Vad kommer vädret att vara som nästa vecka, nästa säsong eller i slutet av seklet? I avsaknad av en andra jord att använda i ett experiment är globala väder- och klimatmodelsimuleringar det enda verktyget vi måste svara på dessa frågor.

Att ha tillgång till denna information är avgörande för samhället, regeringen och industrin för att fatta välgrundade beslut - detta inkluderar sektorer som turism, naturresurshantering, jordbruk och akuttjänster för att nämna några.

Vädret och klimatet kan aldrig vara helt förutsägbart men vetenskapen har nu kommit tillräckligt långt för att vi ska vara mer övertygade när det gäller att veta om det kommer att regna i eftermiddag och för att projicera vad Australiens klimat kan se ut som många årtionden i framtiden.

Vi blir också bättre på att förutse nästa säsong eller två, så att vi kan vara mer beredda att svara på ytterligheterna i väder som cykloner, värmeböljor och översvämningar som redan påverkar australiensiska samhällen.

{vimeo}119920008{/vimeo}

Ser framåt

Generella cirkulationsmodeller (även kallade globala klimatmodeller) är byggda med hjälp av matematiska representationer av det dynamiska jordsystemet. Deras grundämnen är baserade på fysikens lagar, inklusive bevarande av massa, energi och fart. Dessa modeller representerar, i tre dimensioner, atmosfärens och oceanens storskaliga cirkulationer, såsom framsteg av hög- och lågtryckssystem och storskaliga oceaniska strömmar. Modellerna inkluderar också kryokfären (snö och havsis) samt markytan.

Klimatmodeller hjälper oss att förstå vårt nuvarande väder och klimat och låter oss också överväga rimliga framtida scenarier om hur klimatet kan förändras. De genererar simuleringar för att berätta vad som hände eller vad som kan hända under en rad olika scenarier, till exempel för koncentrationer av växthusgaser.

Även om modeller som används för väderprognos och klimatapplikationer delar samma grundämnen är de lite annorlunda.

Vädermodellerna körs vid högre rumslig "upplösning" och innehåller den allra senaste uppsättningen satellit- och markmätningar med hjälp av avancerade dataassimileringsmetoder. Detta definierar utgångspunkten från vilken modellen förutspår utvecklingen av väderhändelser under nästa vecka eller så.

Klimatmodellerna försöker inte förutse det exakta "vädret" på en viss dag, månader eller år framåt (vilket är omöjligt), men snarare förutsäga "statistiken" av vädret (dvs. "klimatet"), såsom de genomsnittliga villkoren, över en årstid eller trender över årtionden.

Medan generella cirkulationsmodeller simulerar storskaliga jordsystemprocesser finns det vissa processer som molnbildning och regnfall, som förekommer i små vågar och gör förändringar i jordsystemet svårt att förutsäga perfekt.

Trots dessa utmaningar har kontinuerliga förbättringar av modeller (t.ex. högre upplösning, bättre representation av fysiska processer och förbättrad användning av data, särskilt från satelliter) under de senaste tre decennierna förbättrat vår förmåga att förutsäga väder och göra klimatprognoser.

Det finns nu över 40 globala klimatmodeller runt om i världen. Dessa modelleringsgrupper använder en gemensam uppsättning växthusgas- och aerosolscenarier, kallad Representativa Koncentrationspathways. Detta samordnade tillvägagångssätt möjliggör en jämn jämförelse mellan prognoser över de tusentals modellsimuleringar för vilka data som finns tillgängliga.

På samma sätt verifierar väderprognoscentra dagliga väderprognoser med hjälp av internationellt definierade mätvärden som gör det möjligt att göra en jämförelse mellan förutsägelserna från centren.

De representativa koncentrationsvägarna faller i tre kategorier:

• höga: växthusgasutsläppen fortsätter att stiga under det 21-talet utan minskning, med en minskning av aerosoler

• mellanliggande: växthusgasutsläppen toppar därefter

• lågt: växthusgasutsläppen spetsar snabbt och sjunker sedan snabbt till mycket låga värden (ett starkt minskningsfall).

Oavsett vilket modell- eller växthusgasscenario vi använder är en tydlig och robust uppvärmningssignal tydlig i prognoserna för framtida klimat, större för högemissionsscenarier. Modellerna projekterar också skillnader i tid och omfattning av uppvärmning och en rad förändringar i nedbörd och andra element.

Så snarare än en enda klimatframtid måste vi överväga en rad möjliga terminer.

Vilka modeller är bäst?

Alla klimatmodeller går igenom noggrann utvärdering för att bestämma i vilken utsträckning de kan representera det dagliga vädret, och tidigare och nuvarande klimat.

Det finns många tester utförda för att bedöma en klimatmodells prestanda. Forskare kan till exempel bedöma hur bra modellen simulerar historiskt klimat (som genomsnittligt australiskt nederbörd under de senaste 20-åren) eller modellens förmåga att representera eller förutsäga specifika egenskaper som monsunutbrott, El Niño eller vägarna för tropiska cykloner .

Forskare som undersöker effekterna av framtida klimatförändringar kan besluta att välja en delmängd av modeller baserade på prestanda. Att välja den "bästa" modellen eller delmängden av modeller beror dock på vilken prestationsmått du använder.

Till exempel visade den senaste utvärderingen av klimatmodeller för australiska förhållanden att det inte finns någon fast "delmängd" av klimatmodeller som kan representera alla viktiga aspekter av klimatet bättre än att helt enkelt använda hela uppsättningen tillgängliga modeller.

Klimatprojektionerna kommer ofta med ett mått på förtroende, baserat på fysisk förståelse, robusthet av modellprognoser och konsistens av prognoser med observerade trender eller tidigare förändringar. Klimatmodellernas prestanda i förhållande till tidigare klimat är en avgörande faktor när det gäller att skapa vår förtroende för framtida projicerade förändringar. Förtroendet för Australiens senaste prognoser är en ny och användbar funktion för att bedöma utbudet av projicerade förändringar i Australiens framtida klimat.

Australiens världsledande klimatmodell

Time-serie för australiensisk genomsnittstemperatur för 1910-2090 som simulerad i CMIP5-modeller, i förhållande till 1950-2005-medelvärdet. Bureau of Meteorology observationer visas i tjockbrun och en serie från en typisk modell (ACCESS1-0) visas fram i ljuset lila. Skuggningen representerar spridningen bland alla modeller för den historiska perioden (gråskuggning) och framtida period (lila höga utsläpp, blå - mellanliggande, gul - låga utsläpp). För mer information om prognoser, se kapitel 7 i NRM Tech Report: (http://www.climatechangeinaustralia.gov.au/en/publications-library/technical-report/) Klimatförändring i Australien

Australiens egen klimatmodell, australiensiska klimat- och jordsystemsimulatorn, eller ACCESS, visas konsekvent av nationella och internationella grupper för att vara bland de mest framstående modellerna inom en rad klimatfunktioner som är viktiga för Australien.

ACCESS utvecklades gemensamt av presidiet för meteorologi och CSIRO genom sitt forskningspartnerskap, centrum för australiensiskt väder- och klimatforskning. Det utvecklades i samarbete med australiensiska universitet och UK Met Office med stöd från miljöavdelningen. ACCESS är speciellt utformad för både väderprognos och klimatsimulering.

I "Weather Mode" används ACCESS av Bureau of Meteorology för att ge Australiens väderprognoser. Tack vare ACCESS är presidiets fyradagars prognos nu lika exakt som tredagsprognosen var för bara tio år sedan. Jämförelser med prognoser från utomeuropeiska operationscentra visar att ACCESS är bland de mest framstående modellerna i världen.

Klimatversionen av ACCESS användes för att generera klimatprognoser som Australien lämnat till nyligen samordnade internationella klimatförändringsexperiment och till stöd för den senaste 5-utvärderingsrapporten från den intergouvernella panelen för klimatförändringar (IPCC).

ACCESS kommer att fortsätta utvecklas och förbättras, omfatta och modellera jordens komponentsystem med större detalj och precision.

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen
Läs ursprungliga artikeln.

Om Författarna

Dr Kamal Puri är forskningsprogramledare för jordsystemmodelleringsprogrammet vid avdelningen för avdelningen för meteorologiforskning och utveckling. Dr Puri har en doktorsexamen i fysik utdelad av University of Manchester (Storbritannien). Som programledare har han ansvaret för utvecklingen av australiensiska klimat- och jordsystemsimulatorn (ACCESS), som är en helt kopplad jordsystemmodell som utvecklats i samarbete med CSIRO och stöd från australiensiska universitet.

Aurel Moise är senior forskare som arbetar i FoU-avdelningen vid Bureau of Meteorology under de senaste 11 åren. Mitt forskningsintresse inkluderar olika ämnen som fångats under bannern för klimatvariation och förändring