Model klimatyczny

Model klimatu jest modelowanie matematyczne z klimatu na danym obszarze geograficznym.

Historycznie, pierwszy model atmosferyczny pochodzi z 1950 roku i został przetestowany na pierwszym istniejącym komputerze, ENIAC . Począwszy od 4 -tego  raportu IPCC ( 2007 ), liczba niezależnych modeli stosowanych przez różne laboratoria na całym świecie było 23 klimatologii.

Wiele typów modeli różniących się złożonością. Najprostsze pozwalają na bardzo dobre zrozumienie tego, co się dzieje; te najbardziej złożone pozwalają zbliżyć się do rzeczywistości.

Opis

Istnieją różne typy modeli, od prostego bilansu energetycznego po modele globalnego systemu Ziemi, przedstawiające w złożony sposób różne elementy systemu Ziemi - atmosferę, ocean, lód morski, biosferę kontynentalną itp. - oraz ich interakcje.

Wśród modeli wyszczególnionych w 5 -tego raportu IPCC są:

Ogólne modele obiegowe

Model ogólnej cyrkulacji obejmuje atmosferycznej i oceanicznej cyrkulacji na skalę planetarną . Istnieją również różne złożoności, z których najprostsza jest w stanie modelować tylko cyrkulację atmosferyczną według równań Naviera-Stokesa, a bardziej złożona biorąc pod uwagę wiele parametrów, takich jak szorstkość podłoża, roślinność, wulkanologia ...

Klasyczna konstrukcja modelu

Modele klimatyczne opierają się na podstawowych prawach fizyki, czyli zasadzie zachowania energii , masy i pędu . Prawa te, zastosowane do płynów (powietrze dla atmosfery i woda dla oceanu) i ujęte w postaci równań, są znane jako równania Naviera-Stokesa . Równania te są następnie upraszczane przez umieszczenie ich w ramach pewnych przybliżeń. Podstawą modelu są te uproszczone równania, zwane równaniami pierwotnymi . Do modelowania cykli biogeochemicznych narzuca się stosunek Redfielda i dlatego często stanowi jedno z podstawowych równań.

Te równania należy następnie zaimplementować na komputerze. Dla tego :

Na koniec tego procesu model jest testowany pod kątem obserwacji terenowych, co ostatecznie ulepsza poprzedni model.

Aplikacje

Wybór modelu zależy od zadanego pytania naukowego. Modele te pozwalają między innymi na:

Niepewność i wycena

Modele klimatyczne są niedoskonałe. Głównym źródłem niepewności w modelach klimatycznych jest parametryzacja, która umożliwia uwzględnienie procesów fizycznych w skali mniejszej niż w przypadku komórki modelowej.

Konfiguracja siatek (na których równania fizyczne są dyskretyzowane) i dobór parametrów są specyficzne dla każdego modelu. Powoduje to różnice w danych wyjściowych, które pozwalają oszacować niepewność wynikającą z tych niedoskonałości. Ta niepewność jest uwzględniana w prognozach klimatycznych.

Wszystkie modele klimatyczne są oceniane poprzez porównanie ich z obserwacjami. To porównanie modelu z obserwacją uwzględnia niepewności dotyczące symulacji, ale także obserwacji (w szczególności związanych z ograniczonym próbkowaniem). Ocena dotyczy w szczególności:

Postęp techniczny i liczba modeli

Prognozowanie klimatu zostało zrewolucjonizowane dzięki postępom w modelowaniu, które zostały wzmocnione przez pojawienie się sztucznych satelitów, które zbierają wiele danych o stanie atmosfery (wilgotność, zachmurzenie , temperatura itp.), A także dzięki rozwojowi pogody. stacje naziemne.

W klimatologii decydujące znaczenie ma również moc obliczeniowa komputera . Zwiększając wykładniczo, można było dodać więcej parametrów do modelu i zmniejszyć siatkę na gruncie. Czas jednomiesięcznej symulacji ewolucji został podzielony przez ponad 100 w ciągu 20 lat (od 1980 do 2000 ). Stosowanie superkomputerów jest obecnie normą. Programy badawcze finansowane przez G8-HORC mają obecnie na celu aktualizację modeli, aby móc jak najlepiej wykorzystać przyszłe eksaflopyczne superkomputery .

Modele klimatyczne są jednym z podstawowych narzędzi wykorzystywanych przez ekspertów IPCC do obliczania prawdopodobnych konsekwencji globalnego ocieplenia .

Począwszy od 4 -tego  raportu IPCC ( 2007 ), liczba niezależnych modeli stosowanych przez różne laboratoria klimatologii było 23 na świecie. Liczba ta wzrosła od tego czasu, aby przygotować 5 th  raport i dla 6 -tego  raportu (z powodu w 2021 roku).

Ostatnia tendencja polega na tym, że przy tych samych danych wejściowych modele nowej generacji (teoretycznie znacznie dokładniejsze) mają tendencję do przewidywania wyższych temperatur niż starsze (prostsze) modele.

W związku z tym, aby podwoić poziom CO2 w powietrzu w porównaniu z poziomami sprzed epoki przemysłowej, pierwsze modele ogłosiły +1 ° C w 2100 r., Ale druga generacja modeli sugerowała, że ​​między 2020 a 2070 rokiem +1 ° C zostanie już osiągnięte, a następnie Trzecia generacja symulacji opierała się na mocy obliczeniowej zwiększonej przez połączone użycie tysięcy komputerów, stwierdzając, że ocieplenie może osiągnąć 3 ° C w 2100 roku. Następnie modelowanie (Climateprediction.net) przewidziane wmarzec 2012(w Nature. Geoscience), że +1,4 ° C do +3,0 ° C może zostać osiągnięte już w 2050 r. Ta trzecia generacja modeli przewidywała +2 ° C do +4,5 ° C pod koniec wieku (kiedy klimat system jest zrównoważony). Jednak w 2019 roku co najmniej osiem modeli nowej generacji opracowanych i przetestowanych przez główne ośrodki naukowe w USA, Wielkiej Brytanii, Kanadzie i Francji stwierdza, że ​​+ 5 ° C (a nawet więcej) można osiągnąć w 2100 roku. Nawet projektanci tych modeli uważa, że ​​takie ocieplenie jest mało prawdopodobne. Jedna z hipotez głosi, że w modelu symulacyjnym systemu Ziemi występuje błąd (ale bardziej precyzyjny niż kiedykolwiek wcześniej). Wkwiecień 2019, to uprzedzenie nie zostało jeszcze zidentyfikowane.
Wrażliwości klimatycznej modeli można by mniej podkreślić w szóstej ocenie klimatu w Stanach Zjednoczonych, na rzecz badania ograniczeń związanych ze starożytnym klimatem w odniesieniu do współczesnych obserwacji.

Uwagi i odniesienia

  1. (en) Gregory Flato, IPCC, 2013: Zmiany klimatu 2013: Podstawy Nauki fizyczne ( czytać on-line ) , rozdz.  9 („Ocena modeli klimatycznych”) , s. 746
  2. (w) Claussen M. , Mysak L. Weaver A. i Crucifix M. , „  Modele systemu Ziemi o średniej złożoności: zamykanie luki w spektrum modeli systemów klimatycznych  ” , Climate Dynamics , vol.  18, n o  7,1 st marca 2002, s.  579-586 ( ISSN  0930-7575 i 1432-0894 , DOI  10.1007 / s00382-001-0200-1 , odczyt online , dostęp 14 września 2018 )
  3. (en) IPCC, 2013: Zmiany klimatyczne 2013: podstawy nauk fizycznych. ( czytaj online ) , rozdz.  9 („Ocena modeli klimatu”) , s.  748
  4. (w) Adam C. Martiny , TA Chau Pham , W. Francois Primeau , Jasper A. Vrugt , J. Keith Moore , Simon A. Levin i Michael W. Lomas , „  Silne równoleżnikowe wzory w elementarnych proporcjach planktonu morskiego i materia organiczna  ” , Nature Geoscience ,17 marca 2013 r( DOI  10.1038 / ngeo1757 )
  5. (w) Gregory Flato, IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis ( czytaj online ) , rozdz.  9 („Ocena modeli klimatycznych”) , ramka 9.1, str. 749
  6. (w) „  Zmiany klimatu 2013 - podstawy nauk fizycznych  ” , Cambridge Core ,2009, s.  746 ( DOI  10.1017 / cbo9781107415324 , czytaj online , dostęp 12 września 2018 )
  7. „  9.1.2 Czym jest wykrywanie i atrybucja zmian klimatu? - AR4 WGI Rozdział 9: Understanding and Attributing Climate Change  ” , na www.ipcc.ch (dostęp 12 września 2018 )
  8. (en) IPCC, 2013: Zmiany klimatyczne 2013: Podstawy nauk fizycznych: modele klimatyczne i przerwa w globalnym ociepleniu średniej powierzchni ostatnich 15 lat ( czytaj online ) , rozdz.  9 („Ocena modeli klimatycznych”) , ramka 9.2, s. 769
  9. Aurore Voldoire i Pascale Braconnot, Klimat: modelowanie do zrozumienia i przewidywania ,  str. 17, str. ( czytaj online )
  10. Bob Yirka (2012) Nowa symulacja przewiduje wyższe średnie temperatury Ziemi do 2050 roku niż inne modele  ; Phys.org
  11. Voosen Paul (2019) Nowe modele klimatyczne przewidują wzrost ocieplenia / Science News - dogłębnie Global Warming | Nauka |19 kwietnia 2019 r:Lot. 364, wydanie 6437, str. 222-223 | DOI: 10.1126 / science.364.6437.222

Zobacz też

Powiązane artykuły

Linki zewnętrzne