Новый подход, опубликованный сегодня в Journal of Climate, использует новые статистические методы для определения и отслеживания характеристик штормов как в данных наблюдений за погодой, так и в новых имитационных моделях климата с высоким разрешением. Применительно к одному моделированию будущего воздействия повышенного содержания углекислого газа в атмосфере эта структура помогла прояснить общее расхождение в модельных прогнозах изменений осадков.«Все климатические модели предсказывают, что штормы будут значительно более интенсивными в будущем, но общее количество осадков увеличится более мягко по сравнению с тем, что мы видим сегодня», — сказала старший автор Элизабет Мойер, доцент геофизических наук в Чикагском университете, и соавторы. ИП Центра активного принятия решений по климатической и энергетической политике (RDCEP). «Разработав новые статистические методы, изучающие свойства отдельных ливней, мы смогли обнаружить изменения в частоте, размере и продолжительности штормов, которые объясняют это несоответствие».
Хотя многие опасения по поводу глобального воздействия изменения климата сосредоточены на повышении температуры, изменение характера осадков может также повлечь за собой серьезные социальные, экономические и человеческие потери. Усиление засух в одних регионах и усиление наводнений в других резко скажется на мировых запасах продовольствия и воды, а также создаст чрезвычайную нагрузку на инфраструктуру и государственные службы.Большинство климатических моделей согласны с тем, что высокие уровни атмосферного углерода увеличивают интенсивность осадков в среднем примерно на 6 процентов на каждый градус повышения температуры. Эти модели также предсказывают увеличение общего количества осадков; однако этот рост меньше, всего 1-2 процента на каждый градус повышения температуры.
Понимание изменений в поведении шторма, которые могли бы объяснить этот пробел, так и осталось неуловимым. В прошлом моделирование климата было слишком грубым по разрешению (сотни километров), чтобы точно фиксировать отдельные ливни. В последнее время моделирование с высоким разрешением начало приближаться к масштабу погоды, но еще не были разработаны аналитические подходы для использования этой информации и оценки только совокупных сдвигов в характере осадков вместо отдельных штормов.Чтобы устранить это несоответствие, докторант Вон Чанг (ныне доцент Университета Цинциннати) и соавторы Майкл Штайн, Джиали Ван, В. Рао Котамарти и Мойер разработали новые методы анализа ливней по данным наблюдений или с высоким разрешением. модельные проекции.
Во-первых, команда адаптировала морфологические подходы из компьютерного анализа изображений для разработки новых статистических алгоритмов обнаружения и анализа отдельных ливней в пространстве и времени. Затем исследователи проанализировали результаты нового моделирования климата США со сверхвысоким разрешением (12 км), выполненного с помощью модели погодных исследований и прогнозирования (WRF) в Аргоннской национальной лаборатории.Анализируя моделирование осадков в настоящем (2002-2011 гг.) И будущем (2085-2094 гг.), Исследователи обнаружили изменения в характеристиках штормов, которые объяснили, почему прогнозируемые более сильные штормы не увеличивали общее количество осадков в такой степени, как ожидалось. Отдельные штормы становятся меньше с точки зрения покрываемой территории, особенно летом. (Зимой штормы также становятся меньше, но также реже и короче.)«Это захватывающее время, когда климатические модели начинают больше походить на модели погоды», — сказал Чанг. «Мы надеемся, что эти новые методы станут стандартом для оценки моделей в будущем».
Команда также обнаружила несколько важных различий между выходными данными модели и текущей погодой. Модель имела тенденцию предсказывать штормы, которые были как более слабыми, так и более крупными, чем те, которые действительно наблюдались, а зимой штормы, прогнозируемые на основе модели, также были меньше и продолжительнее, чем наблюдения.
Оценка этих «смещений» модели имеет решающее значение для надежных прогнозов будущих штормов.«Хотя наши результаты применимы только к моделированию одной модели, — сказал Мойер, — мы знаем, что несоответствие количества и интенсивности вызвано довольно простой физикой. Ливни в каждой модели и в реальном мире будут каким-то образом корректироваться, чтобы позволить интенсивность возрастает больше, чем общее количество осадков. Большинство людей догадались бы, что штормы будут меняться по частоте, а не по размеру.
Теперь у нас есть инструменты для оценки этих результатов по моделям, а также для проверки их на предмет реальных изменений. как оценить производительность самих моделей ».Новые прогнозы осадков, которые включают эти изменения в характеристиках штормов, добавят важные детали, которые помогут оценить будущий риск наводнений в условиях изменения климата. Эти результаты показывают, что опасения по поводу сильных штормов, вызывающих сильные наводнения, могут быть смягчены уменьшением размера штормов, и что инструменты, разработанные в Калифорнийском университете в Чикаго и Аргонне, могут помочь в дальнейшем прояснении будущих рисков.
Документ «Изменения пространственно-временного режима осадков при изменении климатических условий» будет опубликован 1 декабря в журнале Journal of Climate по адресу http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/JCLI-D. -15-0844.1.Эта работа проводилась в рамках Исследовательской сети статистических методов для атмосферных и океанических наук (STATMOS), поддержанной наградами NSF 1106862, 1106974 и 1107046, а также Центром принятия надежных решений по климатической и энергетической политике (RDCEP). при поддержке программы NSF «Принятие решений в условиях неопределенности» 0951576.