气候模型的主要手段之一是科学家了解气候改变了过去和将来可能会改变。这些模型模拟的物理、化学和生物学的大气、土地和海洋详细,需要一些世界上最大的超级计算机生成的气候预测。
气候模型不断更新,随着世界各地的不同造型组将更高空间分辨率新的物理过程和生物地球化学周期。这些造型组协调他们更新的时间表政府间气候变化专门委员会政府间气候变化委员会(IPCC)的评估报告,释放一系列的模型结果——被称为“运行”的每一个到来。
这些协调的努力的一部分耦合模型相互比对项目(生产商)。2013年联合国政府间气候变化专门委员会第五次评估报告(AR5)特色从CMIP5气候模型,在即将到来的2021年联合国政府间气候变化专门委员会第六次评估报告(AR6)将新的先进的CMIP6模型。
CMIP6将由“运行”的产生大约100个不同的气候模型49个不同造型组。工作已经一年的进度落后了,而且看起来越来越不可能,所有CMIP6模型可以在AR6包容。
足够的数据现在可用于碳短暂产生自CMIP5评估事情是如何发生改变的必威手机官网。这些模型运行的新的和更新的排放途径探索更大范围的比包含在CMIP5未来可能的结果。
而只有大约40 CMIP6模型的结果已经出版,到目前为止,它已经明显,许多都有明显更高气候敏感性在CMIP5比模型。更高的灵敏度有助于预测更大的变暖这个世纪-约0.4 c比类似的场景在CMIP5运行——虽然这些暖和气候变暖的预测可能会改变模型可用。研究人员仍在努力评估为什么灵敏度值出现在最新一代的模型。
讲解员,碳的简要概述未来排放场景CMI必威手机官网P6中被使用。这包括气候敏感性的考试,过去和未来气候变暖CMIP6模型发布到目前为止,看看他们在CMIP5与前一代的模型。最后,本文将总结了不同的实验,气候模型在CMIP6事业。
2020年11月3日更新:与许多其他CMIP6现在可以从ScenarioMIP项目运行,这篇文章已经更新,以反映结果。本文的原始版本只包括14 CMIP6模型运行;现在更新包括42历史运行和35运行在一些未来的排放情况。所有的数据在“CMIP6历史模拟”和“CMIP6未来气候变暖”部分已经更新,以反映最新的结果。可以在这最初的图表存档的版本的文章。
2020年6月17日更新:这篇文章已经过更新,以包括更多的模型灵敏度估计,以及一个新的部分的最新研究高灵敏度模型的可靠性。
未来的排放情况
在CMIP5 CMIP6代表一个实质性的扩张,造型团体参与的数量而言,未来情景的数量检查和许多不同的实验。
的目标的生产商是生成的一组标准模拟每个模型将运行。这允许直接比较不同模型结果,同意和不同意对未来看到模型的变化。的一个主要组由模型是未来气候情景模拟,模型给出了一组通用的未来温室气体的浓度,气溶胶和其他气候营力项目在未来会发生什么。
导致IPCC AR6,能源造型社区开发了一套新的排放场景由不同社会经济的必威体育在线注册假设,这些都是“共享社会经济途径”(SSPs)。许多这些SSP场景被选择为CMIP6驱动气候模型。
具体来说,一组场景选择提供一系列不同的end-of-century气候变化的结果。IPCC AR5特色四个代表浓度通路(rcp),研究了不同的未来可能的温室气体排放。这些场景,RCP2.6,RCP4.5,RCP6.0,RCP8.5——在CMIP6新版本。这些更新的场景被称为ssp1 - 2.6, ssp2 - 4.5, ssp4 - 6.0,和ssp5 - 8.5,每个2100年类似的结果辐射强迫在AR5水平作为他们的前任。
一些新场景也被用于CMIP6为了给更广泛的选择的期货科学家模拟。这些场景都包含在下面的图表,显示年度二氧化碳排放量假定每个场景下2100。新的场景包括ssp1 - 1.9(紫色的线),ssp4 - 3.4(蓝色固体),ssp5 - 3.4 - os(蓝色虚线)和ssp3 - 7.0(橙色)。
CMIP6场景的一个重大的改进是一个更好的探索可能的基准“没有气候政策”的结果。前一代的气候模型在CMIP5只包括一个特色非常高的基线场景(RCP8.5)和一个相对little-mitigation场景符合基线结果(RCP6.0)。很多后续的文学依赖RCP8.5作为唯一没有政策底线,往往指的是“一切照旧”尽管这有点最坏的中可能没有政策的结果。
CMIP6已经添加了一个新的场景——ssp3 - 7.0 -位于中间的范围基线结果所产生的能源系统模型。必威体育在线注册现在建模者可以检查坏的情况下(ssp5 - 8.5),中间路线(ssp3 - 7.0)和更乐观(ssp4 - 6.0)结果当造型世界如何温暖的世界,没有任何气候政策制定。
ssp4 - 3.4是另一个新的场景,试图探索场景之间的空间,通常下面变暖限制在2摄氏度(RCP2.6 / ssp1 - 2.6)和3 c到2100年(RCP4.5 / ssp2 - 4.5)。它将帮助科学家更好地评估气候变暖的影响如果社会迅速减少温室气体排放,但未能缓解足够快将气温上升控制在2摄氏度以下。
ssp5 - 3.4操作系统是一个过度的场景(OS)排放按照最坏的ssp5 - 8.5通路,直到2040年之后,他们下降非常迅速,很多世纪使用负排放。
最后,ssp1 - 1.9是一个场景意在限制变暖,到2100年低于1.5摄氏度以上工业化前的水平。这是添加之后所发生的事情巴黎协定当国家同意追求努力限制气温上升1.5摄氏度。的必威体育在线注册能量模型和简单的气候模型开发变暖限制在1.5 c中扮演了重要角色特别报告在1.5摄氏度政府间气候变化专门委员会在2018年发表的。这些新的CMIP6场景将允许完整的气候模型探讨气候变化和影响在1.5摄氏度左右变暖。
CMIP6特性的新场景,结果在2100年迫使类似CMIP5 RCP场景。然而,尽管他们end-of-century迫使是相同的,二氧化碳的排放途径和混合和客座率排放是不同的。下图比较老的二氧化碳排放RCP场景(虚线)和新SSP同行(实线)。
有几个原因这些差异。2014年新SSP的场景开始,而旧的rcp始于2007年。低端ssp1 - 2.6场景显示了比RCP2.6排放逐渐下降和更高的起点,这部分反映了2007 - 2014年排放一直明显高于预期在原始RCP2.6场景。它雇佣更多的世纪负排放,以弥补较高的起点和慢衰落。
ssp2 - 4.5还显示了一个更高的起点和比RCP4.5略慢衰落,虽然大的客座率排放下降ssp2 - 4.5也扮演了一定的角色。从RCP6.0 ssp4 - 6.0是完全不同的,二氧化碳排放峰值比2080年和2050年之后下降。这更快缓解抵消近期高排放,虽然温室气体排放的二氧化碳也扮演了一定的角色。最后,ssp5 - 8.5比RCP8.5更高的二氧化碳排放,与相应大的客座率减排。
许多高灵敏度模型
平衡气候敏感性(ECS)预期的长期变暖后的大气中的二氧化碳浓度增加了一倍。这是最重要的指标之一未来气候变暖的严重程度的影响。“灵敏度”是摆脱物理和生物地球化学在气候模型模拟;它不是由模型显式地设置。
CMIP6型号装备倾向于显示气候敏感性明显高于CMIP5模型。目前只有40 CMIP6模型所需的运行计算ECS,大约三分之一的有ECS的上端高于可能范围4.5 - 1.5 c c - IPCC AR5提供。四分之一有更高的敏感性比任何出现在CMIP5模型。这些包括模型非常重要的建模组——就像社区地球系统模型2 (CESM2)和英国气象局HadGEM3模型。的瞬态气候响应——衡量短期气候变暖与增加二氧化碳——也明显高于许多CMIP6模型。
下图展示了IPCC AR5可能ECS范围(黑条),范围和个人值CMIP5模型(灰色酒吧;黑点),以及CMIP6模型的范围和价值可用装备(蓝色酒吧;黑点)。
研究人员目前正在调查是什么推动这些高ECS值。在许多模型ECS的增加似乎是由于改进的代表云和气溶胶;例如,模型如何对待过冷云(零度以下,但仍液体)在南部海洋可以在产生的灵敏度有很大影响。
然而,尽管使模型更现实,目前尚不清楚这些改进是否转化为更准确的估计ECS。例如,许多气候科学家有表达了怀疑高端的价值观,认为他们从古气候记录与证据不一致和其他证据。
还有待观察IPCC AR6如何调和高ECS一些模型与其他来源的证据,如果他们将更新的“可能”的灵敏度范围。
ECS值为每个40 CMIP6型号如下图所示。14这些,以黄色突出显示,ECS超过4.5摄氏度,和十一的敏感性高于CMIP5最高的模型(例如4.7摄氏度)。20六个模型有ECS值符合AR5范围,最低的ECS模型CMIP6 (1.8 c)类似于CMIP5最低(2.1 c)。
AR5的“可能”ECS 1.5 - 4.5 c意味着有66%的可能性的真实价值下跌范围。因此,大约33%的值可以将超出这个范围,有很好的理由期待值高于4.5度更有可能比值低于1.5摄氏度。例如,证据从古气候数据、模型和观测表明,ECS的1.5摄氏度下是不可能的,尽管他们不容易排除的ECS 4.5摄氏度以上。
有各种各样的ECS值CMIP6未必是一件坏事,因为它表明,建模者不做选择让他们的结果类似于其他建模组(如。符合人们的牛群)。然而,一些型号到目前为止已经非常高的ECS意味着未来气候变暖可能比我们想象的更糟糕或者一些知名气候模型可能得到错误的气候敏感性,许多气候科学家们关注解决的问题。
最新的研究
最近,一些研究试图解决高灵敏度模型的可靠性。两项研究,一个通过Femke Nijsse和他的同事在埃克塞特大学和另一个通过Katarzyna Tokarska博士和他的同事们苏黎世联邦理工学院——指出最高灵敏度模型很好地再现历史温度,要么没有20世纪过快最近变暖和变暖,或太多的总体变暖。他们认为历史温度可以作为一个紧急约束来帮助排除新的高灵敏度估计。
另一方面,一些研究人员认为自然变化有助于产生一个模式近年来气候变暖会导致全球气温低于本来会发生,使它具有挑战性的使用观察到的变暖限制未来的预测。
一个最近的研究通过Keith博士威廉姆斯和他的同事在英国气象局建议气象局的最新模型——每加倍二氧化碳的敏感性为5.5 c——执行更好的生产比变异模型的短期预测气候敏感性较低,因为它有大量的云液态水在寒冷的温度下。
然而,随着美国宇航局Gavin Schmidt博士指出在一个RealClimate博客,目前还不清楚为什么短期预测是必要的敏感性有关。施密特表明,“这可能是所有模型,做好这个任务(短期预测)一系列ECS值,而巧合这一模型做得好和有一个高ECS,只是,一个巧合”。
这些新的高灵敏度模型提醒人们,大的不确定性和长尾风险依然存在,但只是气候模型其中一个证据,科学家使用来确定气候的敏感性。考虑到这一系列的新模型灵敏度估计,科学家表明,还是提前说气候敏感性可能高于预期。
CMIP6历史模拟
CMIP6仍在运行落后于预定计划,只有35个不同模型的最终100迄今为止提交未来排放场景运行。虽然结果可能改变其他造型组完成,有足够的可用模型提供一个评估的CMIP6 CMIP5相比可能会。
似乎越来越有可能,并不是所有CMIP6运行将是可用的的最后期限被包括在最终的政府间气候变化专门委员会报告,定于2021年4月出版。然而,CMIP6没准备好运行在AR6仍将由未来的研究人员使用。
虽然气候模型输出包含成千上万的不同气候变量,很多的注意力集中在全球表面温度。两个不同的实验,检查表面温度是特别感兴趣的:模型表面温度”追算“——模型模拟时期从1850年到现在,和未来气候变暖的预测在不同发射场景。
追一个有用的工具为模型来评估气候模型的性能。当模型做好代表过去的变化,它可以增强信心,他们将获得未来的变化正确。
气候模型不能解决所有的小尺度的物理地球的气候给当今可用的计算能力的局限性。在某些情况下,他们必须提供值过程发生在太小的规模有效地模拟,比如云的形成。这些值的选择——往往本身就是高度不确定——被称为模型优化。虽然大多数建模者避免显式地调整他们的模型匹配过去温度变化,当大不匹配是它可能被发现的给他们加扰找到一个解决。在CMIP6,一些造型组显式地调整历史温度——尽管一些参数,以便更好地匹配大多数仍然不。
下图展示了全球表面温度预测pan am每次都来自气候模型CMIP6(蓝色)和CMIP5(灰色)的观察美国国家航空航天局GISTEMP数据集。行显示的平均42 CMIP6模型目前提供追,而阴影区域显示了模型的95%置信区间。
尽管CMIP6 ECS的变化值,CMIP5追算很相似;观察几乎总是在模型运行的范围和模型捕捉现代气候变暖得相当好。CMIP6模型不做一个特别好的工作模拟上升20世纪初变暖观察到从1900年到1940年,虽然在这方面他们是CMIP5相似。
追算性能评估的一种方法是比较的变暖速度模型,观察一段时间。下面的图显示了气候变暖的速度观测(NASA), CMIP5模型和CMIP6模型对1880 - 2019年期间(左),和更现代的1970 - 2019年期间(右)。这种分析始于1880年,因为使用的观测记录不延长1850年。标记点代表的平均模型(“多模型的意思”),而不确定性(蓝线)在所有的模型反映了气候变暖的范围(或不确定性的变暖速度观测)。
满1880 - 2019年期间,CMIP5和CMIP6匹配观察到的变暖。最近的1970 - 2019年期间,多模型在CMIP5是气候变暖的速度要比传统的方法快10%的观察,虽然CMIP6模型的子集的多模型意味着目前可用的变暖速度比观察16%左右。这个更高的变暖速度CMIP6可能由模型灵敏度值就越高。
未来气候变暖CMIP6
中可用的有限数量的未来预测CMIP6意味着集体结果可能会改变随着更多模型跑进来。然而,最初的评估水平的未来气候变暖的型号今天仍然是可能的。虽然平均所有可用的模型会改变随着越来越多的结果,很明显,值的范围变暖CMIP6将明显比CMIP5更广泛。
下面的图显示了气候变暖的范围和多模型意味着变暖——从工业化前的水平为四个“2090 - 2100一级“CMIP6场景(ssp3 ssp2 ssp1 - 2.6——4.5——7.0,和ssp5 - 8.5)以及ssp1 - 1.9情况相对大量的运行是可用的。其他场景不是这个图所示,如仍有太少的出版运行提供一个类似的分析。括号中的数字显示模型组有多少人目前提交的每个场景模型运行。
到目前为止的结果显示大量的未来气候变暖;新ssp1 1.5——1.9的场景——意在限制变暖c -多模型平均变暖1.4 c。同样,ssp1 - 2.6场景——这是类似于“比2 c”RCP2.6 AR5——显示平均变暖2.0 c。在高端,ssp5 - 8.5场景显示平均变暖的5.0摄氏度,而新ssp3 - 7.0场景显示了气候变暖的4.1摄氏度。这些值略低于所示的初始版本本文发表在2020年初,尽可能多的最近报告模型略低气候敏感性——更多的内联值在CMIP5发现比尽早报告模型。
一些未来的场景至今运行可用相对较少,因此初始值应该谨慎对待(特别是多模型的意思),直到更多模型完成他们的运行。即使是那些如ssp2 - 4.5 - 14模型报告结果可能改变尤其是一旦剩余模型完成其运行和被添加到CMIP6数据库。
结果到目前为止相当显著区别那些CMIP5类似迫使场景。下图比较变暖从工业化前水平类似的场景在CMIP5和CMIP6之间。
而RCP2.6多模型意味着估计CMIP5 1.7摄氏度变暖的新ssp1 - 2.6场景平均变暖的2.0摄氏度。类似的差异被发现对于其他场景,CMIP6变异显示大约0.4摄氏度变暖。注意,CMIP6结果没有显示ssp4 - 6.0,因为它是一个“层2“场景模型运行目前太少产生估计与其他场景。RCP和新的SSP场景之间的差异有一个小的影响在end-of-century变暖。
模型和实验
CMIP6实验包括基本模拟(称为“诊断”甲板),二氧化碳每年增加1%,或者突然翻了两番,在气候营力是长时间保持相对不变。其中包括历史运行由观察到的二氧化碳和其他的变化气候营力和未来排放场景通过21世纪和超越。
此外,还有22专业实验(23包括未来排放场景),模型组可以选择参加。这些实验——模型相互比较的项目,或MIPs——提供有用的评估之外的气候变化的基本诊断方法和历史模拟。例如,在GeoMIP实验中,不同的造型组模拟不同类型的的影响地球工程对气候。中包含的MIPs CMIP6下图所示。
并非所有造型团体将参加所有MIP CMIP6实验——部分是因为不是所有的组织都有相同级别的超级计算资源或特定实验的兴趣。中包含的MIPs CMIP6下面列出;每个细节中可以找到相应的链接。
- 气溶胶和化学模型相互比较项目(AerChemMIP)
- 耦合的气候碳循环模型相互比较项目(C4米兰理工大学管理学院)
- 二氧化碳去除模型相互比较项目(CDRMIP)
- 云反馈模型相互比较项目(CFMIP)
- 检测和归因模型相互比较项目(DAMIP)
- 年代际气候预测项目(DCPP)
- Flux-Anomaly-Forced模型相互比较项目(FAFMIP)
- 地球工程模型相互比较项目(GeoMIP)
- 全球季风模型相互比较项目(GMMIP)
- 高分辨率模型相互比较项目(HighResMIP)
- CMIP6冰盖模型相互比较项目(ISMIP6)
- 地表积雪和土壤水分(LS3MIP)
- 土地利用模型相互比较项目(LUMIP)
- 海洋模型相互比较项目(OMIP)
- 极地放大模型相互比较项目(PAMIP)
- 古气候模拟工程(PMIP)
- 辐射强迫模型相互比较项目(RFMIP)
- 场景模型相互比较项目(ScenarioMIP)
- 火山营力模型相互比较项目(VolMIP)
- 协调区域气候降尺度实验(CORDEX)
- 动力学和可变性模型相互比较项目(DynVarMIP)
- 海冰模式相互比对项目(SIMIP)
- 脆弱,气候影响,适应和服务咨询委员会(VIACS AB)
有49个不同造型组参与CMIP6 CMIP5来自24个。下面的地图显示模型组参与CMIP6的位置。
输出,每个造型为加载CMIP6生产中心中央门户网站气候模型诊断,管理的程序和相互比较PCMDI),在许多学科和来自世界各地的科学家们可以自由和公开访问。还有一个特殊的问题CMIP6地矿模型的发展》,发表论文28覆盖整个项目和具体的MIPs。
CMIP6造型是一个巨大的努力,远远比CMIP5更加雄心勃勃。这导致一些延误,至少当前CMIP6运行一年的进度落后了。虽然IPCC AR6目前正在起草,只有一组相对有限的模型是可用的,这似乎不太可能,所有CMIP6运行将在完成最后的AR6草案。
确认
克里斯汀•麦肯纳博士在利兹大学和限制项目让模型运行可用来创建数据分析。