深入:科学家讨论如何改善气候模型

而全球气候模型做一个好工作模拟地球的气候,他们是不完美的。

尽管以来的巨大的进步最早的气候模型,有一些气候过程,他们不能准确地模拟,作为科学家。

知识和计算能力的进步意味着模型不断修订和完善。作为模型变得越来越复杂,气候的科学家可以生成更精确的表示。

但这是一个永无止境的追求更高的精度。

在我们为期一周的气候模型系列的第三篇文章中,碳短暂问一系列气候科学家他们认为首要任务是改善气候模型在未来的十年。必威手机官网

这些是他们的反应,首先是由于样品报价,然后,下面,全文:

皮特·史密斯教授
植物和土壤科学的椅子biwei6868
阿伯丁大学

我认为esm(地球系统模型)的一个很好的表示的许多过程,而是因为他们试图覆盖整个地球,然后是大多数事情的一个相对简单的描述模型。还有esm,例如,有一个非常有限的营养,所以,例如,氮和磷在未来限制植物的生长。

我们有一个伟大的代表生态系统模型中的这些事情,我们倾向于使用非耦合和我们只是在地面上运行的。我们有一个好的一些流程的详细表示在这些模型——但这些都不为esm。所以的细节水平我认为是重要的,以及改善区域缩小规模,改善esm的决议。

使用有限的计算能力,但这不再是一个限制。所以我们可以得到额外的详细级别的模型和检查的一个适当的水平的细节,当然,因为一个更复杂的模型不一定是一个更好的模型。

凯特博士奇迹
理论物理学家
美国宇航局戈达德太空研究所

高分辨率是第一优先。现在,气候模型近似许多物理过程,是非常重要的;流动的空气在山脉,例如,或小漩涡混合水的海洋。这是因为很难得到正确的大小尺度:只是没有电脑强大到足以同时跟踪非常小和大尺度。不同的模型使不同近似,这有助于他们的预测的不确定性。但随着计算能力的增加,我们可以明确地捕捉大量的小规模区域气候影响非常重要。你可以把这是加强气候变化的模糊的照片。

二是更好的云模拟。云模型很难得到正确的,我们知道不同的气候模型不同意热会如何,在很大程度上是因为他们不同意云将在未来做什么。如果我们能让气候模型模拟当前的云模式,更令人信服地观察云的变化,这可能减少未来的不确定性预测

三是更好的观察。卫星被一个真正的改变对气候的研究,但他们并不是完美的。我们需要评估模型对观测数据,这是困难的观测不确定性的存在。长期全球数据集往往从许多不同的卫星和地面观测拼凑起来,和不同的测量相同的变量通常不同意。专门的长期测量仪器等设备美国宇航局的下午星座(“a”)的卫星将帮助我们更好地理解现实,这将允许我们基准和重新评估我们的模型。

教授约翰·米切尔
首席研究员
气象局哈德利中心

首要任务应该是减少不确定性在气候敏感性,以便更好地了解气候变化对大气环流的影响(对区域气候变化的关键,极端的变化)和减少不确定性与气溶胶辐射强迫——特别是相关。

丹妮拉教授雅各布
导演
德国气候服务中心

从社会的观点来看,我认为是很重要的模型能够模拟地方特色,所以他们能够模拟一个城市的当地气候地区,在山区,在山谷,沿着海岸。气候模型仍有局限性。尽管他们已经取得了很大的进步在过去的几十年,我们仍然不知道如何在当地范围内气候变化。

如果你看这背后的科学问题,那么我认为最重要的地区看云,如何模拟云,云的发展,云的生命周期,土地表面。土地覆盖和土地管理的代表是需要看的东西。

当然,还有很多其他问题。这取决于你想使用的模型。全球或区域,所有气候模型是为一个特定的目的。我认为这很重要。不是所有的模型都能做同样的事情,他们不都一样好。

对我们来说,首要任务是正确模拟水循环。我非常感兴趣的降水,位置和频率、强度、时间、怪异的正确降雨径流模拟。

Kevin Trenberth教授
尊敬的资深科学家
国家大气研究中心

在未来十年的首要任务为改善气候模型是:

1. 降水。每个模型这差和社会接受。这必须改变。沉淀我的意思是所有的特点:频率、强度、持续时间、数量、类型(雪和雨等)在每小时的决议。
2. 气溶胶。气溶胶的间接影响云是不好做的。一些过程都包含,但所有的模型是不完整的和不一样的观察结果。这会影响气候敏感性。
3. 云。这是更通用的和亚格子尺度相关流程。
4. 陆地表面异构性:这是一个解决问题和也处理的复杂性。
5. 海气相互作用和海洋。这也涉及到海洋中混合,混合层深度和海洋热储存和交流。

Piers Forster教授
导演
普里斯特利在利兹大学的国际气候中心

迄今为止最大的不确定性在我们的气候模型已经无法正确地模拟云。他们把工作做得很糟糕,自从他们第一次开始。这有各种各样的连锁效应。它给了一个大的不确定性预测在时间向前,因为我们不了解他们的工作方式,同时也给诸如极端降水最大的不确定性,所以我们不明白极端降雨。我们有所有这些不正确的模拟云大的不确定性。

它是与观测紧密地绑定在一起的,但也是一个巨大的进步在过去十年中我们可以观察到云的工作方式。目前我们有前所未有的卫星仪器,可以真正观察云以更复杂的方式比我们以前已经能够。

他们很棒,通过利用这些美妙的观察我们,我想我们真的可以测试这些气候模型的工作方式。

莱斯利·奥特博士
研究气象学家
美国宇航局戈达德太空飞行中心

非常重要的一个领域是“交互。这是我们真的不知道太多,我们看到一些诱人的证据可能有重要的影响,但在全球范围内很难理解。对我们来说,在我们的办公室,花了大量的工作让我们的模型运行的云粒子物理学和气溶胶粒子物理学实际上会让我们研究。我们现在在这个点上,我们开始做这样的工作,我认为你会看到在未来五到十年更多的研究。

的另一件事是特别重要的,这是我的研究领域,是理解科学的交互。现在,很多人都不知道的一件事是,人类排放的50%被植物吸收和海洋这是一个很宝贵的资源限制我们今天看到气候变化的影响。如果我们没有宝贵的资源,我们会看到事情的进展更快,二氧化碳浓度和全球变暖。问题是我们不能理解这些过程,知道他们是否会继续。我们看到大量的能源与大气观测和新土地表面的观必威体育在线注册察,我希望我们会继续看到你的进步。

博士Syukuro Manabe
高级气象学家
普林斯顿大学

模型变得越来越复杂,或者像有些人说的,复杂的,没有一个人能欣赏里想的是什么。

我们现在要做的是更多的我在做的事情旧时光当我使用一个简单的亚格子尺度过程的参数化,但保持流动的方程等基本物理,辐射传输等等。这种模式运行速度远远超过所谓的地球系统模式,他们现在使用的联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change)。然后使用更快的计算机可以运行大量的数值实验,你可以改变一个因素,如果模型是一个虚拟的实验室。然后你可以看到该模型是如何应对这一变化。

(这是一个提取的必威手机官网碳Manabe简短的采访2015年7月进行。)

教授斯蒂芬·贝尔彻
首席科学家
气象局

我认为巴黎协定真的改变了气候科学的议程。biwei6868气象局,我们集中在两个方面改善气候模型。首先是理解极端事件和极端天气和气候事件的风险——在当前的环境下,而且在未来的气候。

例如,我们已经看到在欧洲的热浪——在2003年和2006年我们有一个多么严重的他们会和他们成为频繁如何?一些潮湿的冬天我们一直有在欧洲——他们要成为新常态,或者他们只是保持不寻常的事件吗?气候模型,能真正给我们周围的精度这些极端天气和气候事件绝对是一个优先级。

其他优先级的目标是为了实现巴黎协议,我们需要有一个非常密切关注的碳的数量我们排放到大气中二氧化碳的数量仍然在大气中。还有其他因素在气候系统驱动二氧化碳的浓度,因此全球变暖。例如,我们知道,随着全球变暖,永冻层可能会融化和自己的排放温室气体,进一步加剧全球变暖。但我们的定量估计,永久冻土和气候变暖可能会给定量不是很准确。

其次,我们大约一半的二氧化碳释放到大气中吸收通过植物在陆地上或进海洋和加强这些数字是非常重要的。当我们接近目标,鉴于在巴黎,精确的数量我们需要这些容许碳预算-满足温度变化的锋利和尖锐,所以我们需要更好的气候模型来解决这些碳预算问题。

德鲁辛德尔教授
尼古拉斯地球科学教授biwei6868
杜克大学

一个关键的不确定性是云,云背后的物理学,了解云与气溶胶粒子相互作用。,不幸的是,也是一个关键的不确定性很长一段时间,很可能会继续。

特别是,更好的计算机能力(需要),因为我们有一些观察和理解过程,但它们发生在非常好的空间和时间尺度,这是最难的模型,因为它需要大量的计算能力。

我们可以得到更好的观测卫星数据,但很多,非常具有挑战性,因为云的的水平块下面的一切,然后你看不出到底发生了什么。你能飞的飞机和获得详细信息,但对于一个短的时间内,一个短的地区。这些都是很具有挑战性的事情改善从观察的角度来看,需要巨大的计算能力。

我要说,至于推进我们的能力真的看气候变化的问题,我认为我们真的需要做的一件事就是让我们的模型之间的互动更多的物理科学和社会经济学,并真正了解气候变化之间的联系更加密切,司机和气候变化的影响。biwei6868

教授迈克尔·泰勒
副院长,高级讲师
西印度群岛大学

我认为对我们仍有一些困难在理解陆地和海洋边界,当然任何进步近年在区分对比模型中的岛国将是一个优势,特别是小岛屿国家。

肯定的进步代表在细尺度地形——把山在正确的位置,实现小规模的合适的高度,将是小岛的显著改善。和改善沿海过程,沿海气候的动力将是改善小岛社区。

Stefan Rahmstorf教授
地球系统的分析
波茨坦气候影响的研究

我认为一个关键挑战是非线性的影响,或转折点。例如,湾流系统。我们仍然不知道我们是多么接近一个阈值。我们知道有一个,因为我们知道这些非线性现象很敏感地依赖于精确的系统状态,因此模型仍被广泛不同意如何稳定或不稳定的墨西哥湾流系统在未来将面临全球变暖。

还有另一个作用是大气环流的变化,包括射流。这是一个研究领域,目前我们正在极端天气事件有非常大的影响,这种现象我们需要理解得更好。

我有一个长期以来古气候的兴趣。过去几百万年一般寒冷的冰河时代,但是如果你去在数百万年的时间地球上气候暖和得多我们非常感兴趣这些造型。但是这十分困难,因为你要做的长时间尺度处理所以你不能使用模型,用来模拟一百年或二百年。你必须设计模型是高度计算效率研究古气候。

詹姆斯·汉森博士
气候科学家
哥伦比亚大学

对气候变化的根本问题,困难,是一个系统的延迟反应,这是由于海洋的热容。

但有效的热容,表面温度,取决于海水的混合,我从很多不同的方面提出了证据,模型往往是冗长的因为数值原因和粗分辨率和波参数的上升,海洋中运动。它可以倾向于夸大混合,因此,使热容更有效。

Doug McNeall博士
研究气候变化的影响
气象局哈德利中心

我们经历了时间,气候模型有更复杂,这不仅是由于增加分辨率,而且添加更多的过程。我认为我们需要继续这两个趋势。我们需要添加更多的过程,造型造型新事物我们也需要更多的细节我们可以更好地解释气候。我们需要更好地解释我们关心气候对系统的影响,如人类系统、生态、碳循环系统。如果你使模型更好,如果你让它看起来更像现实,这意味着你的系统将如何改变知识变得更好。

博士罗纳德·史都华牌
高级研究气候学家和组气候和生态系统集团(GFDL)地球物理流体动力学实验室
普林斯顿大学

在未来十年的首要任务为改善气候模型是:

1. 评估和理解气候变化的辐射强迫(温室气体和气溶胶)。
2. 提高云模拟(3 d和辐射分布属性)。这是第一个重要的气候敏感性的更好的估计。
3. 提高海洋模拟特别是在南大洋。目前模型做一个相当糟糕的工作,这是一个非常重要的地区吸收的热量和碳来自人类活动。
4. 高分辨率模型。这有助于提高当地的气候变化信息。它也减少了物理参数化模型的影响(一个已知的问题)。
5. 提高碳仿真和建模。造型土地碳变化尤其挑战做当地的小尺度的重要性。

教授亚当•斯凯夫
物理学家和monthly-to-decadal预测
气象局哈德利中心

有一个明显的气候模型这意味着信噪比问题,在一些中纬度地区,预测气候信号太弱。这种可能性是意识到在过去的和实际上已经在多年的气候模型。

的首要任务是我的研究小组试图解决这个问题,提高气候预测,根据答案,都可能影响预测时间尺度从中程预测,通过月、季节、十年,甚至气候变化预测。

博士Jatin卡拉
讲师在大气科学和弧DECRA研究员biwei6868
默多克大学,珀斯

在未来十年的首要任务为改善气候模型是:

1. 提高我们的能力在模拟极端气候。
2. 提高技能的气候模型模拟自然气候变化的关键模式。
3. 向非结构化气候模型域(当前模型使用一个正方形/长方形域,但使用网格方法是下一步)。
4. 更现实的代表植被过程。
5. 提高对流参数化

博士凯瑟琳地板
气候科学中心主任biwei6868
德州理工大学

气候模型是一个巨大的事业。我认为很少人意识到这些模型是多么复杂。只要有一个新的超级计算机在世界任何地方,有一个气候模型等待上运行它,因为我们知道,我们的许多物理过程现在并没有被直接表示。他们必须是“parameterised“因为他们出现在空间或时间尺度小于网格的时间步骤,我们使用。所以越小空间网格和时间步长越小我们使用模型中,更好的我们可以明确地解决气候变化的物理过程。

我们也了解到自然变化是非常重要的,当我们看着时间尺度的未来一两年到甚至在未来几十年。自然变化主要是由海洋和大气之间的热量交换,但它是一个极其复杂的过程,如果我们想要发展更好的短期预测技能——不是看会发生在接下来的三个月,但明年之间会发生什么,10年或20年左右——如果我们想扩大我们的理解,我们有比我们今天更好地理解自然变化。

(这是一个提取的必威手机官网碳简短采访地板2017年11月进行的。)

克里斯•琼斯博士
首席研究员在植被和碳循环模型
气象局哈德利中心

我认为主要的差距将包括能够信任气候模型更精细和更精细尺度,,最终,人们想知道。在全球范围内我们理解物理很好关于大气中温室气体陷阱能量,所以模型做一个很好的工作的全球范围内能量平衡和世界地球变暖。必威体育在线注册我们可以再现20世纪全球气候模式很好,我们知道这是为什么。

当我们开始进入真正影响人的细节,这就是模式还不完善,部分是因为我们不能代表他们足够小尺度细节。总有一大推一旦我们得到一台新电脑,试图提高我们代表的决议,我们看到他们在这方面得到更好的和更好的。

其他方面,我的工作越来越努力看气候和生态系统之间的交互,如果允许我们做什么通知气候谈判之类的碳预算,所以我们排放了多少二氧化碳可以保持在一定的目标。

基督教Jakob教授
中心副主任
地球学院的氛围和环境,莫纳什大学

在我看来,最重要的是让更多的人参与模型的开发过程,这样可以生成更多的新思想和实现。这被证明是困难的。

其他优先级将改善模型的物理现实主义,特别是降水和云的表示,并显著提高模型发展相关领域的“劳动力”。

贝茨教授理查德。
气候的影响
埃克塞特大学&气象局哈德利中心

首先值得说的,他们是非常好的已经在模拟的一般模式气候、大气的环流和过去全球气温升高的趋势。但是我们仍然看到系统性偏差的模型,所以我们要经常纠正这些偏见看其他模型的影响研究。要能够消除,因为引入了另一个层面的不确定性和不一致。说我们可以详细、真实、区域气候,不需要这种调整将是一个重大的胜利。

另一件我们需要做的是找到方法来表示的气候系统的其他方面并不总是在气候模型(如)临界点,非线性。他们并不总是或几乎没有,摆脱模型。你可以人工力模型。我们知道这些事情发生在真正的气候在过去。我们需要找到一些方法来复制这些在一个完全现实的方式,这样我们可以做一个完整的风险评估未来气候变化包括这些可能发生的意外。

比尔海尔博士
导演
气候分析

我认为最重要的问题之一是做造型的气候系统的后果完全1.5 c通路,甚至更多。这将使我们能够开始理解我们如何防止一些主要的临界点的问题,我们已经可以预见未来,甚至1.5摄氏度变暖,尝试和理解需要保护和维持重要的自然生态系统等珊瑚礁,或防止冰盖崩溃。

欠发达的地区之一,包括在IPCC评估报告,评估什么是可以避免的影响[气候变化]。很难找到一个连贯的IPCC评估报告的调查可以避免的影响。我认为我们需要得到我们可以更好地告知决策者的好处是一些大转型的步骤,而经济有益的,肯定会引起政治问题是现任电力生产商和其他人试图捍卫自己的家园。

(这是一个提取的必威手机官网碳简短采访兔2017年11月进行的。)

Detlef克里斯蒂安•范维伦教授
高级研究员
PBL荷兰环境评估机构

对我来说,扩大代表不同的因素会有更高的优先级比深化现有流程表示。我认为地球相当多的关键过程仍未很好代表,包括土地使用的角色,但也污染和养分。我将看到作为一个高优先级。活动是在这个领域,毫无疑问。但我个人认为这种平衡可能仍然在这个方向的转变。

第二,确保我们保持旧版本的模型“活跃”。那主意听起来吸引我,除了有更好的模型,但仍在计算能力尽管进展缓慢,我们也已经快模型运行的能力。这可能是用于运行更多的不确定性,有较大的集合体,探索更广泛的类型的场景。

最后,我希望会有一个人类的进一步表示系统在地球系统模型(esm),综合评估模型(艾玛)试图将更精确的地理位置——为了更好地代表局部流程,比如水资源管理和可再生能源。必威体育在线注册这些一起可能意味着有合并esm和艾玛的议程。我认为这是有趣的,但同时,它也非常具有挑战性的社区已经相当跨学科(一个风险模型基于不同的哲学和过于复杂的理解结果)。