Успехи и ошибки современных климатических моделей
17 июня 2027 г.
Учёные постарались выяснить, насколько точно точные модели километрового масштаба воспроизводят штормы. Работа опубликована в журнале Advances in Atmospheric Sciences.
Традиционные глобальные климатические модели были похожи на ранние цифровые камеры – у них было всего около десяти тысяч пикселей для покрытия всей планеты. При таком низком разрешении крупные штормовые системы выглядели как размытые пятна. Нельзя было определить их точную форму, продолжительность существования или места выпадения сильнейших осадков.
В подобных моделях использовались приблизительные оценки, так называемые «схемы параметризации конвекции». Модели показывали слишком много мороси, пропускали экстремальные ливни, ошибались во времени выпадения дождя и не могли воспроизвести крупные скопления гроз, известные как мезомасштабные конвективные системы. Именно эти системы являются причиной большинства ливневых паводков, разрушительного ветра и сильнейших ливней.
Модели нового поколения имеют разрешение около 2,8 км, более чем 50 миллионов пикселей на глобальный слой. Этого достаточно, чтобы воспроизвести отдельные восходящие потоки гроз и полосы дождя, не прибегая к догадкам.
Учёные решили проверить точность ведущих моделей на примере лета 2020 года в Восточной Азии. В регионе прошли экстремальные ливни: были затоплены 10 провинций Китая, в Японии за три дня выпало 1000 мм осадков, а в Южной Корее сезон дождей длился 54 дня вместо обычных 32-х. Испытывались шесть глобальных километровых моделей, представленных участниками Хакатона по глобальному моделированию километрового масштаба Всемирной программы исследований климата: Европейским центром среднесрочных прогнозов погоды (IFS), Институтом Макса Планка (ICON), Метеорологическим бюро Великобритании (UM), Министерством энергетики США (SCREAM), Токийским университетом (NICAM) и Китайской академией наук (CAS-ESM).
Международная исследовательская группа под руководством Китайской академии метеорологических наук (CAMS), Пекинского педагогического университета, Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Института физики атмосферы КАН сравнила результаты моделирования с данными спутниковых наблюдений.
«Хорошая новость заключается в том, что эти модели в основном правильно передают общую картину: где выпадают осадки от мезомасштабных конвективных систем, как долго длятся штормы, как быстро они движутся и какова их суточная динамика», – сказала Хуан Сяотун, первый автор исследования и магистрант Китайской академии метеорологических наук.
Модели успешно воспроизвели общее пространственное распределение осадков от мезомасштабных конвективных систем. Они также зафиксировали мелкие детали, включая продолжительность существования систем, скорость их распространения, их площадь, интенсивность осадков и суточный цикл штормовой активности.
При этом модели демонстрировали одни и те же систематические ошибки. В частности, по сравнению со спутниковыми наблюдениями модели генерировали слишком много мезомасштабных конвективных систем, преимущественно с коротким периодом существования. Моделируемые штормы длились не так долго, как реальные. Площадь, на которой шёл дождь, систематически занижалась. В пределах узкого ядра модели также показывали слишком высокую интенсивность глубокой конвекции и выпадения осадков.
Исследователи выражают уверенность в том, что знание об этих ошибках поможет улучшить следующее поколение глобальных моделей.
Источник: EurekAlert / Институт физики атмосферы КАН.
Метки: атмосфера Земли, климат, зарубежные исследования