İklim değişikliği, dünya iklim sistemini simüle eden uzak bir bilimsel endişeden geçti; bu tür iklim emisyonlarının, arazilerin nasıl değiştiğini anlamak için kritik ve gelecekteki iklim modellerini ortaya çıkarmak için bilim insanları iklim modellerine güveniyor – iklim modellerini, işletmeleri ve topluluklarının adaptasyon ve masyonlarını sağlamak için bilgilendirilmeye devam ediyor.

İklim Modelleri Nedir?

Temellerinde, iklim modelleri Dünya'nın iklim sistemini matematiksel temsil ediyor. Fiziksel yasaları tercüme ediyorlar - enerji, momentum ve kütle korumaları gibi - atmosfer, okyanuslar, toprak yüzeyinin davranışını tanımlayan denklemler ve buzlar arasındaki hızlar. Bu denklemler, dünyanın her türlü farklı faktörü – her yıl boyunca yükselen CO2 konsantrasyonu veya suyu temsil eden üç boyutlu bir miktar - iklimin nasıl ilerlediğini test edebilecek bir sanal laboratuvardır.

İklim modelleri zaman ölçeği tarafından hava modellerinden ayırt edilir. Hava modelleri önümüzdeki haftalarda koşulları tahmin ederken, iklim modelleri yıllarca binlerce yıl boyunca çalışır, uzun vadeli eğilimleri ve ortalamaları yakalamaya çalışır.(Dönetici girişlerine güvenirler, örneğin sera gazı emisyonlarını, nüfus büyüme ve teknolojik değişimleri tanımlar).

İklim Modelleri

İklim modelleri karmaşık ve amaçta değişir. Üç ana kategori Enerji Denge Modelleri (EBM), Genel Öngüler Modeller (GCMs), ve Bölgesel İklim Modelleri (RCMs) Yeni bir sınıf, Dünya Sistemi Modelleri (ESMs), biyogeokimyasal çevrimleri bütünleştirir, onları daha kapsamlı hale getirir.

Enerji Denge Modelleri (EBMs)

EBMs en basit form, gelen güneş radyasyonu ve giden termal radyasyon arasındaki dengeye odaklanırlar. Dünya'yı tek bir nokta olarak veya bir dizi latitednal bandları olarak görürler, ayrıntılı uzaysal süreçleri görmezden gelirken, EBM'ler temel iklim duyarlılığını keşfetmenin yararlı olur - CO2'de ne kadar ısınma sonuçları.

Genel Öngüleme Modelleri (GCMs)

GCMs, aynı zamanda Global İklim Modelleri olarak da adlandırılır, fırtına parçaları ve El Niño olayları gibi özellikleri ile çalışır, parametrelemeleri içerir - jet akışları, okyanus akımları ve manastırlar gibi büyük ölçekli dolaşım kalıpları doğrudan çözmek için. Modern GCMs, 25-100 km, Fırtına parçaları ve El Niño olayları gibi çalışır.[CMS) Dünya çapındaki bir araştırma merkezlerinin altında onlarca yıllık araştırmalarda, bulut oluşturma, türbülanslar gibi.

Bölgesel İklim Modelleri (RCMs)

RCMs "düşük" küresel simülasyonlar iyi kararlara -tipik olarak 1-25 km - bir kıta veya dağ aralığı gibi sınırlı bir alan tarafından. Bu yüksek çözünürlük yerel topografi, kıyı şeridi ve arazi kullanımı modelleri, örneğin, bir RCM'nin, Himalayaların nasıl yağışlarını nasıl değiştirdiğini veya kentsel ısı adalarının ısı dalgalarını nasıl artırdığını sorgulayabilir.

Dünya Sistemi Modelleri (ESMs)

ESMs, CO2'nin bitki büyümesini (örneğin CO2 fertilizasyon etkisi) ve thawing permafrost sürümlerini nasıl etkilediği gibi geri bildirimleri ve okyanus ekolojisini de genişletiyor.

İklim Modelleri Nasıl Çalışıyor

İklim modelleri, sıvı dinamikleri, termodinamikleri ve radiative transferleri tanımlayan bir dizi çift diferansiyel denklemleri çözerek çalışır.Her bir grid hücresinde, model sıcaklık, basınç, nem, rüzgar hızı ve okyanus salinity gibi değişkenler hesaplar. - her seferinde birkaç saat boyunca atmosfer ve okyanus için.

İlkleşme ve Spin-Up

Modeller gözlemlenen verilerle başlangıçlanmalıdır - sıcaklık alanları, buz örtüsü, atmosferik kompozisyon - mevcut iklimi temsil eder. Çünkü gözlemler eksik, modeller, on yıllardır sürekli olarak tükenen bir “spin-up” dönemi geçerler. Spin-up, iç yetimsizliğin (ya da okyanus akımları gibi) simülasyonlar başlamadan önce gözlemlenen devletle aynılaşmasını sağlar.

Senaryo Forcing

Bir kez daha, model dışsal zorlamalar tarafından yönlendirilir: sera gazı konsantrasyonu, aerosoller, güneş ışınlaması, volkanik patlamalar ve arazi kullanımı değişiklikleri.Gelecek projeksiyonlar için, bu zorlar reçete edilen senaryolar[Dönemli:0RC]P[Döneticileri ile birleştirir.

Ensemble Simülasyonları

İç iklim değişkenliği için dikkate almak - El Niño gibi doğal dalgalanmalar - bilim adamları “ensembles” çalıştırıyor: 30 üyeli bir topluluk doğal değişkenliğin yayılmasını yakalayabilir, araştırmacıların en çok rastlanan yörüngede olduğu anlamına gelir, bu da belirsizliği ölçebilir.

İklim Modelleri

İklim sisteminin her bileşeni, arazi-küresel arayüzlerdeki başkalarıyla paylaşılan alt model tarafından temsil edilmektedir.

Atmospheric components

Bu, hava, radiative transfer (solar ve kızılötesi), bulut fiziği, yağış ve kimya. Bulutlar en büyük belirsizlik kaynaklarından biri olarak kalır çünkü hem serin (Güneşi yansıtmak) hem de ısıtarak (sıcak ısı) Dünya Parametreleri sürekli olarak uydu gözlemlerini ve alan kampanyalarını kullanmaktadır.

Oceanic Elements

Okyanus modelleri mevcutları, sıcaklıkları, selamı ve deniz buzunu taklit eder. Okyanus, küresel ısınmadan aşırı ısının% 90'ını absorbe eder, bu yüzden doğru okyanus temsili, deniz seviyesinin yükselmesi ve ısınması için önemlidir. Atlantik Meridional Overturning Circulation (AMOC) gibi özellikler bölgesel iklim üzerinde derin bir etkiye sahiptir; modeller AMOC'nin ısınma altında nasıl zayıflayacağını değerlendirmeye yardımcı olur.

Yüzey Bileşenleri

Arazi modelleri bitki örtüsü, toprak nemi, kar örtüsü ve yüzey hidrolojiyi yakalarlar.Evreyi yeniden kurmak, bitkileri değiştirmek ve karbonu azaltmak gibi süreçleri taklit ederler.

Ağarkanlar

Buz çarşafları (Greenland, Antarktika), buzulları ve deniz buzları buz akışı için hesap veren dinamik denklemlerle modellenir, eritir ve calving. Buz tabakası modelleri özellikle uzun vadeli deniz seviyesindeki projeksiyonlar için önemlidir, ancak karmaşık zemin-line dinamikler ve subglacial hidroloji nedeniyle zor kalırlar.

Biogeokimyasal Bileşenler

ESMs, karbon, azot ve diğer elementlerin döngülerini içerir. Fotoğrafları analiz eder, yeniden gelir, ayrışma ve okyanus karbon kimyası. Bu bileşenler geri bildirim çalışmaları sağlar: örneğin, ısınmanın toprak dekompozisyonu nasıl hızlanır, daha fazla CO2 salıverir, bu da "karbon-klimate geri bildirim" olarak adlandırılır.

İklim Modellerinin Önemi

İklim modelleri, küresel ısınmanın yörüngesini anlamak ve kanıt tabanlı politikayı formüle etmek için vazgeçilmezdir.TheurFLT:0) İklim Değişikliği Üzerine Hükümet Paneli (IPCC)), değerlendirme raporlarını üretmek için CMIP'den gelen çok sayıda modele dayanıyor. Bu raporlar, Paris Anlaşması gibi uluslararası anlaşmalar için bilimsel temel oluşturur.

Modeller ayrıca aşırı olayların “attribution”larını tanımlamaya yardımcı olur. Olay ataması adı verilen bir teknik kullanarak, bilim insanları simülasyonları ile ve insan kaynaklı sera gazı emisyonlarının ne kadar iklim değişikliğinin bir ısı dalgasının, sel veya kuraklık olasılığının ne kadar arttığını belirlemek için karşılaştırır. Bu bilgi yasal durumlar için önemlidir, sigorta riski değerlendirmesi ve altyapı planlamaları.

İklim Modelleri

İklim modellerinin çıktıları, küresel, ulusal ve yerel ölçeklerde yapılan geniş bir uygulama yelpazesine kadar uzanır.

Politika Geliştirme ve Uluslararası Anlaşmalar

Model tahminleri, emisyon hedefleri altında değerlendirilir.TheurFLT:0)Ulusal olarak Belirlenmiş Katkılar (NDC)), bu hedefe ulaşmak için kullanılan modeller, enerji, toprak, şehir ve endüstriyel sistemlerde sınırlı olarak uygun olup olmadığını görmek için kullanılır.

Afet Hazırlığı ve Risk Yönetimi

Bölgesel alt modeller aşırı yağış, ısı dalgaları ve fırtına dalgalanmaları yüksek çözünürlüklü projeksiyonlar sağlar. Bu veriler şehirler drenaj sistemleri inşa eder, deniz duvarları inşa eder ve erken uyarı sistemleri geliştirir. Örneğin, [[ŞUFONTD:0City of New York), Sandys'in dayanıklılık planlamasını kılavuzluk için iklim model projeksiyonlarını kullanır.

Kaynak Yönetimi

Tarım, su ve enerji sektörleri tüm iklim model çıktılarına bağlıdır. Çiftçiler rüzgar ve güneş kaynaklarının kullanılabilirliğini, şebeke yatırımlarını planlamak için mevsimsel olarak kullanırlar.Su kaynakları yöneticileri kar paketinin projeksiyonlarını kullanır ve tüm rezervuar sürümlerini çalıştırır. Enerji sağlayıcıları modeli ısıtma ve soğutma için talep eder, ayrıca rüzgar ve güneş kaynaklarının kullanılabilirliğini de sağlar.

Halk Sağlığı

İklim modelleri, su bazlı hastalıkların sıtma ve dezenfekte olduğunu tahmin etmeye yardımcı olur, bu da sıcaklık ve yağışlara duyarlıdır. Ayrıca ısı-sağlık eylem planlarını ısı dalgalarının frekansı ve yoğunluğu ile projeleyerek bilgilendirir.TheurFLT:0) Dünya Sağlık Örgütü)

İklim Modelinginde Zorluklar

Sofistikasyonlarına rağmen, iklim modelleri doğruluklarını ve faydalılığını sınırlayan temel zorluklarla karşı karşıyadır.

Inherent Uncertainty ve Kaos

İklim sistemi kaotik: ilk koşullarda küçük farklılıklar, özellikle bölgesel ölçeklerde farklı sonuçlar doğurabilir. Bu, uzun vadeli projeksiyonların deterministikten ziyade doğal olarak olasılıksaldır. Modeller gelecekteki insan davranışları hakkında “derin belirsizliği” ile mücadele eder – ekonomik büyüme, teknoloji dağıtım, politika seçimleri – senaryolar yoluyla öngörülebilir.

Parametreleme ve Karar Limitleri

Birçok işlem model ızgaradan daha küçük ölçeklerde meydana gelir, parametrelemelerin kullanımını zorlar. Cloud formasyon, türk karıştırılmış karıştırın ve konveksiyon özellikle bu alt-grid sistemlerindeki hataların parametreleştirilmesine yardımcı olur. Simülasyonlar ile başa çıkmak için daha fazla karar kalır.

Data Limitations

Modeller, ilkleme, doğrulama ve gelişme için yüksek kaliteli gözlemler gerektirir. Ancak birçok bölge - özellikle okyanuslar, kutup bölgeleri ve gelişmekte olan ülkeler - sprse verileri. Uydu görevleri AMT:0)NASA'nın Dünya Observing System ve DAHAD:2).

Model yaymak ve Yapısal Hatalar

Farklı modeller genellikle aynı senaryo altında bile farklı projeksiyonlar üretir. Bu "model yay" yapısal belirsizliği yansıtıyor - parametrelemeleri, sayısal sistemler ve eksik süreçler. Örneğin, CMIP6 modellerinde denge iklim duyarlılığı (ECS) yaklaşık 1.8°C'den 55°C'ye kadar. Bu yayılma, iklim biliminde en önemli önceliktir.

İklim Modelleri içinde Uncertainty'ye hitap etmek

Bilim adamları, belirsizlikleri azaltmak ve ölçmek için birden fazla strateji kullanırlar.

Ensemble Modeling ve Multi-Model ortalamaları

Birçok modelle ve çıkışlarını sık sık sık tek bir modelden daha iyi eşleşme gözlemlerini elde eden projeksiyonlar elde eder.Ensemble'nin yayılması bir güven ölçür.TheurFLT:0)CMIP6 çok model anlamına gelir).

Data Assimilation

Data assimilasyon, Avrupa Orta-Range Hava Tahminleri Merkezi'nden (ECMWF) oluşan model simülasyonları birleştirir ve sistematik önyargıları tanımlamak için kullanılır.

Fiziksel Yeniden temsil etmeyi geliştirmek

Devam eden araştırmalar, özellikle bulutlar için, aerosoller ve türbülanslar için daha iyi parametrelemelere odaklanmaktadır.A'nın ARM (A atmosferik Radyasyon Ölçümü)) programı, bu şemaları test etmek ve geliştirmek için yüksek çözünürlüklü veriler sunuyor.

Stochastic Fizik

Deterministic parametreizasyon yerine, bazı modeller şimdi çözülmemiş süreçleri temsil etmek için rastgele perturbasyonlar içerir. Bu "stochastic fizik" içsel yetimlerin gerçekliğini geliştirir ve tahmin belirsizliğini ölçmeye yardımcı olur.

Gelecek Yol İklim Modelinginde

İklim modellemesi hızla gelişiyor, hesaplama ilerlemeleri ve yeni bilimsel anlayışlar tarafından yönlendiriliyor. Sonraki on yıl vaat dönüştürücü değişiklikler.

Exascale Computing ve Higher Decision

Exascale süper bilgisayarları (İkinci başına 1018 operasyondan habersiz) ilk kez kilometre ölçekli bir karara sahip olacak. Bu modeller fırtınaları, okyanus edleri ve kıyı dinamiklerini açıkça çözecektir, parametrelemeleri için gerekli olan ihtiyacı azaltır.

Yapay Zeka ve Makine Öğrenme

AI, iklim modellemesini birkaç şekilde devrime sokuyor. Makine öğrenimi pahalı model bileşenlerinin emülasyonunu hızlandırabilir, parametre optimizasyonunu hızlandırabilir ve büyük veri setlerinde desenleri tanımlayın. Derin öğrenme modelleri deniz yüzeyi sıcaklık haritalarından ENSO olayları tahmin etmek için kullanılıyor. Ancak, dikkatli olun: AI modelleri fiziksel olarak tutarlı ve genel olarak iklimlere göre kalmalıdır.

Dünya'nın Dijital İkiz

Bir "Dijital ikiz", Dünya sisteminin yüksek bir takdiridir, kullanıcıların politika müdahaleleri için "nerebildikleri" keşfetmelerini sağlamak.

Büyük Ensemble ve İlk-Condition Ensembles

İç değişkenliği ve nadir aşırılıkları daha iyi anlamak için, bilim adamları gözlemlenen eğilimlerdeki doğal değişkenlik rolünü belgeliyor.TheurFLT:0)Community Earth System Model Large Ensemble (CESM-LE)[FLT][FLT]

Biogeokimya ve Ağosphere ile Gelişen Etkileşimler

Future modelleri, karbon döngüsünü, buz tabakalarını ve deniz ekosistemlerini daha tamamen çiftleştirecektir. Çift buzlu buz-plan-climate modelleri 2100'in ötesinde deniz seviyesindeki artış için gereklidir. Benzer şekilde, permafrost karbon dinamiklerini içeren modeller uzun vadeli sera gazı projeksiyonlarını geliştirecektir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

İklim modelleri, dünya çapındaki basit enerji dengesi denklemlerinden gelişmiş, çok sorumlu Dünya sistemi simülatöründen evrim geçirdiler. İklim değişikliğinin yörüngesini anlamak, aşırı olayları yönlendirmek ve rehberlik etmek ve dünya çapındaki çabaları azaltmak için teşvik etmek, ancak mükemmel olmayan cihazlar, iş liderleri ve vatandaşlar tarafından kısıtlanıyorlar, insan seçimlerinin temelleri açıklanmaktadır: iklim modelleri, makine öğrenimi, ve yüksek çözünürlüklü gözlemler, küresel ölçekteki daha fazla eylemcileri azaltmaya ve daha fazla eylemde bulunmaya teşvik eder.