oblastí. Ale  v tropických oblastiach  skôr prevládajú malé búrky nad rozsiahlymi synoptickými systémami, typickými pre stredné zemepisné šírky. Preto sa predpokladá, že zvýšené rozlíšenie regionálneho modelu bude dôležité aj tu.

Tento experiment prináša dva kľúčové problémy pre vedu klimatických zmien v južnej Afrike:

• obmedzená schopnosť podniknúť robustný prieskum rozsahu možnej budúcnosti klímy v regionálnej mierke
• nedostatočné pochopenie komplexnej interakcie kľúčových fyzikálnych procesov, regulujúcich reakciu regionálnej klímy na antropogénne vnucovanie

Výskumníci

Richard Jones, Simon Wilson (UK Met Office)

Myles Allen, Tolu Aina, Milo Thurston, Hiro Yamazaki (University of Oxford)

Philip Mote, Eric Salathé, Valérie Dulie're (University of Washington)

Bruce Hewitson, Dáithí Stone, Chris Jack (University of Cape Town)

Tento experiment je financovaný z Microsoft Research.

Zdroj: stránka CPDN projektu