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英国闪电镇 - 英国英国
闪电在英国朗塞斯顿镇。 信用:克里斯罗宾斯/ alamy股票照片。
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2021年4月12日事故

嘉宾帖子:“高分辨率”气候模型将如何帮助欧洲应对极端天气

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04.12.21
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12.04.2021 |下午2:51
客人的帖子 嘉宾帖子:“高分辨率”气候模型将如何帮助欧洲应对极端天气

“对流”风暴会造成地球上一些最剧烈的天气,包括极端降雨、冰雹、闪电和强风。除了照亮天空,这些风暴还经常造成灾难性的破坏。例如,在欧洲,成本上升到每年数十亿欧元

科学家期待由于气候变暖,对流风暴的频率和强度将变化。并理解这些变化对于确保极端天气的关键基础设施的恢复性至关重要。

然而,准确的对流天气预测需要“高分辨率”气候模型.然而,气候服务往往缺乏这样详细的数据,而且通常是建立在可用的粗糙气候模型输出上。

因此,适应规划 - 例如,城市洪水管理,对太阳能电池板和作物的摩托损坏以及对电力网络的闪电影响 - 通常留给粗糙的假设。

幸运的是,新一代气候模型 - 被称为“对流允许的模型”(CPMS)(CPMS) - 我们正在进行对极端高撞雾天气变化的能力的一步变化。

在一双新的论文发表在气候动力学,我们展示了近期利用CPMS的进步如何在欧洲的气候变化风险评估中带来一步变化。

高分辨率模型

为了模拟地球的气候,一个模型将地球的表面和覆盖的大气划分成一个巨大的网格。然后,该模型为每个网格单元计算气候变量,如温度、湿度和降雨量。

全球模型的网格间距通常为10-100公里。建模者必须在小网格单元的附加细节和高分辨率模型运行所需的更大计算能力之间找到平衡。

“对流允许的模型”(CPMS)是地球气候的非常高分辨率模型,具有小于5km的网格间距。CPMS更好​​地代表大气中的小规模过程。顾名思义,这包括对流 - 许多破坏性极端天气事件中的一个关键过程。(您可以在Lizziekendon博士之前阅读更多关于对流和CPMS的更多信息乐动体育下载app篇文章)。

这种改进的细节水平在下面的地图中示出。它们显示伦敦地区由12公里格栅盒覆盖,表示典型的区域气候模型(左),与CPMS(右)中使用的2.2km格栅盒相比。

伦敦地图比较12km和2.2km气候模型网格箱的尺寸
伦敦地图比较12km(左)和2.2km(右)气候模型网格盒的尺寸。信用:英国遇见办公室。

CPMS广泛用于天气预报,但超级计算能力的增加意味着对于长期气候预测,它们越来越多地成为经济实惠,例如英国气候预测(UKCP)和欧洲气候预测系统(EUCP)项目。

UKCP和EUCP分别为英国和欧洲提供未来几十年的高分辨率气候模拟,可用于基于风险的规划。

例如,山洪暴发——主要是由次日的强降雨造成的——是最严重的可能会变得更频繁在未来欧洲。城市具有特别高的脆弱性,具有城市洪水的风险和暴露的人数预计将增加

cpm首次为短期极端降水的未来变化提供了可靠的预测。我们的研究显示夏季每小时的降雨比之前预想的更强显示超过关键洪水警报阈值的频率有显著变化。

CPMS还表明了传统的气候模型可能会低估冬季平均降雨量的变化,冬季对流阵雨是一个关键因素。

利用其更详细的过程表示,cpm成功地模拟了强对流风暴的关键物理过程。这包括解决风暴中的气流——被称为上升气流和下降气流——和更好地表示冰雹,软冰雹("格拉努尔”)和闪电。

准确模拟冰的过程对于正确模拟风暴中的电荷非常重要。例如,最近的研究这表明,包括这些过程可以导致未来的闪电变化投影与在早期工作中发现的相反的迹象。

CPMS还提供有关逆极数的未来变化的新信息和“sting-jets“。STING Jets是一些旋风内发现的非常高风速的核心,并且需要高分辨率模型以获得充分代表。他们负责一些最损害的人表面狂风, 如那个1987年的英国大风暴

理解CPM预测的不确定性

我们从CPM预测到达迄今为止的大部分时间都基于给定区域的一个CPM的模拟。但是,通过为同一地区运行几个不同的CPM - 每个由不同的气候建模中心开发 - 我们可以测试我们的结果是多么强大,并更多地了解未来的高影响天气中的不确定性。

收到我们的自由乐动体育官网对于过去24小时的气候和能量媒体覆盖范围的摘要,或我们的摘要每周简报这是我们过去七天的内容汇总。请在下面输入您的电子邮件:

针对欧洲的一套新的多模型CPM预测使我们能够首次评估这种不确定性,并提供了一种用于风险评估的新一代气候预测的一瞥。

这些新预测是两个项目 - EUCP之间的综合努力的结果,前面提到的CORDEX-FPSCONV,这是“旗舰飞行员对欧洲对流现象和地中海”下的“协调区域气候镇压实验“。

来自22种不同气候建模团体的联合团队为阿尔卑斯山区的单个公共区域运行不同的CPM模型,也包括地中海的一部分和一些往往受短持续时间极端降水影响的邻近的陆地区域。这些极端可能会导致灾难性的洪水,尤其是发生在该地区典型的小而陡的河流集水区。

这一地区的特点是非常复杂的地理,包括一个被城市化的海岸线和复杂的山地系统包围的近乎封闭的海洋。这使得它在粗糙尺度的气候模型中特别具有挑战性,并且是一个很好的cpm测试案例。

The-greater-Alpine-region-studied-using-the-multi-model-CPM-ensemble
采用多模型CPM集合对大阿尔卑斯地区进行了研究。资料来源:Ban等人(2021).

高山案例研究

研究的第一部分评估了多模式CPMs在当今阿尔卑斯地区代表气候的现实程度。

先前的研究个别模型已经证明了cpm在表示降雨方面的显著改进,特别是在降雨的时间和极端天气的强度方面。

我们的多模型研究证实,这些改进中的许多改进均在不同的CPMS中一致,给予我们对调查结果的信心。特别是,CPMS始终如一地代表降雨的发生和高影响极端事件的强度 - 解决粗略分辨率模型的长期问题。

下面的地图显示了3公里尺度的CPMs如何清楚地捕捉到夏季强降雨事件的强度,比前一代(12公里)模型要好得多。

高寒地区夏季强降水分别为3km和12km模式。
高寒地区夏季强降水分别为3km和12km模式。信贷:Nikolina禁令。

在高山地区,对流通常在下午晚期产生沉淀,并且降雨的每日时机也始终捕获。

第二部分看着极高排放场景中降雨的变化RCP8.5到本世纪末已经有12次模拟了。这一致表明,当我们使用CPM时,未来夏季和秋季暴雨强度的增加会增强。

此外,当我们在模型上看结果的传播时,我们认为与等效较粗糙型模型相比更确定。这种情况下减少了结果 - 以及更准确地提高了模型代表小规模过程的提高的信心 - 提供CPMS可以采取的承诺来减少未来降雨投影周​​围的不确定性。

在EUCP中,我们现在开始采用新的多模式CPM预测,在一些关键影响地区提供更好的气候变化信息。

在欧洲阿尔卑斯山地区,破坏性的山洪主要是由当地持续时间短的强烈暴雨造成的。通过将CPMs的高时空分辨率输出与公里分辨率水文模型相结合,我们可以开始评估此类事件的未来变化。

对阿尔卑斯山流域的早期研究结果——最初使用的是单个CPM的数据——表明,在高排放情景下,这种山洪暴发的频率和规模将比现在增加。集成的CPM预测意味着我们现在可以测试这个结果有多可靠——它允许我们对未来山洪变化的不确定性作出初步估计。

下一个步骤

通过eucp,大陆欧洲大部分地区的CPM投影的小型多模型集合将很快提供。这将产生新的机会,探索未来的天气极端,他们对欧洲其他地区的影响和不确定性。

就英国而言,这是由英国气候预测补充的,其中包括12型号的集合由英国气象局哈德利中心不同版本的全球气候模型驱动,其分辨率为2.2公里。

EUCP多模型预测以前所未有的规模提供了丰富的信息,以了解未来高影响天气事件的未来变化的不确定性。

山洪只是几个影响地区之一,在这些地区,来自cpm的新信息将极具价值。由于对地表和土壤湿度的更详细描述,我们还可以期待对干旱和热浪有更多的新见解。其他重要领域包括气候变化对发电的影响(如风能用于可再生能源)和输电的影响(包括冰雹和闪电对电力基础设施的影响)以及对城市热量和人类健康的影响。

然而,新的信息也呈现一些新的科学挑战乐动体育 英超.cpm仍然需要太多的计算能力,使我们能够运行足够大的集合来完全代表欧洲所有地区的不确定性。

对于欧洲的大多数地区,集合尺寸不能像阿尔卑斯山一样大,并且需要新的发展来完全利用来自有限数量的CPM模拟,并通过来自较大的粗糙分辨率气候模型的信息合成这一点。

幸运的是,一些建模小组已经在寻求混合技术,将CPM建模与统计方法(如机器学习)结合起来,以提供更全面的投影不确定性。

Ban, N.等人(2021)首个公里尺度区域气候模拟多模式集成,第一部分:降水评价,气候动力学。doi: 10.1007 / s00382 - 021 - 05708 - w

Pichelli, E. et al.(2021)首个公里尺度区域气候模拟多模式集成,第2部分:降水的历史和未来模拟,气候动力学,doi: 10.1007 / s00382 - 021 - 05657 - 4

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