Klimamodel

En klimamodel er en matematisk modellering af klimaet i et givet geografisk område.

Historisk set dateres den første atmosfæriske model fra 1950 og blev testet på den første eksisterende computer, ENIAC . Fra 4 th  rapport fra IPCC ( 2007 ), antallet af uafhængige modeller, der anvendes af forskellige klimatologi laboratorier verden over var 23.

Mange typer modeller varierer i kompleksitet. Den enkleste giver dig mulighed for at have en meget god forståelse af hvad der sker; det mest komplekse tillader os at nærme os virkeligheden.

Beskrivelse

Der er forskellige typer modeller, der spænder fra en simpel energibalance til globale jordsystemmodeller, der på en kompleks måde repræsenterer de forskellige komponenter i jordsystemet - Atmosfære, Ocean, Havis, Kontinental biosfære osv. - og deres interaktioner.

Blandt de modeller, som er beskrevet i 5 th rapport fra IPCC er:

Generelle cirkulationsmodeller

Den generelle cirkulationsmodel involverer atmosfærisk og oceanisk cirkulation i planetarisk skala . Der er også variable kompleksiteter, hvor den enkleste kun er i stand til at modellere den atmosfæriske cirkulation i henhold til Navier-Stokes-ligningerne og jo mere kompleks under hensyntagen til mange parametre som jordens ruhed, vegetationen, vulkanologien ...

Klassisk modelkonstruktion

Klimamodeller er baseret på de grundlæggende fysiske love, dvs. bevarelse af energi , masse og momentum . Disse love, der anvendes på væsker (luft til atmosfæren og vand til havet) og sat i form af ligninger, er kendt som Navier-Stokes ligninger . Disse ligninger forenkles derefter ved at placere sig inden for rammerne af visse tilnærmelser. Disse forenklede ligninger, kaldet primitive ligninger , er grundlaget for modellen. Til modellering af biogeokemiske cyklusser pålægges Redfield-forholdet og udgør derfor ofte en af ​​de grundlæggende ligninger.

Disse ligninger skal derefter implementeres på en computer. For det :

I slutningen af ​​denne proces testes modellen mod feltobservationer, hvilket i sidste ende forbedrer den tidligere model.

Ansøgninger

Valget af model afhænger af det stillede videnskabelige spørgsmål. Disse modeller tillader blandt andet:

Usikkerhed og værdiansættelse

Klimamodeller er ufuldkomne. Parameterisering, som gør det muligt at tage hensyn til fysiske processer i en skala, der er mindre end modelcellens, er den største kilde til usikkerhed i klimamodeller.

Konfigurationen af ​​gitrene (hvorpå de fysiske ligninger diskretiseres) og valg af parametre er specifikke for hver model. Dette resulterer i forskelle i outputdataene, der tillader estimering af usikkerheden på grund af disse mangler. Denne usikkerhed tages i betragtning i klimaprognoser.

Alle klimamodeller evalueres ved at sammenligne dem med observationer. Denne sammenligning af modelobservation tager højde for usikkerheden ved simuleringerne, men også med observationerne (især knyttet til den begrænsede prøveudtagning). Evalueringen vedrører især:

Tekniske fremskridt og antal modeller

Klimaforudsigelse er blevet revolutioneret af fremskridt inden for modellering, som i sig selv styrkes af fremkomsten af kunstige satellitter, der indsamler en masse data om atmosfærens tilstand (fugtighed, uklarhed , temperatur osv.) Såvel som gennem udvikling af jorden vejrstationer .

Computerkraft er også afgørende i klimatologien . Eksponentielt stigende gjorde det muligt at tilføje flere parametre til modellen og reducere masken på jorden. Tiden for en måneds simulation af evolution er blevet delt med mere end 100 på 20 år (fra 1980 til 2000 ). Brugen af supercomputere er i øjeblikket normen. Forskningsprogrammer finansieret af G8-HORC sigter i øjeblikket mod at opdatere modellerne for at være i stand til at udnytte den bedste fremtidige exaflopiske supercomputere bedst muligt .

Klimamodeller er et af de vigtige værktøjer, der bruges af IPCC- eksperter til at beregne de sandsynlige konsekvenser af global opvarmning .

Fra 4 th  rapport fra IPCC ( 2007 ), antallet af uafhængige modeller, der anvendes ved forskellige laboratorier klimatologi var 23 i verden. Dette tal er siden vokset til at forberede den 5 th  rapporten og for 6 th  rapport (på grund i 2021).

En nylig tendens er, at med de samme dataindgange har nye generations (teoretisk meget mere nøjagtige) modeller tendens til at forudsige varmere temperaturer end ældre (enklere) modeller.

For en fordobling af CO2 i luften sammenlignet med førindustrielle niveauer annoncerede de første modeller +1 ° C i 2100, men anden generation af modeller foreslog, at der mellem 2020 og 2070 +1 ° C allerede ville være nået, derefter en tredje generation af simuleringer, var baseret på en computerkraft, der blev styrket af den kombinerede brug af tusindvis af computere, og konkluderede, at en opvarmning kunne nå 3 ° C i 2100. Derefter forudsagde en modellering (climateprediction.net) imarts 2012(i Nature. Geoscience), at +1,4 ° C til +3,0 ° C allerede kunne nås i 2050. Denne tredje generation af modeller forudsagde +2 ° C til +4,5 ° C i slutningen af ​​århundredet (når klimaet og planetarisk systemet er afbalanceret). Men i 2019 konkluderer mindst otte af de næste generations modeller, der er udviklet og testet af store videnskabscentre i USA, Storbritannien, Canada og Frankrig, at +5 ° C (og endnu højere) kunne opnås i 2100. Selv designerne af disse modeller mener, at sådan opvarmning er usandsynlig. En hypotese er, at der er en skævhed i simuleringsmodellen for Jordens system (endnu mere præcis end nogensinde før). Iapril 2019, denne bias er endnu ikke identificeret.
Modellernes klimafølsomhed kunne understreges mindre i USAs 6. klimavurdering til fordel for en undersøgelse af de begrænsninger, der er knyttet til det gamle klima i forhold til moderne observationer.

Noter og referencer

  1. (da) Gregory Flato, IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis ( læs online ) , kap.  9 (“Evaluering af klimamodeller”) , s746
  2. (in) Claussen M. , Mysak L. Weaver A. og Crucifix M. , "  Earth system models of intermediate complexity: close the gap in the spectrum of klimasystemmodeller  " , Climate Dynamics , vol.  18, nr .  7,1 st marts 2002, s.  579-586 ( ISSN  0930-7575 og 1432-0894 , DOI  10.1007 / s00382-001-0200-1 , læst online , adgang til 14. september 2018 )
  3. (da) IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. ( læs online ) , kap.  9 (“Evaluering af klimamodeller”) , s.  748
  4. (i) Adam C. Martiny , TA Chau Pham , W. Francois Primeau , Jasper A. Vrugt , J. Keith Moore , Simon A. Levin og Michael W. Lomas , "  Stærke latitudinale mønstre i elementære forhold mellem marine plankton og organisk stof  ” , Nature Geoscience ,17. marts 2013( DOI  10.1038 / ngeo1757 )
  5. (i) Gregory Flatø, IPCC, 2013: Klimaændringer 2013: Den fysiske Science Basis ( læses online ) , kap.  9 (“Evaluering af klimamodeller”) , ramme 9.1, s749
  6. (i) "  Klimaændringer 2013 - Det fysiske Science Basis  " , Cambridge Core ,2009, s.  746 ( DOI  10.1017 / cbo9781107415324 , læst online , adgang til 12. september 2018 )
  7. “  9.1.2 Hvad er detektion og tilskrivning af klimaændringer? - AR4 WGI kapitel 9: Forståelse og tilskrivning af klimaforandringer  ” , på www.ipcc.ch (adgang 12. september 2018 )
  8. (da) IPCC, 2013: Klimaforandringer 2013: Fysisk videnskabelig basis: Klimamodeller og pauser i de globale gennemsnitlige overfladearealer fra de sidste 15 år ( læs online ) , kap.  9 (“Evaluering af klimamodeller”) , ramme 9.2, s769
  9. Aurore Voldoire og Pascale Braconnot, Klima: Modellering for at forstå og foregribe , s17  s. ( læs online )
  10. Bob Yirka (2012) Ny simulation forudsiger højere gennemsnitstemperaturer på jorden inden 2050 end andre modeller  ; Phys.org
  11. Voosen Paul (2019) Nye klimamodeller forudsiger en opvarmning / Science News - In Depth Global Warming | Videnskab |19. april 2019:Flyvningen. 364, udgave 6437, s. 222-223 | DOI: 10.1126 / science.364.6437.222

Se også

Relaterede artikler

eksterne links