菜单

社会渠道

搜索存档


附加选项
话题

日期范围

收到的最重要的物品的每日或每周汇总直接到您的收件箱,只需在下面输入你的电子邮件地址:

位于德国气候计算中心构成超级计算机“米斯特拉尔”计算机柜。信用:费利克斯·柯尼希/ DPA / Alamy图片社在线新闻
位于德国气候计算中心构成超级计算机“米斯特拉尔”计算机柜。 信用:费利克斯·柯尼希/ DPA / Alamy图片社在线新闻
气候模拟
2019年12月2日8点

CMIP6:新一代气候模型的解释

齐克Hausfather

齐克Hausfather

19年2月12日
齐克Hausfather

齐克Hausfather

二○一九年二月一十二日|8:00 AM
气候模型 CMIP6:新一代气候模型的解释

气候模型是主要的手段对科学家了解气候是如何改变了过去和将来可能会改变之一。这些模型模拟的大气层,陆地和海洋中非常详细的物理,化学和生物,并要求一些世界上最大的超级计算机生成的气候预测。

气候模式正在不断更新,为世界各地的一体化高不同的建模组空间分辨率,新的物理过程和生物地球化学周期。这些模拟工作组协调各地的时间表其更新政府间气候变化专门委员会(IPCC)评估报告,发布一套模型的结果 - 被称为“运行” - 在筹备阶段各去一次。

这些协调努力的一部分耦合模式比较计划(CMIP)。2013年IPCC第五次评估报告(AR5)从CMIP5特色的气候模型,而即将到来的2021第六届IPCC评估报告(AR 6)将有国家的最先进的新车型CMIP6。

CMIP6将由大约100个不同气候模型的“运行”组成49个不同的模型组。努力已经完成了一年晚点,而且似乎越来越不可能,所有的CMIP6车型将在时间列入AR6。

《碳简报》现在有足够的数据,可以对CMIP5以来情况的变化进行初步亚慱官网评估。这些模型运行着许多新的和更新的排放途径,探索了比CMIP5所包含的更广泛的未来可能结果。

虽然到目前为止,只有40个CMIP6模型的结果被公布,但很明显,其中一些模型的数据明显更高气候敏感性比CMIP5模式。这种更高的灵敏度有助于变暖本世纪更大的投影 - 左右0.4C到0.9C回暖比同类情形在CMIP5运行 - 虽然这些预测气候变暖可能会改变,因为更多的车型变得可用。研究人员仍在努力评估为何灵敏度值出现在最新一代的车型更高。

在该解释器,碳附图提供了在CMIP6正亚慱官网在使用的未来排放情景的概述。这包括气候敏感性的审查,过去和未来在CMIP6车型变暖公布,到目前为止,看看他们如何与CMIP5前一代车型进行比较。最后,本文将总结不同的实验,气候模型在CMIP6承担。

更新2020年6月17日:本文已更新,以包括更多的模型灵敏度估计,以及关于看着更高的灵敏度模型的可靠性最新研究一个新的部分。

未来排放情景

CMIP6代表了CMIP5大幅扩张,参与,研究的未来情景数目造型组的数量,并进行不同的实验的数量方面。

的目标CMIP是产生一组每个模型将运行标准模拟。这样的结果是在不同车型直接比较,看到那里的模型一致,并同意在未来的变化。一个通过模型进行仿真的主集的是未来气候情景,其中模型给出一组共同的温室气体,气溶胶和其它的未来浓度气候强迫项目什么可能发生在未来。

在通往给IPCC AR6,能源建模领域已经制定了一套新的不同的社会经济假设驱动的排放情景,这些都是“共享社会经济途径”程序(SSP)。其中的一些场景SSP已选定推动气候模型CMIP6。

具体而言,一组场景被选择,以提供范围端世纪初的不同气候变化结果。在IPCC AR5精选4代表浓度通路(的RCP),其检测不同的可能的未来的温室气体排放。这些情景 -RCP2.6RCP4.5RCP6.0RCP8.5- 在CMIP6新版本。这些更新的场景被称为SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP4-6.0,和SSP5-8.5,其中的每一个导致类似的2100辐射强迫作为它们在AR5中的前身。

也被用于CMIP6为了给期货的更广泛的选择为科学家以模拟一些新的场景。(蓝色虚线这些方案包括下面的图表,其示出了每年的二氧化碳排放量的每个情景下假定出到2100中的新的场景包括SSP1-1.9(紫色线),SSP4-3.4(蓝色固体),SSP5-3.4OS)和SSP3-7.0(橙色)。

在CMIP6特色的未来二氧化碳排放情景,以及历史的CO2排放(黑色)。阴影区域表示的范围内没有政策的基线情景。从数据SSP数据库;使用由碳简要图表亚慱官网Highcharts

一个主要的改进CMIP6情景是可能的基线“没有气候政策”的成果更好地探索。现有的气候模式在CMIP5功能只包括一个非常高的基线情景(RCP8.5)和一个相对小减缓情景与基线结果(RCP6.0)一致。尽管它是有点的大部分后续文献依靠RCP8.5作为唯一没有政策底线,往往将其称为“一切照旧”最坏情况之间可能没有政策的结果。

CMIP6又增加了一个新的场景 - SSP3-7.0 - 它正好位于在基线范围的中间成果通过能量系统模型制作。现在,建模者可以检查最坏的情况下(SSP5-8.5),中间的道路(SSP3-7.0)更乐观(SSP4-6.0)建模世界如何可能会在没有任何制定气候政策世界温暖时的结果。

SSP4-3.4是另一种新方案,试图探索场景之间的空间一般气温上升限制到低于2C(RCP2.6 / SSP1-2.6),并围绕3C(RCP4.5 / SSP2-4.5)到2100年这将有助于科学家更好地评估气候变暖的影响,如果社会迅速减少排放,但不能足够快减轻对极限气候变暖低于2℃。

SSP5-3.4OS是超调情况(OS),其中排放按最坏的情况SSP5-8.5途径到2040年,之后,他们下降非常迅速,很多晚期世纪使用负排放

最后,SSP1-1.9是一个情景旨在限制升温至低于1.5℃,到2100以上工业革命前水平。它是在事件发生后添加的巴黎协定如果各国同意继续努力,以限制温度上升至1.5℃。该能源模型和简单的气候模型发展到极限升温至1.5C中发挥了很大作用在1.5C专题报告IPCC在2018年发表的这些新的CMIP6情景现在将允许完整的气候模型来探索1.5摄氏度左右变暖时的气候变化和影响。

CMIP6特征导致2100迫使类似RCP CMIP5方案中的新场景。然而,即使他们最终的世纪逼是一样的,排放途径和CO2和非CO2排放的混合是不同的。下图比较在旧的RCP情景的CO2排放量(虚线)以及它们的新的SSP同行(实线)。

在CMIP5及其CMIP6同行精选未来RCP CO2排放情景,以及历史的CO2排放(黑色)。从数据SSP数据库;使用由碳简要图表亚慱官网Highcharts

有几个原因造成这些差异。新SSP的方案于2014年启动,而旧的垃圾收集站于2007年低端SSP1-2.6方案显示在排放比RCP2.6更逐渐下降,并在更高的起点开始,部分反映了2007-2014年的排放量有得到了显着高于原来的RCP2.6情景低于预期。它采用大幅较晚世纪负排放,以弥补更高的起点和更慢的下降。

SSP2-4.5也显示出更高的起点,比RCP4.5下降略慢,但较大的非二氧化碳排放量在SSP2-4.5下降也起到一定的作用。SSP4-6.0是RCP6.0完全不同,与二氧化碳排放量达到峰值,并与2080年2050年以后下降速度这缓解抵消更高近期排放,虽然比二氧化碳等温室气体的排放量也发挥了作用。最后,SSP5-8.5具有实质上更高的二氧化碳排放量超过RCP8.5,与非二氧化碳排放相应较大的切口。

许多高灵敏度模型

平衡气候敏感性(ECS)是预期的长期大气二氧化碳浓度加倍后升温。这是未来气候变暖的影响严重程度将是最重要的指标之一。“灵敏度”的东西,从气候模型中的物理和生物地球化学模拟出来;它是不是被明确建模者设置。

CMIP6是目前可用的型号往往表现比CMIP5模式显着更高的气候敏感性。而只有40 CMIP6模型目前必须计算ECS,约三分之一的那些所需的运行具有ECS高于可能的范围的上端 - 1.5C到4.5C - 在IPCC AR5提供。一季度比任何CMIP5特色的车型具有更高的灵敏度。这些措施包括从一些非常突出的造型组的模型 - 如社区地球系统模式2(CESM2)和气象局HadGEM3模型。该瞬变气候响应- 短期的措施变暖与二氧化碳增加有关 - 也显着高于许多CMIP6模型。

下面示出了该图中的IPCC AR5可能ECS范围(黑条),用于CMIP5模型的范围和各个值(灰色条;黑点)提供的最新(蓝色条CMIP6模型,以及所述范围和值;黑点)。

可能ECS范围(例如,用估计66%的机会发生的文化)从IPCC AR5(黑色条),CMIP5模型ECS值(灰色),并CMIP6模型ECS值(蓝色)。图表由碳简要使用亚慱官网Highcharts

研究人员目前正在调查是什么驱使这些高ECS值。在一些车型的增加,ECS似乎是由于到它们的改进的表示云和气溶胶;例如,模型如何对待过冷云(零度以下,但仍液)在南大洋可以使产生的敏感性有很大的区别。

然而,尽管使模型更加逼真,但目前尚不清楚这些改进是否转化为ECS更准确的估计。例如,一些气候学家表达怀疑论高端值,认为他们是与古气候记录和其他证据的证据不一致。

政府间气候变化专门委员会AR6将如何协调一些模型的高ECS和其他证据来源,以及他们是否会更新“可能的”敏感性范围,这些还有待观察。

对于每个40个CMIP6模型的ECS值可用迄今示于下图。这些十四,以黄色突出显示,有一个以上ECS 4.5C,以及这些11具有高于在CMIP5最高模型(例如4.7C)的敏感性。二十六个型号有ECS值与AR5范围一致,在CMIP6(1.8C)的最低ECS模型CMIP5(2.1C)类似的最低水平。

从可用截至5月到2020年在必要的实验,计算ECS 40个CMIP6模型ECS值(使用Gregory法)目前已经上市。与上面的IPCC AR5可能范围内的ECS模型示于黄色。请注意,并非所有显示模式是独立的,有些模拟工作组 - 如CESM2 - 有多个版本。图表由碳简要使用亚慱官网Highcharts

1.5C,4.5C手段的第五次评估报告的“可能” ECS范围内,有66%的机会,真值落在这个范围内。因此,大约33%的值的可预期落在该范围之外的 - 有充分的理由预期这比4.5C高值的可能性比低于1.5℃的值。例如,来自古气候数据,模型和观测证据都表明,下一个1.5℃ECS是不可能的,而他们不那么容易排除上述4.5C的ECS。

在CMIP6中拥有不同范围的ECS值并不一定是一件坏事,因为这表明建模人员没有做出与其他建模组相似的结果选择(例如。融入群体)。但是,事实上,一些可用的模型至今有很高的ECS意指未来气候变暖可能会加重病情比我们想象或一些著名的气候模型可能会越来越气候敏感性错了,一问,许多气候科学家的重点是解析。

查看由美国宇航局的车型和超级计算机创造了气溶胶的运动。来源:NASA /戈达德太空飞行中心。

最新研究

最近,许多研究都试图解决更高的灵敏度模型的可靠性。两项研究 -之一通过芬姆克·Nijsse而在同事埃克塞特大学另一个通过是Katarzyna Tokarska博士和他的同事苏黎世联邦理工学院- 点出了最高灵敏度模型做重现历史的温度,要么没有显示出20世纪的升温和近期过快升温,或过多的整体变暖方面做得很差。他们认为,历史上的温度可以作为一个新兴的制约帮助排除新的非常高的灵敏度估计。

另一方面,一些研究人员认为争辩自然变异的协助下,近年来气候变暖,导致降低全球气温比原本有发生,使得它具有挑战性的使用模式观测到的变暖限制未来的预测。

一个最近的研究通过基思·威廉姆斯博士而在同事英国气象局建议最新气象局的模型 - 其具有5.5C的每倍增CO 2的灵敏度 - 生产短期预测比用,因为它具有在低温下更大量的云液态水的较低气候敏感性模型的变体更好地进行。

然而,由于美国航空航天局的加文·施密特博士指出在RealClimate博客文章,目前还不清楚为什么短期预测应该必然被链接到的灵敏度。施密特提示“可能所有能很好地完成这项任务(短期预测)的模型都有一系列ECS值,而这一模型运行良好而ECS偏高的巧合,只是巧合而已。”

这些新的高灵敏度模型提醒人们,巨大的不确定性(以及风险的长尾巴)仍然存在,但气候模型是公正的其中之一其证据思路就是科学家用来确定气候的敏感性。鉴于新模式灵敏度估计,科学家范围建议它仍然是言之过早,气候敏感性是比以前认为的可能较高。

CMIP6历史模拟

随着CMIP6运行远远落后于计划,只有15最终100个左右的不同型号迄今已提交了未来排放情景运行。虽然结果可能为其他建模组完成改变,有足够多的型号,可提供的CMIP6怎么可能会变成比CMIP5了初步评估。

越来越有可能的是,不是所有的CMIP6运行都将是可用的2020年10月的最后期限被包含在最终的IPCC报告,在4月份2021年出版。然而,CMIP6运行不及时为AR6准备仍将在未来的研究中使用。

虽然气候模型输出包括上千种不同的气候变量的,很多的注意力都集中在全球表面温度。该检查表面温度两个不同的实验是特别感兴趣的:模型表面温度“后报” - ,其中建模者模拟从1850期间通过至今 - 和未来的凸起下不同排放情景升温。

后报是建模师,评估气候模型的性能的有用工具。当模型做较过去变化的一个很好的工作,它可以灌输信心,他们将获得未来变化纠正为好。

气候模型不能解决所有的地球气候的小规模物理鉴于当今可用的计算能力的限制。在某些情况下,他们必须为发生在过小的规模,以有效地模拟流程提供价值 - 比如云的形成。这往往是自己很大的不确定性 - - 这些值的选择被称为模型校正。虽然大多数模型制作者避免明确地调整自己的模式,以满足过去的温度变化,当大的错配发现它可能送他们争先恐后要找到一个解决。在CMIP6,几组造型显式地调整一些参数以更好地匹配历史温度 - 尽管大多数仍然没有

与从观测在两个CMIP6下面示出了从气候模式全球表面温度“后报”图(蓝色)和CMIP5(灰色)NASA GISTEMP数据集。线条显示了目前提供后推的15个CMIP6模型的平均值,阴影区域显示了模型运行的95%置信区间。这比31个估算ECS值的模型数量要少,因为不是所有这些模型都完成了它们的历史模拟。

观察到的温度相比CMIP5和CMIP5后报。从1850年至二零一四年CMIP6模型的历史运行相结合,与到2019年在所有可用的方案平均预测。一个运行在每个模型中使用。实线表示多模式均值,而阴影部分代表two-sigma范围。图表由碳简要使用亚慱官网Highcharts

尽管变化在CMIP6 ECS值,则后报颇为相似CMIP5的;观察几乎总是运行模型和模型捕捉现代气候变暖以及合理的范围内。CMIP6车型不做特别好的工作从模拟增温1900-1940观察到的更温和的20世纪初,但在这方面,它们类似于CMIP5。

评估后报业绩的一种方法是比较模式和观测一段时间变暖的速度。下图显示了在观测气候变暖(美国宇航局)的速度,CMIP5模式和CMIP6模型既充分1880年至2019年期间(左),和更现代的一九七零年至2019年期间(右)。在1880yabo亚博体育app下载年该分析开始,因为使用不延长所有于1850年的方式,标记点的观测记录代表平均所有型号的(“多模式均值”),而在不确定性(蓝线)反映的范围在所有的模型(或观察的升温率的不确定性)升温。

气候变暖对1880年至2019年和1970至2019年期间的观察,CMIP5和CMIP6率。圆点代表中间趋势估计观测和CMIP5和CMIP6多模式均值。不确定性范围反映的意见的统计不确定性和趋势在所有车型的95%的范围内。需要注意的是模型显示全球平均气温,同时观察是一个组合陆地表面空气温度和海洋表面温度。图表由碳简要使用亚慱官网Highcharts

在整个2080至19年期间,CMIP5和CMIP6都匹配变暖的观测率。在最近的1970至2019年期间,在CMIP5多模式平均变暖的10%,比观测更快,而CMIP6型号到目前为止变暖比观测快20%左右的子集的多模式平均值。在CMIP6这种较高的升温速率可以通过较高的模型灵敏度值来驱动。

CMIP6未来变暖

数量有限,在CMIP6意味着集体的结果可能会改变,更多的模型运行进来提供未来预测的。但是,在车型当今未来气候变暖的程度进行初步评估仍然是可能的。而平均所有的车型也将改变,更多的结果是可用的,很显然,在CMIP6升温值的范围会比CMIP5显着扩大。

下图显示了加热和多模式平均变暖的范围 - 来从2190至00年工业化前水平 - 每个在CMIP6检查的未来情景(除了SSP5-3.4OS场景)。括号中的数字显示,许多模拟工作组如何提交当前运行模型为每个方案。

CMIP6 1880-1900和2090年至2100年之间的变暖为每个新的排放情景。这个范围反映了每个场景中模型的最低和最高升温,而标记的点表示多模型的平均值。在x轴的括号中的数字代表了目前可用的唯一模型运行的次数。图表由碳简要使用亚慱官网Highcharts

迄今为止的结果是显示出大量的未来气候变暖的;新SSP1-1.9方案 - 旨在限制升温至1.5℃ - 具有1.6C的多模式平均变暖。同样,SSP1-2.6情景 - 这类似于AR5的“远低于2C” RCP2.6 - 表示平均升温2.1C的。在高端,在SSP5-8.5场景展示5.5C的平均变暖,而气候变暖的新SSP3-7.0方案显示4.5℃。

接收我们的免费亚慱彩票为消化过去24小时的气候和能源媒体的报道,还是我们的周报告会为圆了我们的内容从过去的七天。只需在下面输入你的电子邮件:

一些未来的情景有可用相对较少的运行至今,因此初始值应谨慎对待(特别是多模式的意思),直到更多的车型完成他们的运行。即使是那些如SSP2-4.5 - 与14款报告结果 - 一旦其余车型完成他们的奔跑和被添加到数据库CMIP6可以特别改变。

迄今为止的结果不同于CMIP5找到类似强迫情景不同基本上相当。下图比较从在CMIP5和CMIP6类似场景之间工业化前水平升温。

CMIP5和CMIP6在1880-1900和2090-2100之间变暖的RCP场景和他们的新类似物。这个范围反映了每个场景中模型的最低和最高升温,而标记的点表示多模型的平均值。图表由碳简要使用亚慱官网Highcharts

RCP2.6的多模型平均估计CMIP5升温1.7摄氏度,而新的SSP1-2.6情景的平均升温2.1摄氏度。在其他情况下也发现了类似的差异,CMIP6变体显示气温升高0.4摄氏度至1.1摄氏度。有趣的是,新的SSP3-7.0场景显示了与旧的RCP8.5场景(4.6摄氏度)相似的升温幅度——4.5摄氏度——反映了迄今为止发布的CMIP6模型的更高灵敏度。RCP和新的SSP场景之间的区别有轻微的影响在结束本世纪初升温。

更多型号和实验

在CMIP6实验包括基本的“诊断”模拟(称为甲板),其中二氧化碳是每年增加1%,或突然翻了两番,还是那里的气候强迫留下相对不变的很长一段时间。这些包括由二氧化碳和其他观察到的变化驱动的历史运行气候强迫和未来的排放情景在21世纪及以后。

此外,有22个专业实验(23包括未来的排放情景),其造型团体可以选择参加这些实验 - 所谓的模式比较项目,或MIPs-提供除基本诊断和历史模拟之外的气候变化的有用评估。例如在GeoMIP实验中,不同的建模组模拟不同类型的效果地球工程对气候的影响。包括在CMIP6了MIPS示于下图。

在CMIP / CMIP6实验设计原理和21 CMIP6认可的印迹聚合物。转载来自辛普金斯(2017年)的许可。
在CMIP / CMIP6实验设计原理和21 CMIP6认可的印迹聚合物。本文转载自辛普金斯(2017年)。

并非所有的模拟工作组将参加CMIP6所有MIP实验 - 部分原因是因为不是所有的组具有超级计算资源或特别感兴趣的实验的同一水平。包括在CMIP6了MIPS下面列出;关于每个细节,可以在附带的链接找到。

  • 气溶胶和化学模式比较计划(AerChemMIP
  • 耦合气候碳循环模式比较计划(C4MIP
  • 二氧化碳去除模式比较计划(CDRMIP
  • 云反馈模式比较计划(CFMIP
  • 检测和归因模式比较计划(DAMIP
  • 年代际气候预测项目(DCPP
  • 磁异常强制模式比较计划(FAFMIP
  • 地球工程模式比较计划(GeoMIP
  • 全球季风模式比较计划(GMMIP
  • 高分辨模式比对计划(HighResMIP
  • 冰盖模式比较计划的CMIP6(ISMIP6
  • 地表,积雪和土壤水(LS3MIP
  • 土地用途模式及相互比较项目(LUMIP
  • 海洋模式比较计划(OMIP
  • 极地放大模型比对计划(PAMIP
  • 古气候模拟对比计划(PMIP
  • 辐射强迫模式比较计划(RFMIP
  • 场景模式比较计划(ScenarioMIP
  • 火山强迫模式比较计划(VolMIP
  • 协调的区域气候降尺度试验(CORDEX
  • 动态与变异模式比较计划(DynVarMIP
  • 海冰模式比较计划(SIMIP
  • 脆弱性,影响,适应和气候服务咨询委员会(VIACS AB

有参与CMIP6,从十几左右两个CMIP5 49个不同造型组。下图为地图参加CMIP6建模组的位置。

每个建模中心产生用于CMIP6输出被装载在中央门户网站,由气候模型诊断和相互比较计划管理(PCMDI),然后来自世界各地不同学科的科学家就可以自由和公开地获取这些资料。还有一个特刊对CMIP6杂志地球科学模型开发,与28日公布的文件,内容涵盖整个项目和具体的MIP。

CMIP6是一个巨大的建模工作,大大超过CMIP5更加雄心勃勃。这导致一些延误,与CMIP6目前至少运行一年晚点。虽然目前正在起草的IPCC AR6,只有一组相对有限的型号可供选择,并且似乎也不可能所有CMIP6运行会在第一时间进行最后AR6草案完成。

致谢

恭McKeena博士利兹大学压抑项目使模型运行可用来创建此分析中的图形。yabo亚博体育app下载

从这个故事中Sharelines
  • CMIP6:新一代气候模型的解释

简要

专家分析直接到yabo亚博体育app下载你的收件箱。

获取每天或每周往返的所有电子邮件通过碳简介选择的重要文章和论文。亚慱官网

简要

专家分析直接到yabo亚博体育app下载你的收件箱。

获取每天或每周往返的所有电子邮件通过碳简介选择的重要文章和论文。亚慱官网