site.btaКлиматични сценарии, глобални и регионални климатични модели - анализ на НИМХ

EZ 15:37:31 08-10-2021
HT1535EZ.023
Климат - България

Климатични сценарии, глобални и регионални климатични модели - анализ на НИМХ
София, 8 октомври /БТА/
Климатичният сценарий (КС) представлява правдоподобно (макар и схематизирано) представяне на бъдещия климат, изготвено чрез отчитане на всевъзможните аспекти на антропогенното въздействие и естествената климатична изменчивост под влияние на други фактори (светимост на Слънцето, респективно слънчева константа, орбитални характеристики и пр.). Той е консолидираният израз на резултата от съвместната работа на многобройни научни екипи, съставени от експерти от много области в целия свят, съобщиха от Националния институт по метеорология и хидрология. КС не бива да се разглежда като климатична прогноза или някакъв аналог на метеорологичната прогноза най-малко по две причини:

- Оценката на антропогенното въздействие се основава на проекция в бъдещето на глобални социално-икономически характеристики като ръст на населението, макроикономика и енергетика, земеползване и пр. които имат най-общ и по-скоро схематичен характер.
- КС не отчита трудно прогнозируеми, но с потенциал за огромно въздействие фактори (класическият пример е изригване на вулкан и последваща глобална зима).

Фокусът на климатичните сценарии е върху антропогенното въздействие върху климата поради очевидния факт, че само то е подчинено на съзнателната човешка воля, респективно планиране.

Концепцията за климатичните сценарии е с около 40-годишна история като досега съществуват 5 поколения групи сценарии, изготвени под егидата на IPCC и представени в регулярните оценъчни доклади (Assessment Reports - AR), като четвъртото се ползва понастоящем с най-голяма популярност. То се нарича с обобщаващото име Representative Concentration Pathways (RCPs), описано е през 2010 и е използвано в петия оценъчен доклад AR5. Има четири принципни разлики между RCP сценариите от една страна и предходните три поколения от друга като ще изложим за краткост само първите две най-съществени.

Първата е естеството на сценария - RCP сценариите са радиационни, за разлика от предходните три поколения, които са емисионни. Съществуват 4 RCP - сценария: RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 и RCP8.5 като числото в името е промяната през 2100 година (спрямо пред индустриалната епоха) на радиационното въздействие (т.е. лъчистия поток) върху климатичната система във ват на квадратен метър. Тези стойности са фиксирани и се изготвят ретроспективни (от 2100 към 2010) линии на развитие на обобщения антропогенен фактор, който би имал резултантен радиационен ефект равен на зададения. Четирите сценария могат, макар и условно, да се разделят в три групи: RCP2.6 (оптимистичен), RCP4.5 и RCP6.0 (реалистични) и RCP8.6 (песимистичен). Осреднената проектна атмосферна концентрация на парникови газове (CO2 еквивалент в обемни части на милион) през 2100 е 421 за RCP2.6, 650 за RCP4.5, 850 за RCP6.0 и 1370 за RCP8.5. Трябва да се подчертае, че оптимистичният сценарий предвижда достигане на максимална концентрация преди края на века (по-точно около 2050), реалистичните предвиждат стабилизация на нивата към 2100, а песимистичният - продължаващо увеличение на концентрациите и след този времеви хоризонт. В основата на емисионните сценарии са макроикономиката и най-вече енергопотреблението. Така например поколението AR4 SRES включва сценарии на интензивно, средно високо, средно ниско и предимно ниско потребление на изкопаеми горива, означени съответно A1FI, A2, B2 и В1.

Втората съществена разлика е обстоятелството, че сценариите RCP 2.6, 4.5 и 6.0 отчитат явни политики за смекчаване (митигация) на неблагоприятното антропогенно въздействие. Дори при песимистичния сценарий (RCP8.5), при който се предполага по-нататъшен ръст на концентрацията на парникови газове (главно в резултат на значителна употреба на изкопаеми горива) проектира намален темп на емисиите след 2050 година. Всички RCP сценарии предполагат и съществено намаление на атмосферните аерозоли.

В заключение трябва да подчертаем няколко важни факта относно сценариите RCP:
o Механизмът на въздействие върху климатичната система при всички сценарии, независимо от сложността им, се свежда до емисии в атмосферата на вещества, влияещи на радиационния топлообмен - парникови газове и аерозоли.
o При всички сценарии имаме, макар и с различен темп през различните десетилетия, увеличение на концентрациите на парниковите газове спрямо пред индустриалната епоха, а от това неминуемо следва ръст на средната температура на тропосферата в глобален мащаб.
o Единствено при реализация на оптимистичния сценарий могат да се постигнат основните цели на Парижкото споразумение - Рамкова конвенция на ООН по изменение на климата (първото всеобщо, правно задължително световно споразумение за климата), а именно ограничаване на глобалното затопляне до по-малко от 2 градуса до 2050 г., респективно 1,5 градуса в края на 21-ви век сравнено с периода преди индустриализацията.

Осреднените глобални тенденции не са представителни за дългосрочните изменения на регионалния/локалния климат. "Екстраполацията" на резултати от един към друг пространствено-времеви мащаб е методологически неиздържано. Съществуват много примери на съществена разлика в динамиката на глобалния и регионалния климат (в някои, макар и редки случаи, дори до тенденции с противоположен знак!).

Атмосферата е непрекъсната газова среда и състоянието й в даден момент време, както и изменчивостта в пространството и времето се описват посредством фундаменталните физически закони на термо- и хидродинамиката. Тези закони в случая на атмосферната циркулация се изразяват математически чрез система от частни диференциални уравнения, която както в общия, така и в практически всеки значим за реалността случай, няма аналитично решение. Това налага прилагането на методически подход от областта на числената математика - съставяне на числени симулационни модели. Подходът, освен че е физически съдържателен, е и изключително продуктивен, което определя крайгълното му положение в почти всички направления на съвременната метеорология. Примерите в тази посока са много, можем да посочим само успехите на кратко- и средносрочната прогноза на метеорологичното време - тази област е доминирана от численото симулиране вече няколко десетилетия, както по света, така и у нас.

Понастоящем съществува световен научен консенсус около становището, че числените модели за миналото, настоящето и бъдещето на общата атмосферна циркулация (ОАЦ), както и двупосочното взаимодействие на атмосферата с другите геофизични среди (хидро- и литосфера, ледената обвивка - криосферата) са най-съдържателният от физико-математическа гледна точка и затова методологически най-издържан подход на описание. В климатологията числените модели се разделят най-общо на глобални (General Circulation Models - GCM, ГЦМ) и на регионални (Regional Climate Models - RCM, РКМ), според областта върху която се решават (интегрират) уравненията на термо-хидродинамиката.

Международната инициатива CMIP (англ.: Coupled Model Intercomparison Project, https://www.wcrp-climate.org/wgcm-cmip) е резултат от отвореното сътрудничество между водещите световни научни центрове-разработчици на ГЦМ. Най-общо казано, CMIP е стандартен експериментален протокол-конвенция за изследване на резултатите от числените симулации с ГЦМ като предоставя и общностно базирана и потребителски ориентирана е-инфраструктура за диагностика, валидизация, сравнения, документация и достъп до данни. В петата фаза на проекта (CMIP5) участват над 20 ГЦМ.

Последните десетилетия от развитието на българската климатология се характеризират с усвояване и утвърждаване на принципно нови научни методи, сред които и численото симулиране на регионалния климат. Идеята за използване на модели над ограничена територия се базира на концепцията за еднопосочно "загнездване" (one way nesting) или още известни като динамична телескопизация (dynamical downscaling) на глобалните модели, т.е. създават се регионални модели с по-висока (спрямо тази на глобалния) разделителна способност. Основното предимство на регионалните климатични модели е способността им да симулират мезомащабни атмосферни процеси - например местни ветрове и орографски валеж.

Оценка на проектния бъдещ климат се извършва чрез числени експерименти - симулации с глобални и регионални климатични модели и входна информация от гореописаните климатични сценарии. По същество те представляват продължително интегриране на климатичния модел до установяване на устойчив режим на промени в атмосферната циркулация. Под промени в атмосферната циркулация се разбира, например в случая за умерените ширини, промени във възникването и развитието на системи от циклони и антициклони, водещи до характерните зимно-летни периоди. От физико-математическа гледна точка климатичните модели са сходни с прогностичните. Разликата на климатичния експеримент от прогнозата е, че при прогнозата съществено се използват начални условия, докато климатичният експеримент е задача без начални условия. Математическото естество на проблема налага да се започне от някакви начални условия, но след интегриране за период 1-2 години атмосферата влиза в режим, зависещ от външните условия и състава на атмосферата. Предполага се, че ако моделът е прецизен и параметризациите са адекватни, би трябвало за един исторически период да получим моделен "климат", който да е много близък до реално осъществилия се.

На 5 октомври тази година Кралската шведска академия на науките обяви носителите на Нобелова награда за физика за 2021 година (https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2021/press-release/ ). Половината наградата е присъдена на Сюкуро Манабе (Syukuro Manabe) и Клаус Хаселман (Klaus Hasselmann) "за физическото моделиране на климата на Земята, количествено определяне на изменчивостта и надеждно прогнозиране на глобалното затопляне", а другата половина на Джорджо Паризи (Giorgio Parisi) "за откриването на взаимодействието на хаоса и колебанията във физическите системи от атомни до планетарни мащаби". Награждаването на С. Манабе и Кл. Хаселман, двама изтъкнати учени със значителен принос в климатологията и численото моделиране, е преди всичко израз на огромното признание за успехите на науките за атмосферата от страна на световната общественост.

/ХТ/