تست مهارت مدل آب و هوا – آیا اندازه گیری می کند؟

ریچارد ویلوبی

دمای اندازه گیری شده در سراسر جهان در اکتبر 2023 رکورد جدیدی را ثبت کرد. با این به عنوان پیش زمینه، این مقاله به بررسی مهارت پیش بینی مدل های آب و هوا در پیش بینی رکورد می پردازد.

ناهنجاری ها – یک فریب درخشان

هشداردهنده های آب و هوا بر ناهنجاری های دما متمرکز شده اند و رای دهندگان کافی را متقاعد کرده اند که افزایش 1.5 درجه سانتی گراد در میانگین دمای سطح جهانی (GAST) یک آستانه حیاتی برای جهان است. اکتبر 2023 به طور خطرناکی به عبور از آستانه نزدیک بود، بنابراین سزاوار تجزیه و تحلیل دقیق تر از معنای آن است و مدل های مختلف آب و هوایی تا چه حد قادر به پیش بینی این نتیجه بوده اند.

دمای تروپوسفر پایینی

این تجزیه و تحلیل با بررسی دمای تروپوسفر پایین‌تر تولید شده توسط سیستم ماهواره‌ای سنجش از دور (RSS) آغاز می‌شود و در شکل 1 در زیر نشان داده شده است.

داده ها در دسترس است KNMI اما آخرین بار در ژوئیه 2023 به روز شده است که معمولاً اوج سالانه است. در آن ماه به منفی 0.16 درجه سانتیگراد رسید. اکتبر معمولاً 2 درجه سانتی گراد کمتر از جولای است. یکی از ویژگی های اصلی نمودار 1 روند است. افزایش 2.1 درجه سانتیگراد در قرن. ضریب رگرسیون به دلیل تغییرات قابل توجه سالانه در محدوده 3 تا 4 درجه سانتیگراد تنها 29/6 درصد است. با این حال، اگر این داده ها در طول یک ماه در یک دوره 30 ساله به یک ناهنجاری کاهش یابد تا تغییرات سالانه هموار شود، نتیجه به خط روند همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است نزدیک می شود.

خط روند تقریباً همان شیب را دارد. مانند شکل 1، 2.1 درجه سانتیگراد در قرن افزایش می یابد، اما اکنون ضریب رگرسیون به طور چشمگیری به 71.4٪ بهبود یافته است. با توجه به همبستگی بالا، منطقی است که انتظار داشته باشیم این روند برای 76 سال آینده ادامه یابد به طوری که RSS TLT در ژوئیه 2100 به 1.1 درجه سانتیگراد برسد. و مطمئناً ماههای بیشتری تا امسال وجود خواهد داشت که آستانه 1.5 درجه سانتیگراد خواهد بود. فراتر رفت. در واقع، اکتبر 2023 احتمالاً از آستانه 1.5 درجه سانتیگراد فراتر رفته است. RSS TLT فقط باید در اکتبر 2023 به منفی 2.85 درجه سانتیگراد برسد تا از آستانه عبور کند.

یک دیدگاه جهانی

کاهش GAST ماهانه به یک مقدار غیرعادی تا حدودی فریبنده است. مثل این است که همه سطوح یکسان ایجاد شده اند، بنابراین خوب است که آنها را در یک دسته کامل از سطوح مختلف به طور میانگین محاسبه کنید. اما این مبتنی بر اصول ترمودینامیکی صدا نیست. اولین قدم برای درک بهتر اهمیت رکورد دما در سال 2023 این است که گرم‌ترین ماه سال 2023 را با همان ماه در سال 1982، روزهای اولیه سنجش از راه دور ماهواره‌ای، بررسی کنید تا مشاهده کنید که چگونه کل دمای جهانی به صورت منطقه‌ای به تصویر 1 واکنش نشان می‌دهد. .

اولین مشاهده این است که کل کره زمین گرم نشده است. برخی از مکان ها تا 7.1 درجه سانتیگراد خنک تر از جولای 1982 بودند، در حالی که برخی دیگر 7.4 درجه سانتیگراد گرمتر بودند. گرم ترین مناطق در نیمکره شمالی و سردترین مناطق در نیمکره جنوبی هستند. میانگین افزایش دما برای منطقه 1.3 درجه سانتیگراد است که مطابق با 3.2 درجه سانتیگراد در قرن است که کمی بالاتر از روند است.

همچنین توجه داشته باشید که حتی این دمای تعیین شده توسط ماهواره نیز جهانی نیست. سردترین مناطق نزدیک به قطب ها از اندازه گیری مستثنی هستند.

زمین جهانی

بدیهی است که پاسخ ترمودینامیکی سطوح خشکی و سطح آب متفاوت است. زمین سریعتر و در محدوده دمایی وسیع تری نسبت به آب به انرژی حرارتی ورودی معینی پاسخ می دهد. تصویر 2 تفاوت دما را از اکتبر 1982 تا اکتبر 2023 نشان می‌دهد، ماه بالاترین GAST غیرعادی، فقط برای سطح زمین، به استثنای قطب جنوب، بر اساس اندازه‌گیری شبکه جهانی اقلیم شناسی تاریخی (GHCN).

میانگین افزایش دما در قلمرو منطقه 2.5 درجه سانتیگراد است که معادل 6.1 درجه سانتیگراد در هر قرن است. برخی از سطح زمین تا 4.3 درجه سانتیگراد سرد شده است، در حالی که برخی از آنها تا 14.1 درجه سانتیگراد گرم شده است. بیشترین افزایش دما در عرض های جغرافیایی بالای نیمکره شمالی بود که احتمالاً در سال 1982 منجمد دائمی بودند.

یک اقیانوس جهانی

مجموعه داده های دمای سطح اقیانوس رینولدز با درون یابی بهینه هنوز برای تابستان و پاییز 2023 NH در دسترس نیست، بنابراین با مقایسه آگوست 2022 با آگوست 1982 همانطور که در تصویر 3 نشان داده شده است، تجزیه و تحلیل سطح اقیانوس یک سال به عقب رانده شد.

میانگین افزایش دما برای منطقه 0.5 درجه سانتیگراد با دامنه اختلاف منفی 3.6 تا مثبت 13.1 درجه سانتیگراد بود. منطقه ای که بیشترین گرمایش را در نزدیکی سواحل روسیه در قطب شمال دارد و احتمالاً به دلیل از بین رفتن یخ های دریا در سال 2022 در مقایسه با سال 1982 است.

مناطق وسیعی از اقیانوس‌ها در SH وجود دارد که اکنون خنک‌تر از سال 1982 هستند. منطقه خنک در امتداد اقیانوس آرام استوایی احتمالاً در سال 2023 نسبت به سال 2022 به دلیل شرایط غالب ال نینو گرم‌تر بود. ترکیب 0.5 درجه سانتیگراد برای اقیانوس با 2.5 درجه سانتیگراد برای خشکی، میانگین افزایش مساحت 1.13 درجه سانتیگراد را نشان می دهد که کمی کمتر از 1.3 درجه سانتیگراد در مدت مشابه برای RSS TLT است. این احتمال وجود دارد که افزایش دمای اقیانوس در اکتبر 2023 به دلیل شرایط ال نینو در سال 2023 کمی بیشتر از 0.5 درجه سانتیگراد باشد.

پیش بینی از مدل های آب و هوایی انتخاب شده

چهار تصویر بعدی، با شماره 4 تا 7، نتایج پیش‌بینی‌شده دمای جهانی را بر اساس داده‌های CMIP6 SSP85 از گروه‌های مختلف پیش‌بینی آب و هوای منطقه‌ای به شرح زیر مقایسه می‌کنند:

• ACCESS6 – استرالیا
• INM6 – روسیه
• MIROC6 – ژاپن
• GISS6 – ایالات متحده آمریکا

مقایسه برای اکتبر 2023 با یک خط پایه از مقادیر واقعی اندازه گیری شده با استفاده از GHCN برای زمین و MODIS برای سطح اقیانوس MODIS برای SST انتخاب شد زیرا برای اکتبر 2023 در دسترس است، اما برخی از شکاف های داده به صورت پیکسل های خاکستری در تصاویر مشاهده می شود. مقیاس رنگ برای همه تصاویر از منفی 5 تا مثبت 5 درجه سانتیگراد است. نواحی قرمز محل داغ بودن مدل را نشان می‌دهند، در حالی که قسمت‌های آبی نشان می‌دهند که مدل سرد است.

در مقایسه با داده های اندازه گیری شده، همه مدل ها تمایل به خنک کردن NH و گرم کردن SH دارند. این مقیاس دارای محدوده ده درجه سانتیگراد است، اما این مقیاس برای تولید تصاویر ظریف انتخاب شده است. تنوع برای مکان های خاص بسیار گسترده تر است. فلات گرینلند دمایی را به طور قابل توجهی کمتر از دمای اندازه گیری شده در همه مدل ها پیش بینی کرد. میانگین دما برای هر یک از چهار مدل:

• دسترسی 6 – 15.7C
• INM6 – 14.7C
• MIROC6 – 16.3C
• GISS6 – 15.3C

حداکثر اختلاف 1.6C بین مدل های MIROC6 و INM6 است. شکل 8 نشان می دهد که چگونه این شکاف در سراسر جهان متفاوت است. این اختلاف از منفی 9.4 تا مثبت 25.4 درجه سانتیگراد متغیر است. بزرگترین تفاوت در این دو قطب است.

می توان فرض کرد که مدل MIROC6 در حال حاضر به نقطه اوج وحشتناک رسیده است، اما دما در هر دو منطقه قطبی هنوز بسیار زیر صفر است، اما به اندازه پیش بینی INM6 سرد نیست.

نتیجه

تا اکتبر سال 2023، تفاوت میانگین دما بین مدل‌ها از آستانه 1.5 درجه سانتی‌گراد فراتر رفته بود و هر یک از مدل‌ها تا سال 2100 آینده را پیش‌بینی می‌کردند. در آن زمان، اختلاف میانگین دما بین بالاترین و پایین‌ترین آن به 2.3 درجه سانتی‌گراد رسید. . تفاوت های منطقه ای بین این دو مدل در محدوده 34.8 درجه سانتیگراد است.

توانایی پیش‌بینی الگوهای اقلیمی در سطح منطقه‌ای بسیار بدتر از پیش‌بینی این است که هر ماه از سال آینده مشابه ماه مشابه امسال باشد. در واقع، دمای اندازه‌گیری شده هر مکانی برای هر ماه چهل سال پیش، پیش‌بینی‌کننده بهتر دمای منطقه در حال حاضر نسبت به هر مدل آب و هوایی است.

تفاوت مشترک برای همه مدل‌ها از نظر دمای اندازه‌گیری شده، با SH گرم و NH سرد، نشان دهنده یک خطای سیستماتیک در درک محرک طبیعی تغییرات آب و هوا است. مدل ها قادر به ایجاد روند خنک کننده منطقه ای نیستند، بنابراین روند خنک کننده منطقه ای مشاهده شده در SH مدل ها را باطل می کند.

این ایده که دمای منطقه در سراسر جهان را می توان میانگین کرد تا GAST را به عنوان چیزی معنادار بدست آورد، عدم درک ترمودینامیک را نشان می دهد. بحث در مورد تفاوت GAST از یک دوره تا تقریباً کسری از درجه بی معنی است. این ایده که افزایش 1.5 درجه سانتیگراد در GAST منجر به یک نقطه اوج می شود، در قلمروی بی معنی است.

سوال مهم

آیا مدل‌های آب و هوایی مبنای محکمی برای تلاش برای مهندسی مجدد کل اقتصاد جهانی ارائه می‌دهند؟

نویسنده

ریچارد ویلوبی یک مهندس برق بازنشسته است که به مدت 30 سال در صنعت معدن و مواد معدنی استرالیا در نقش در عملیات در مقیاس بزرگ، تحقیق و توسعه شرکت ها و توسعه معدن کار کرده است. او ده سال دیگر را در صنعت بیمه جهانی به عنوان مشاور ریسک مهندسی گذراند، جایی که علاقه ای پایدار به بلایای طبیعی و تغییرات آب و هوایی پیدا کرد.