帖子:高分辨率的气候模型将有助于欧洲极端天气的计划

“对流”风暴导致一些地球上最戏剧性的天气,包括极端降雨、冰雹、闪电和严重的狂风。随着照亮了天空,这些风暴经常造成灾难性的损害。例如,在欧洲,运行成本每年数十亿欧元。

科学家预计对流风暴的频率和强度将会改变气候变暖。和理解这些变化对确保关键基础设施的弹性是至关重要的极端天气。

然而,准确的预测对流天气需要“分辨率”气候模型。然而气候服务往往缺乏这样的详细数据和通常建立在粗气候模型输出可用。

因此,适应规划有关,例如,城市洪水管理,太阳能电池板和农作物雹灾,闪电对电力网络的影响——通常是留给原油的假设。

幸运的是,新一代的气候模型——被称为“convection-permitting模型”(cpm)——提供一个阶跃变化在我们项目影响力的极端天气的变化的能力。

在一双新的论文发表在气候动力学,我们将展示如何使用cpm的最新进展带来的阶跃变化信息对气候变化风险评估在欧洲。

高分辨率模型

为了模拟地球的气候,一个模型将地球表面和上覆气氛变成一个巨大的网格。然后计算气候变量的模型,如温度、湿度和降雨量,每个网格单元。

全球气候模型通常有网格间距的10 - 100公里。建模者必须找到一个平衡的额外细节小网格细胞与更大的计算能力,高分辨率模型需要运行。

“Convection-permitting模型”(cpm)非常高分辨率的地球的气候模型的网格间距小于5公里。大气中cpm更好代表小规模的过程。顾名思义,这包括对流——许多破坏性的极端天气事件的关键过程。(你可以阅读更多关于对流和cpm丽齐Kendon博士的早些时候必威手机官网篇文章)。

这种改进的详细级别见下面的地图。他们展示伦敦的地区由12公里网格框代表一个典型区域气候模型(左),而2.2公里网格框用于cpm(右)。

cpm广泛应用于天气预报,但超级计算能力的增加意味着他们正越来越多地成为长期气候预测,合理等英国气候预测(UKCP)和欧洲气候预测系统(EUCP)项目。

UKCP和EUCP提供高分辨率气候模拟,分别对英国和欧洲,未来几十年,可用于基于风险的计划。

例如,洪水——主要是由于强烈的降雨sub-daily时间表,可能会变得更加频繁整个欧洲的未来。城市里有特别高的弱点,与城市洪水的风险和暴露的人数预计将增加。

cpm提供——第一次——鲁棒预测未来的短期极端降水的变化。我们的研究表明,夏季每小时降雨量比此前认为的更加加剧显示显著变化的频率超过关键洪水警报阈值。

cpm也表明传统的气候模型可能会低估平均降雨量的变化在冬季,冬季对流淋浴是一个关键因素。

更详细的过程表示,cpm成功密切模仿剧烈的对流风暴的关键物理过程。这些包括解决气流在风暴-称为上升气流和下降气流和更好地表征冰雹,软雹(“霰”)和闪电。

准确模拟ice-based过程中正确模拟电荷风暴是很重要的。例如,最近的研究建议包括这些过程可能导致未来的闪电变化的预测相反,早期的研究中发现迹象。

cpm也提供新信息在极端风和“未来的变化sting-jets”。刺射流核心的高风速中发现一些飓风和需要高分辨率模型为了被充分代表。他们负责一些最具破坏性的表面狂风,如英国1987年的大风暴。

理解不确定性CPM预测

我们从CPM的预测基于模拟从一个迄今为止CPM对于一个给定的地区。但是,通过运行相同地区的不同的cpm -每个由一个不同的气候模拟中心我们可以测试健壮的结果,了解更多关于未来的不确定性高的天气。

一套新的多模型CPM预测欧洲首次允许我们评估这种不确定性并提供新一代的气候预测使用的风险评估。

这些新预测的结果两个项目——EUCP之间的共同努力,前面所提到的,和CORDEX-FPSCONV,这是“旗舰试点研究对流现象在欧洲和地中海”在“协调区域气候降尺度的实验”。

联合团队从22个不同的气候模型组跑不同的CPM模型为一个共同的地区在阿尔卑斯山,也包括地中海的一部分,一些邻近的土地区域往往受到短期极端降水的影响。这些会导致极端灾难性的洪水在小而陡峭的河上,尤其是当发生集雨的典型区域。

这个地区的特点是一个非常复杂的地理,包括近封闭海包围城市化海岸线和复杂山地系统。这使它特别具有挑战性的代表在粗尺度的气候模型中,对cpm和良好的测试用例。

高山的案例研究

的第一部分研究评估如何现实地多模型cpm代表高山地区的气候在当下。

先前的研究与单个模型已经证明了明显改进,cpm提供降雨的表示,尤其是在极端的时间和强度。

我们的多模型研究证实,许多这些改进是一致的在不同的cpm,给我们信心的发现。特别是cpm持续更好的代表降雨和高强度的发生极端事件与粗分辨率模型,解决长期存在的问题。

下面的地图显示3公里范围内cpm显然捕捉夏季特大降雨的强度要远远好于前一代(12公里)模型。

在高山地区,对流通常产生沉淀在下午晚些时候,这个每日降雨量的时机也一直更好的捕捉到。

第二部分考察降雨的变化在非常高的排放情况RCP8.5模拟了12世纪的结束。这始终显示未来增加夏季和秋季的暴雨强度增强,当我们使用CPM。

此外,当我们看结果的传播模型,我们看到更多的确定性与等价粗糙模型。这减少传播的结果,结合改进的信心,代表小规模过程更准确的模型,提供了保证cpm可能采取行动减少不确定性未来降雨预测。

在EUCP,我们现在开始采用新的多模型CPM预测提供更好的一些关键影响地区的气候变化信息。

在欧洲阿尔卑斯山,破坏性的洪水主要是由当地强烈的短历时暴雨。通过结合高空间和时间分辨率输出cpm kilometre-resolution水文模型,我们可以开始评估未来类似事件的变化。

早期结果看流域在阿尔卑斯山和使用数据从一个最初CPM建议这样的洪水将增加的频率和幅度比今天高排放场景。合奏CPM的预测意味着我们现在可以测试如何健壮的结果是,它让我们给一个初始估计的不确定性在未来洪水的变化。

下一个步骤

通过EUCP,小多模型集合CPM预测将很快用于欧洲大陆的大部分地区。这将产生新的机会去探索未来极端天气,他们的影响和不确定性,欧洲的其他地区。

对于英国的情况下,这是由英国气候预测,其中包括一个12个模型运行的集合从单个CPM的分辨率2.2公里,由英国气象局哈德利中心的不同版本的全球气候模型。

EUCP多模型预测提供一个丰富的信息以前所未有的规模对于理解未来的不确定性高影响天气的变化。

洪水只是其中一个影响地区新cpm是十分有价值的信息。我们还可以期待进一步洞察干旱和热浪由于地表和土壤水分的更详细的表示。其他重要领域包括气候变化影响发电,风能等可再生能源,传播——包括冰雹和闪电对电力基础设施的影响,城市热量和人类健康。

然而,也带来了新的信息一些新的科学的挑战biwei6868。cpm仍然需要太多的计算能力使我们能够运行足够大乐团完全代表所有欧洲部分地区的不确定性。

欧洲大部分地区,整体尺寸不能为阿尔卑斯山一样大,和新发展需要充分利用可用的数据数量有限的CPM模拟和合成获得较大的信息集合体的粗分辨率气候模型。

幸运的是,一些造型组已经看向混合动力技术结合CPM模型和统计方法,如机器学习,提供更全面的预测不确定性。