Mod??le climatique global

Les mod??les climatiques sont des syst??mes de ??quations diff??rentielles bas??es sur les lois fondamentales de la physique , mouvement fluide, et la chimie . Pour "run" un mod??le, les scientifiques divisent la plan??te en une grille de 3 dimensions, se appliquent les ??quations de base, et d'??valuer les r??sultats. Les mod??les atmosph??riques calculer vents , transfert de chaleur, rayonnement, l'humidit?? relative, et la surface de l'hydrologie au sein de chaque grille et ??valuer les interactions avec les points voisins. Le vent, le transfert de chaleur et d'autres quantit??s seulement sont utilis??s pour calculer un r??sultat final de sorte qu'ils ne ont pas besoin de correspondre aux conditions du monde r??el, et dans certains sch??mas num??riques quantit??s fictives sont introduits.

Un mod??le de circulation g??n??rale (MCG) est un mod??le math??matique de la circulation g??n??rale de l'atmosph??re plan??taire ou l'oc??an et sur la base des ??quations de Navier-Stokes ??quations sur une sph??re en rotation avec des termes thermodynamiques pour diff??rentes sources d'??nergie (rayonnement, chaleur latente). Ces ??quations sont la base de programmes informatiques complexes couramment utilis??s pour la simulation de l'atmosph??re ou de l'oc??an de la Terre . Atmosph??rique et Oc??anique MCG (AGCM et OGCM) sont des ??l??ments cl??s des mod??les climatiques mondiaux ainsi que la glace de mer et de la terre de surface des composants. MCG et les mod??les climatiques mondiaux sont largement utilis??s pour les pr??visions m??t??orologiques , la compr??hension du climat , et en projetant le changement climatique . Versions con??ues pour dix ans aux applications climatiques de l'??chelle de temps de si??cle ont ??t?? cr????s par Syukuro Manabe et Kirk Bryan ?? la Laboratoire de g??ophysique de dynamique des fluides dans Princeton, New Jersey. Ces mod??les num??riques de calcul intensif sont bas??es sur l'int??gration d'une vari??t?? de dynamique fluide, chimiques et biologiques ??quations parfois.

Histoire

En 1956, Norman Phillips a d??velopp?? un mod??le math??matique qui pourrait repr??senter de fa??on r??aliste mod??les mensuelles et saisonni??res dans la troposph??re, qui est devenu le premier succ??s mod??le climatique . Apr??s le travail de Phillips, plusieurs groupes ont commenc?? ?? travailler pour cr??er des mod??les de circulation g??n??rale . Le premier mod??le climatique de circulation g??n??rale qui combine deux processus oc??aniques et atmosph??riques a ??t?? d??velopp?? ?? la fin des ann??es 1960 ?? la NOAA Laboratoire de g??ophysique de dynamique des fluides. Au d??but des ann??es 1980, les Etats-Unis ' Centre national de recherche atmosph??rique avait d??velopp?? l'atmosph??re mod??le communautaire; ce mod??le a ??t?? constamment perfectionn?? dans les ann??es 2000. En 1986, les efforts ont commenc?? ?? initialiser et sol de mod??le et types de v??g??tation, qui ont conduit ?? des pr??visions plus r??alistes. Mod??les climatiques coupl??s oc??an-atmosph??re comme le Centre Hadley pour la pr??vision du climat et de la recherche de Mod??le HadCM3 sont actuellement utilis??s comme intrants pour le changement climatique ??tudes.

Atmosph??rique vs mod??les oc??an

Il ya deux MCG atmosph??riques (MCGA) et oc??aniques (MCG de OGCMs). Un AGCM et un OGCM peuvent ??tre coupl??s ensemble pour former un coupl?? atmosph??re-oc??an mod??le de circulation g??n??rale (MCCG ou MCGAO). Avec l'ajout d'autres composants (comme un mod??le de glace de mer ou un mod??le pour l'??vapotranspiration sur la terre), le MCGAO devient la base pour un plein mod??le climatique . Dans cette structure, diff??rentes variantes peuvent exister, et leur r??ponse variant au changement climatique peuvent ??tre ??tudi?? (par exemple, Sun et Hansen, 2003).

tendances de mod??lisation

Une tendance r??cente dans le SMGC est de les appliquer en tant que composants de mod??les du syst??me terrestre, p.ex. par couplage ?? mod??les de feuille de glace pour la dynamique de la Groenland et Inlandsis de l'Antarctique, et un ou plusieurs mod??les de transport chimique (CTMS) pour esp??ces importantes au climat. Ainsi, un CTM de carbone peut permettre ?? un GCM ?? mieux pr??voir les changements dans dioxyde carbone concentrations r??sultant de changements dans ??missions anthropiques. En outre, cette approche permet la comptabilisation des ??valuations inter-syst??me: par exemple, les mod??les chimie-climat permettent les effets possibles du changement climatique sur la reprise du trou d'ozone ?? ??tudier.

Climat incertitudes de pr??diction d??pendent incertitudes dans les mod??les chimiques, physiques et sociaux (voir les sc??narios du GIEC ci-dessous). Des progr??s ont ??t?? r??alis??s dans l'int??gration de la chimie et de la physique plus r??aliste dans les mod??les, mais des incertitudes et d'inconnues demeurent importants, en particulier en ce qui concerne l'??volution future de la population humaine, l'industrie et la technologie.

Notez que de nombreux niveaux simples de mod??le climatique existent; certains sont qu'un int??r??t heuristique, tandis que d'autres continuent d'??tre scientifiquement pertinente.

Structure du mod??le

Trois dimensions (plus exactement quatre dimensions) MCG discr??tiser les ??quations pour un mouvement fluide et int??grer ces avant dans le temps. Ils contiennent ??galement des param??trisations pour les processus tels que la convection - - qui se produisent sur des ??chelles trop petites pour ??tre r??solu directement. Plus de mod??les sophistiqu??s peuvent comprendre des repr??sentations du carbone et d'autres cycles.

Un mod??le simple g??n??ral de circulation (SGCM), un GCM minimale, est constitu?? d'un noyau dynamique qui concerne les propri??t??s du mat??riau telles que la temp??rature des propri??t??s dynamiques tels que la pression et la vitesse. Les exemples sont des programmes qui r??solvent le ??quations primitives, entr??e d'??nergie donn??e dans le mod??le, et de l'??nergie dissipation sous la forme d'??chelle d??pendante frottement, de sorte que ondes atmosph??riques avec le plus haut nombres d'onde sont les plus fortement att??nu??s. Ces mod??les peuvent ??tre utilis??s pour ??tudier les processus atmosph??riques dans un cadre simplifi??, mais ne sont pas adapt??s pour les futures projections climatiques.

MCG atmosph??riques (MCGA) mod??liser l'atmosph??re (et contiennent g??n??ralement un mod??le de surface terrestre ainsi) et d'imposer les temp??ratures de surface de la mer (SST). Une grande quantit?? d'informations, y compris la documentation de mod??le est disponible ?? partir de AMIP. Ils peuvent comprendre la chimie atmosph??rique.

• MCGA sont constitu??s d'un noyau dynamique qui int??gre les ??quations de mouvement fluide, g??n??ralement pour:
  • la pression de surface
  • composantes horizontales de la vitesse dans les couches
  • la vapeur d'eau et la temp??rature dans les couches
• Il est g??n??ralement un code de rayonnement, divis?? en ondes solaire / short et terrestre / infra-rouge / longue vague
• Param??trisations sont utilis??s pour inclure les effets de divers proc??d??s. Tous MCGA modernes comprennent param??trages pour:
  • convection
  • processus de la surface terrestre, l'alb??do et l'hydrologie
  • couverture nuageuse

Un GCM contient un certain nombre de ??quations pronostiques qui sont ??tag??es vers l'avant dans le temps (typiquement vents, la temp??rature, l'humidit?? et la pression de surface) avec un certain nombre de ??quations de diagnostic qui sont ??valu??s ?? partir des valeurs simultan??es des variables. A titre d'exemple, la pression ?? ne importe quelle hauteur peut ??tre diagnostiqu??e en appliquant le ??quation hydrostatique de la pression de surface pr??dite et les valeurs pr??dites de temp??rature entre la surface et la hauteur de l'int??r??t. La pression diagnostiqu?? de cette mani??re est ensuite utilis??e pour calculer la force du gradient de pression dans l'??quation d??pendante du temps pour les vents.

MCG oc??aniques (OGCMs) mod??le l'oc??an (avec des flux de l'atmosph??re impos??e) et peut ou non contenir une glace de mer mod??le. Par exemple, la r??solution standard de HadOM3 est 1,25 degr??s de latitude et de longitude, avec 20 niveaux verticaux, conduisant ?? environ 1,5 millions de variables.

MCG coupl?? oc??an-atmosph??re (MCGAO) (par exemple, HadCM3, GFDL CM2.X) combiner les deux mod??les. Ils ont donc l'avantage de supprimer la n??cessit?? de sp??cifier flux ?? travers l'interface de la surface de l'oc??an. Ces mod??les sont ?? la base pour les pr??dictions des mod??les sophistiqu??s du climat futur, comme sont discut??s par le GIEC.

MCGAO repr??sentent l'apog??e de complexit?? dans les mod??les climatiques et d'internaliser autant de processus que possible. Ils sont les seuls outils qui pourraient fournir des pr??visions r??gionales d??taill??es des changements climatiques futurs. Toutefois, ils sont encore en cours de d??veloppement. Les mod??les les plus simples sont g??n??ralement sensibles ?? l'analyse simple et leurs r??sultats sont g??n??ralement faciles ?? comprendre. MCGAO, en revanche, sont souvent presque aussi difficile ?? analyser que le syst??me climatique r??el.

grilles de mod??le

Les ??quations de fluides pour MCGA sont discr??tis??es en utilisant soit le m??thode des diff??rences finies ou m??thode spectrale. Par diff??rences finies, une grille est impos??e ?? l'atmosph??re. La grille simple utilise l'espacement angulaire constante de grille (ce est ?? dire, un / grille de longitude de latitude), cependant, les r??seaux non-rectantangular plus sophistiqu??s (par exemple, icohedral) et des grilles de r??solution variables sont plus souvent utilis??s. Le mod??le "LMDz" peut ??tre agenc?? de mani??re ?? accorder une haute r??solution sur toute section donn??e de la plan??te. HadGEM1 (et d'autres mod??les oc??aniques) utilisent une grille d'oc??an avec une r??solution plus ??lev??e dans les r??gions tropicales pour aider ?? r??soudre les processus jug??es importantes pour ENSO . Les mod??les spectraux utilisent g??n??ralement un grille gaussienne, ?? cause des math??matiques de transformation entre l'espace spectral et point de grille. AGCM r??solutions typiques se situent entre 1 et 5 degr??s de latitude ou de longitude: le mod??le du Hadley Centre HadCM3, par exemple, utilise 3,75 en longitude et 2,5 degr??s de latitude, ce qui donne une grille de 96 par 73 points (96 x 72 pour certaines variables); et a 19 niveaux dans la verticale. Il en r??sulte environ 500 000 variables "de base", puisque chaque point de la grille de quatre variables ( u, v, T , Q), mais un d??nombrement complet donnerait plus (nuages, les niveaux de sol). HadGEM1 utilise une grille de 1,875 degr??s en longitude et en latitude 1,25 dans l'atmosph??re; HiGEM, une variante ?? haute r??solution, utilise 1,25 x 0,83 degr??s respectivement. Ces r??solutions sont plus faibles que ce qui est g??n??ralement utilis?? pour les pr??visions m??t??orologiques. R??solutions de l'oc??an ont tendance ?? ??tre plus ??lev??, par exemple HadCM3 a six points de la grille de l'oc??an par point de grille atmosph??rique ?? l'horizontale.

Pour un mod??le de diff??rences finies standard, quadrillage uniformes convergent vers les p??les. Cela conduirait ?? des instabilit??s de calcul (voir Condition CFL) et donc les variables du mod??le doivent ??tre filtr??s long de lignes de latitude proches des p??les. Les mod??les oc??aniques souffrent de ce probl??me trop, sauf si une grille rotation est utilis?? dans lequel le p??le Nord est d??plac?? sur une masse ?? proximit??. Les mod??les spectraux ne souffrent pas de ce probl??me. Il ya des exp??riences utilisant des grilles g??od??siques et les grilles icosa??driques, qui (??tant plus uniforme) ne ont pas polaires probl??mes. Une autre approche pour r??soudre le probl??me de l'espacement de grille est de d??former un cube cart??sien de telle sorte qu'il recouvre la surface d'une sph??re.

Flux correction

Les premi??res g??n??rations de MCGAO requis un processus quelque peu ad hoc de ??correction du flux" de parvenir ?? un climat stable. Le danger, cependant, est que le mod??le peut ??tre n??cessaire en raison de corrections de flux des processus de r??troaction exag??r??ment fortes qui aboutissent ?? une transition vers un ??tat de climat diff??rent. En cons??quence, il a ??t?? fort mouvement loin de l'utilisation des corrections de flux, et la grande majorit?? des mod??les utilis??s dans le cycle actuel de la Groupe d'experts intergouvernemental sur les changements climatiques ne les utilisent pas. Les am??liorations de mod??les qui font maintenant corrections flux inutiles sont diverses, mais comprennent l'am??lioration de la physique de l'oc??an, une meilleure r??solution dans les deux atmosph??re et l'oc??an, et le couplage plus coh??rente physiquement entre les mod??les de l'atmosph??re et de l'oc??an.

Convection

Convection humide provoque la lib??ration de chaleur latente et est important pour le bilan ??nerg??tique de la Terre. Convection se produit sur une ??chelle trop petite pour ??tre r??solu par les mod??les climatiques, et donc doit ??tre param??tr??. Cela a ??t?? fait depuis les premiers jours de la mod??lisation du climat, dans les ann??es 1950. Akio Arakawa a fait beaucoup des premiers travaux et des variantes de son r??gime sont encore utilis??s bien qu'il existe une vari??t?? de diff??rents syst??mes actuellement en usage . Le comportement des nuages est encore mal comprise et est param??tr??. .

Les variables de sortie

La plupart des mod??les incluent des logiciels pour diagnostiquer un large ??ventail de variables pour la comparaison avec les observations ou ??tude des processus atmosph??riques. Un exemple est la temp??rature de 1,5 m, ce qui correspond ?? la hauteur standard pour les observations proches de la surface de la temp??rature de l'air. Cette temp??rature ne est pas directement pr??dite ?? partir du mod??le, mais est d??duite de la temp??rature de surface et la plus basse couche-mod??le. Autre logiciel est utilis?? pour la cr??ation de graphiques et animations.

Les projections de changement climatique futur

Montre la r??partition du r??chauffement ?? la fin du 21 ^e si??cle pr??dite par le mod??le climatique HadCM3 (un de ceux utilis??s par le GIEC) si un sc??nario business-as-usual est suppos?? pour la croissance ??conomique et les ??missions de gaz ?? effet de serre. Le r??chauffement moyen pr??vu par ce mod??le est de 3,0 ?? C.

Coupl??s oc??an-atmosph??re MCG utilisent simulations climatiques transitoires de projeter / pr??disent futurs changements de temp??rature selon divers sc??narios. Ces sc??narios peuvent ??tre id??alis??s (le plus souvent, CO ₂ augmente ?? 1% / an) ou plus r??aliste (g??n??ralement le "IS92a" ou plus r??cemment la Sc??narios SRES). Quels sc??narios doivent ??tre consid??r??s comme la plus r??aliste est actuellement incertain, que les projections de la future CO ₂ (et le sulfate) ??missions sont eux-m??mes incertains.

Le 2001 Troisi??me rapport d'??valuation du GIEC Figure 9.3 montre la r??ponse moyenne mondiale de 19 diff??rents mod??les coupl??s ?? une exp??rience id??alis??e dans laquelle CO ₂ est augment??e ?? 1% par an . Figure 9.5 montre la r??ponse d'un plus petit nombre de mod??les plus r??alistes ?? forcer. Pour les mod??les climatiques 7 y indiqu??es, le changement de temp??rature de 2100 varie de 2 ?? 4,5 ?? C avec une moyenne d'environ 3 ?? C.

Sc??narios futurs ne comprennent pas les ??v??nements inconnaissables - par exemple, des ??ruptions volcaniques ou des changements de for??age solaire. Ces effets sont consid??r??s comme ??tant faible par rapport ?? for??age des GES dans le long terme, mais les grandes ??ruptions volcaniques, par exemple, sont connus pour exercer un effet temporaire de refroidissement.

Les ??missions humaines de GES sont une entr??e externe pour les mod??les, m??me se il serait possible de coupler dans un mod??le ??conomique de fournir ces ainsi. Les niveaux atmosph??riques de GES sont g??n??ralement fournis en entr??e, mais il est possible d'inclure un mod??le de cycle de carbone y compris la v??g??tation des terres et les processus oc??aniques pour calculer les niveaux de GES.

Les sc??narios d'??missions

Pour les six sc??narios SRES de marqueurs, le GIEC (2007: 7-8) a donn?? une "meilleure estimation" de l'augmentation de la temp??rature moyenne mondiale (2090-2099 par rapport ?? la p??riode 1980-1999) qui allait de 1,8 ?? C ?? 4,0 ?? C. Au cours de la m??me p??riode, la gamme ??probable?? (plus de 66% de probabilit??, fond??e sur un jugement d'expert) pour ces sc??narios ??tait une augmentation de la temp??rature moyenne mondiale entre 1,1 et 6,4 ?? C.

Pape (2008) d??crit une ??tude o?? les projections des changements climatiques ont ??t?? faites en utilisant plusieurs sc??narios d'??missions diff??rentes. Dans un sc??nario o?? les ??missions mondiales commencent ?? diminuer d'ici ?? 2010, pour ensuite diminuer ?? un rythme soutenu de 3% par an, l'augmentation probable de la temp??rature moyenne mondiale a ??t?? pr??vu pour ??tre de 1,7 ?? C au-dessus des niveaux pr??-industriels d'ici ?? 2050, se ??levant ?? environ 2 ?? C d'ici ?? 2100. Dans une projection con??u pour simuler un avenir o?? aucun efforts sont faits pour r??duire les ??missions mondiales, la hausse probable de la temp??rature moyenne mondiale a ??t?? pr??dit ?? 5,5 ?? C d'ici ?? 2100. Une hausse aussi ??lev??e que 7 ?? C a ??t?? cru possible mais moins probable.

Sokolov et al. (2009) a examin?? un sc??nario con??u pour simuler un avenir o?? il n'y a pas de politique pour r??duire les ??missions. Dans leur mod??le int??gr??, ce sc??nario a entra??n?? un r??chauffement m??diane sur la terre (2090-2099 par rapport ?? la p??riode 1980-1999) de 5,1 ?? C. Selon le sc??nario m??mes des ??missions mais avec diff??rentes techniques de mod??lisation du climat futur, le r??chauffement m??diane pr??vue ??tait de 4,1 ?? C.

Pr??cision des mod??les qui pr??disent le r??chauffement climatique

Les temp??ratures moyennes mondiales ?? partir d'observations et de deux mod??les climatiques.

Erreurs SST dans HadCM3

Pr??cipitations en Am??rique du Nord ?? partir de diff??rents mod??les.

pr??dictions de temp??rature de certains mod??les climatiques supposant le sc??nario d'??missions SRES A2.

MCGAO repr??sentent l'apog??e de complexit?? dans les mod??les climatiques et d'internaliser autant de processus que possible. Toutefois, ils sont encore en d??veloppement et des incertitudes demeurent. Ils peuvent ??tre coupl??s ?? d'autres mod??les de processus, tels que la cycle du carbone, de mani??re ?? am??liorer la mod??lisation des effets de r??troaction. La plupart des simulations r??centes montrent accord ??plausible?? avec les anomalies de temp??rature mesur??es au cours des 150 derni??res ann??es, quand ils sont forc??s par des changements observ??s dans l'effet de serre et d'a??rosols, mais meilleur accord est obtenu lorsque for??ages naturels sont ??galement inclus.

Aucun mod??le - si un mod??le en soufflerie pour la conception des avions, ou un mod??le climatique pour projeter le r??chauffement climatique - reproduit parfaitement le syst??me en cours de mod??lisation. Ces mod??les intrins??quement imparfaites peuvent n??anmoins produire des r??sultats utiles. Dans ce contexte, MCG sont capables de reproduire les caract??ristiques g??n??rales de la temp??rature moyenne mondiale observ??e au cours du dernier si??cle.

Un d??bat sur la fa??on de concilier les pr??visions des mod??les climatiques que l'air (troposph??rique) r??chauffement sup??rieure devrait ??tre sup??rieur au r??chauffement de la surface, avec des observations dont certaines semblait d??montrer le contraire semble maintenant avoir ??t?? r??solue en faveur des mod??les, ?? la suite des r??visions des donn??es: voir enregistrement de la temp??rature par satellite .

Les effets des nuages sont une zone importante d'incertitude dans les mod??les climatiques. Nuages ont des effets oppos??s sur le climat. Un des r??les que les nuages jouent dans le climat est dans la surface de refroidissement en r??fl??chissant la lumi??re du soleil dans l'espace; un autre se r??chauffe en augmentant la quantit?? de rayonnement infrarouge ??mis ?? partir de l'atmosph??re ?? la surface. Dans le rapport de 2001 du GIEC sur le changement climatique, les changements possibles de la n??bulosit?? ont ??t?? mis en ??vidence comme l'un des incertitudes dominantes pour pr??dire les changements climatiques futurs; voir aussi .

Des milliers de chercheurs sur le climat dans le monde utilisent des mod??les climatiques pour comprendre le syst??me climatique. Il ya des milliers de documents publi??s sur les ??tudes bas??es sur des mod??les dans des revues ??valu??es par les pairs - et une partie de cette recherche est un travail d'am??liorer les mod??les. Am??lioration a ??t?? difficile mais constante (de toute ??vidence, l'??tat des MCGAO d'art ne est plus besoin de correction de flux), et des progr??s ont parfois conduit ?? la d??couverte de nouvelles incertitudes.

En 2000, une comparaison entre les mesures et des dizaines de simulations MCG de ENSO ax??es sur l pr??cipitations tropicales, la vapeur d'eau, la temp??rature et le rayonnement ondes longues sortant trouv?? similitude entre les mesures et la simulation de la plupart des facteurs. Cependant, le changement dans les pr??cipitations ont ??t?? simul?? sur un quart de moins que ce qui a ??t?? observ??. Erreurs dans la pr??cipitation simul??e impliquent des erreurs dans d'autres processus, tels que les erreurs dans le taux d'??vaporation qui fournit l'humidit?? pour cr??er pr??cipitations. L'autre possibilit?? est que les mesures par satellite sont en erreur. Soit indique des progr??s sont n??cessaires pour surveiller et pr??voir de tels changements.

Une discussion plus compl??te des mod??les climatiques est fourni par le TRE du GIEC chapitre 8, Mod??le d'??valuation (2001).

• Le mod??le signifie expositions bon accord avec les observations.
• Les diff??rents mod??les pr??sentent souvent pire accord avec les observations.
• Beaucoup de mod??les non-flux ajust?? souffert de la d??rive climatique r??aliste jusqu'?? environ 1 ?? C / si??cle de la temp??rature mondiale moyenne ?? la surface.
• Les erreurs de temp??rature mod??le moyenne de l'air de surface d??passent rarement 1 ?? C au cours des oc??ans et 5 ?? C sur les continents; erreurs de pr??cipitation et de pression au niveau de la mer sont relativement plus grande, mais les grandeurs et les motifs de ces quantit??s reconnaissable sont similaires aux observations.
• temp??rature de l'air de surface est particuli??rement bien simul??e, avec presque tous les mod??les correspondant ??troitement l'ampleur observ??e de la variance et pr??sentant une corr??lation> 0,95 avec les observations.
• Variance simul??e de la pression et la pr??cipitation de niveau de la mer est de ?? 25% de observ??e.
• Tous les mod??les ont des lacunes dans leurs simulations du climat de jour pr??sente de la stratosph??re, ce qui pourrait limiter la pr??cision des pr??dictions de changement climatique futur.
  • Il ya une tendance pour les mod??les ?? montrer un biais froid moyenne globale ?? tous les niveaux.
  • Il ya une grande dispersion des temp??ratures tropicales.
  • Le jets de nuit polaire dans la plupart des mod??les sont inclin??es vers le p??le avec la hauteur, en revanche sensible ?? une inclinaison vers l'??quateur du jet observ??.
  • Il ya un degr?? diff??rent de la s??paration dans les mod??les entre l'hiver jet subtropical et le jet de la nuit polaire.
• Pour presque tous les mod??les l'erreur quadratique moyenne de la temp??rature et zonal- annuelle moyenne-air ?? la surface est petite compar??e ?? sa variabilit?? naturelle.
  • Il ya des probl??mes ?? simuler la variabilit?? saisonni??re naturelle. (2000)
    • Dans les mod??les de flux ajust??, les variations saisonni??res sont simul??es ?? moins de 2 K de valeurs observ??es sur les oc??ans. La moyenne correspondante par rapport aux mod??les non-flux ajust?? affiche les erreurs jusqu'?? environ 6 K dans de vastes zones oc??aniques.
    • Pr??s de la surface erreurs de temp??rature du sol sont importants dans la moyenne par rapport aux mod??les de flux ajust??, qui sous-estime syst??matiquement (d'environ 5 K) la temp??rature dans les zones de terrain ??lev??. La moyenne correspondante par rapport aux mod??les non-flux ajust?? forme un motif d'erreur similaire (avec quelque peu augment?? amplitude) sur la terre.
    • Dans l'oc??an Austral latitudes moyennes, les mod??les non-flux ajust??s surestiment l'ampleur des diff??rences de temp??rature Janvier-moins-juillet par ~ 5 K due ?? une surestimation de l'??t?? (Janvier) temp??rature pr??s de la surface. Cette erreur est commun ?? cinq des huit mod??les de flux non-ajust??.
    • Des zones terrestres h??misph??re Nord aux latitudes moyennes, les diff??rences entre les temp??ratures moyennes zonales juillet et en janvier simul??es par les mod??les non-flux ajust??s montrent une plus grande diffusion (positif et n??gatif) sur les valeurs observ??es que les r??sultats des mod??les de flux ajust??.
    • La capacit?? des MCG coupl??s pour simuler un cycle saisonnier raisonnable est une condition n??cessaire pour la confiance dans leur pr??diction des changements climatiques ?? long terme (comme le r??chauffement climatique), mais ce ne est pas une condition suffisante ?? moins que les modifications du cycle et ?? long terme saisonniers impliquent processus climatiques similaires.
• Mod??les climatiques coupl??s ne simulent pas avec pr??cision raisonnables nuages et certains processus hydrologiques connexes (en particulier ceux concernant l'humidit?? de la troposph??re sup??rieure). Probl??mes dans la simulation de nuages et l'humidit?? de la troposph??re sup??rieure, restent inqui??tants, parce que les processus associ??s repr??sentent pour la plupart de l'incertitude dans les simulations des mod??les climatiques de changements anthropiques.

L'ampleur pr??cise de futurs changements climatiques est encore incertaine ; pour la fin du 21e si??cle (2071-2100), pour SRES sc??nario A2, la variation de la moyenne mondiale SAT changement de MCGAO rapport ?? 1961-1990 est 3,0 ?? C (4,8 ?? F) et la plage est de 1,3 ?? 4,5 ?? C (2 ?? 7,2 ?? F).

Pr??visions du changement climatique sont in??vitablement incertain. M??me le degr?? d'incertitude est incertain, un probl??me qui d??coule du fait que ces mod??les climatiques ne couvrent pas n??cessairement la gamme compl??te du comportement du syst??me climatique connu.

Rapport ?? la pr??vision du temps

Les mod??les climatiques globaux utilis??s pour les projections climatiques sont tr??s similaires dans leur structure (et parts du code informatique avec souvent) mod??les num??riques de pr??vision m??t??orologique mais sont n??anmoins logiquement distincts.

La plupart des pr??visions m??t??orologiques se fait sur la base de l'interpr??tation de la sortie des r??sultats des mod??les num??riques. Depuis les pr??visions sont ?? court g??n??ralement quelques jours ou semaines de mod??les tels ne contiennent g??n??ralement pas un mod??le d'oc??an, mais se appuyer sur SST impos??es. Ils exigent ??galement des conditions initiales pr??cises pour commencer les pr??visions, g??n??ralement ceux-ci sont pris de la sortie d'une pr??vision pr??c??dente, avec les observations m??lang??s dans Parce que les r??sultats sont n??cessaires rapidement les pr??dictions doivent ??tre ex??cut??s en quelques heures. mais parce qu'ils ne ont besoin de couvrir une semaine de temps r??el ces pr??dictions peuvent ??tre ex??cut??s ?? une r??solution plus ??lev??e que dans le mode climatique. Actuellement, le CEPMMT fonctionne ?? 40 km (25 mi) de r??solution par opposition aux 100 km-??-200 (62 ?? 120 km)-??chelle utilis??e par les mod??les climatiques typiques. Souvent mod??les imbriqu??s sont marche forc??e par les mod??les globaux pour les conditions aux limites, pour atteindre la r??solution locale plus ??lev??e: par exemple, le Met Office utilise un mod??le m??so-??chelle avec un 11 km (6,8 mi) de r??solution couvrant le Royaume-Uni, et de divers organismes aux ??tats-Unis ??galement ex??cuter mod??les embo??t??s comme le NGM et des mod??les de NAM. Comme la plupart des mod??les de pr??vision num??rique du temps mondiales telles que le GFS, les mod??les climatiques mondiaux sont des mod??les souvent spectrales ?? la place des mod??les de grille. Les mod??les spectraux sont souvent utilis??s pour les mod??les mondiaux parce que certains calculs de mod??lisation peuvent ??tre effectu??es plus rapidement r??duisant ainsi le temps n??cessaire pour faire fonctionner la simulation du mod??le.

Calculs impliqu??s

Les mod??les climatiques utilisent m??thodes quantitatives pour simuler les interactions de l' atmosph??re , les oc??ans , surface de la terre, et glace. Ils sont utilis??s pour une vari??t?? de fins de l'??tude de la dynamique du syst??me de climatisation ?? des projections de la future climat .

Tous les mod??les climatiques tiennent compte de entrant l'??nergie que les ondes courtes rayonnement ??lectromagn??tique , principalement visible et ?? ondes courtes (proche) infrarouge, ainsi que l'??nergie sortant de grande longueur d'onde (de loin) le rayonnement ??lectromagn??tique infrarouge ?? partir de la terre. Tout d??s??quilibre se traduit par un changement de temp??rature .

Les mod??les les plus parl??-?? propos de ces derni??res ann??es ont ??t?? celles relatives ?? la temp??rature les ??missions de dioxyde de carbone (voir gaz ?? effet de serre ). Ces mod??les pr??voient une tendance ?? la hausse dans la enregistrement de la temp??rature de surface, ainsi que d'une augmentation plus rapide de la temp??rature ?? des altitudes plus ??lev??es.

Trois (ou plus correctement, quatre depuis des temps est ??galement consid??r?? comme) la discr??tiser de dimensions GCM les ??quations pour un mouvement fluide et le transfert d'??nergie et d'int??grer ces cours du temps. Ils contiennent ??galement des param??trisations pour les processus-tels que la convection qui se produisent sur des ??chelles trop petites pour ??tre r??solus directement.

MCG atmosph??riques (MCGA) mod??liser l'atmosph??re et d'imposer temp??ratures que les conditions aux limites de surface de la mer. Coupl??s MCG atmosph??re-oc??an (MCGAO, par exemple HadCM3, EdGCM, GFDL CM2.X, ARPEGE-Climat) combiner les deux mod??les.

Les mod??les peuvent varier de relativement simple au plus complexe:

• Un simple mod??le de transfert de chaleur rayonnante qui traite la terre comme un point et moyennes seule ??nergie sortante
• cela peut ??tre ??tendu ?? la verticale (mod??les radiatif-convectifs), ou horizontalement
• enfin, (coupl??) atmosph??re-oc??an- glace de mer mod??les climatiques mondiaux discr??tiser et r??soudre les ??quations compl??tes pour la masse et l'??nergie rayonnante transfert et l'??change.

Ce ne est pas une liste compl??te; pour "mod??les de bo??tes" exemple peut ??tre ??crit pour traiter les flux entre et au sein des bassins oc??aniques. En outre, d'autres types de mod??lisation peuvent ??tre reli??s entre eux, tels que l'utilisation des terres, permettant aux chercheurs de pr??dire l'interaction entre le climat et ??cosyst??mes.

mod??les de Box

mod??les de Box sont des versions simplifi??es de syst??mes complexes, en les r??duisant ?? des bo??tes (ou r??servoirs) li??s par des flux. Les bo??tes sont suppos??s ??tre m??lang??s de fa??on homog??ne. Dans une zone donn??e, la concentration de tout esp??ces chimiques est donc uniforme. Toutefois, l'abondance d'une esp??ce dans une bo??te donn??e peut varier en fonction du temps en raison de l'entr??e (ou de la perte de) la bo??te ou en raison de la production, la consommation ou la d??sint??gration de cette esp??ce dans la bo??te.

Mod??les de simple bo??te, ce est ?? dire le mod??le de bo??te avec un petit nombre de bo??tes dont les propri??t??s (par exemple leur volume) ne changent pas avec le temps, sont souvent utiles pour d??river des formules analytiques d??crivant la dynamique et l'??tat d'??quilibre l'abondance d'une esp??ce. Plus de mod??les de bo??tes complexes sont g??n??ralement r??solus en utilisant des techniques num??riques.

mod??les de bo??te sont largement utilis??s pour mod??liser des syst??mes ou des ??cosyst??mes environnementaux et dans les ??tudes de la circulation oc??anique et la cycle du carbone.

Mod??les Zero-dimensionnelles

Un mod??le tr??s simple de l'??quilibre radiatif de la Terre est:

o??

• le c??t?? gauche repr??sente l'??nergie entrante du Soleil
• le c??t?? droit repr??sente l'??nergie sortante de la Terre, calcul??e ?? partir du Loi de Stefan-Boltzmann en supposant une temp??rature constante radiatif, T, qui doit ??tre trouv??,

et

• S est la constante solaire - le rayonnement solaire incident par unit?? de surface, soit environ 1 367 W ?? m ^-2
• est la Terre moyenne de l ' alb??do , mesur??e ?? 0,3.
• r est le rayon de la Terre-environ 6,371 ?? 10 ⁶ m
• π est la constante math??matique (3.141 ...)
• est le Stefan-Boltzmann-environ 5,67 ?? 10 ^{-8 -4} J ?? ^K ?? ^{m -2} ?? ^{s -1}
• est l'efficacit?? ??missivit?? de la terre, environ 0,612

Le πr constante ² peut ??tre pris en compte, donnant

La r??solution de la temp??rature,

Cela donne une temp??rature moyenne de la terre 288 K (15 ?? C ; 59 ?? F). Ce est parce que l'??quation ci-dessus repr??sente la temp??rature de rayonnement efficace de la terre (y compris les nuages et atmosph??re). L'utilisation de l'??missivit?? efficace et compte alb??do pour le effet de serre .

Ce mod??le tr??s simple est tr??s instructif, et le seul mod??le qui pourrait tenir sur une page. Par exemple, on d??termine facilement l'effet de la temp??rature de masse moyenne des variations de constante ou de changement de l'??missivit?? de la terre ou alb??do solaire efficace. En utilisant la formule simple, le changement de pour cent de la quantit?? moyenne de chaque param??tre, consid??r?? ind??pendamment, pour provoquer un changement de un degr?? Celsius de la temp??rature moyenne de la terre l'??tat d'??quilibre est la suivante:

• Constante solaire 1,4%
• Alb??do de 3,3%
• ??missivit?? effective de 1,4%

L'??missivit?? moyenne de la terre est facilement estim??e ?? partir des donn??es disponibles. Les ??missivit??s des surfaces terrestres sont tous dans la gamme de 0,96 ?? 0,99 (sauf pour quelques petites zones d??sertiques qui peuvent ??tre aussi bas que 0,7). Nuages, cependant, qui couvrent environ la moiti?? de la surface de la terre, ont une ??missivit?? moyenne d'environ 0,5 (qui doit ??tre r??duite par la quatri??me puissance du rapport du cloud temp??rature absolue ?? la terre moyenne temp??rature absolue) et une temp??rature de nuage moyenne d'environ 258 K (-15 ?? C; 5 ?? F). Prenant tout cela correctement en compte les r??sultats dans une ??missivit?? de la terre effective d'environ 0,64 (temp??rature moyenne de la terre 285 K (12 ?? C; 53 ?? F)).

Ce mod??le simple d??termine facilement l'effet des variations de la production ou de changement de l'alb??do de la terre ou l'??missivit?? de la terre effective de la temp??rature moyenne de la terre solaire. Il ne dit rien, mais sur ce qui pourrait causer ces choses changent. Mod??les de dimension z??ro ne abordent pas la r??partition de la temp??rature sur la terre ou les facteurs qui se d??placent l'??nergie autour de la terre.

Mod??les radiatif-convectif

Le mod??le z??ro-dimensionnel ci-dessus, en utilisant la constante solaire et la temp??rature moyenne de la terre donn??e, d??termine l'??missivit?? de la terre efficace de radiation ?? ondes longues ??mis vers l'espace. Cela peut ??tre affin??e dans la verticale ?? un mod??le radiatif-convectif z??ro-dimensionnel, qui consid??re deux processus de transport de l'??nergie:

• transfert de remont??e et downwelling radiatif ?? travers les couches atmosph??riques qui absorbent et ??mettent un rayonnement infrarouge
• le transport vers le haut de la chaleur par convection (particuli??rement important dans la partie inf??rieure troposph??re).

Les mod??les de rayonnement-convection ont des avantages sur le mod??le simple: ils permettent de d??terminer les effets de la variation de gaz ?? effet de concentrations de l'??missivit?? effective et donc la temp??rature de surface. Mais param??tres ajout??s sont n??cessaires pour d??terminer l'??missivit?? locale et l'alb??do et aborder les facteurs qui se d??placent l'??nergie autour de la terre.

Liens:

• "Effet de la glace-alb??do Commentaires sur sensibilit?? globale dans un unidimensionnel radiatif-convectif mod??le climatique"
• http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/258.htm

Mod??les de dimension sup??rieure

Le mod??le z??ro-dimensionnel peut ??tre ??largi pour tenir compte de l'??nergie transport??e horizontalement dans l'atmosph??re. Ce type de mod??le peut bien ??tre zonale moyenne. Ce mod??le a l'avantage de permettre une d??pendance rationnelle de l'alb??do local et ??missivit?? de la temp??rature - les p??les peuvent ??tre autoris?? ?? ??tre glac??e et l'??quateur chaude - mais le manque de dynamique true signifie que les transports horizontaux doivent ??tre sp??cifi??es.

• http://www.shodor.org/master/environmental/general/energy/application.html

mod??lisateurs du climat

Un mod??lisateur de climat est une personne qui con??oit, d??veloppe, met en ??uvre, les tests, maintient ou exploite les mod??les climatiques. Il existe trois grands types d'institutions o?? un modeleur climatique peut ??tre trouv??:

• Dans un service m??t??orologique national. La plupart des services m??t??orologiques nationaux ont au moins une section de la climatologie.
• Dans une universit??. D??partements qui peuvent avoir mod??lisateurs du climat sur le personnel comprennent les sciences atmosph??riques, la m??t??orologie, la climatologie, ou la g??ographie, entre autres.
• Dans les laboratoires nationaux ou internationaux de recherche sp??cialis??s dans ce domaine, comme le Centre national pour la recherche atmosph??rique (NCAR, en Boulder, Colorado, USA), le Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL, dans Princeton, New Jersey, USA), le Centre Hadley pour la pr??vision du climat et de la recherche (en Exeter, Royaume-Uni), l'Institut Max Planck de m??t??orologie de Hambourg, en Allemagne, ou Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL dans Paris, France ). Le Programme mondial de recherche sur le climat (PMRC de), h??berg?? par le Organisation m??t??orologique mondiale (OMM), coordonne les activit??s de recherche sur la mod??lisation du climat dans le monde entier.

Les mod??les climatiques sur le web

• Archive Mod??le op??rationnel national et r??seau de distribution (nomades) est un NOAA services Web bas??s projet fournissant ?? la fois en temps r??el et le format acc??s r??trospective ind??pendante aux donn??es climatiques et des mod??les m??t??orologiques.
• Dapper / DChart - donn??es de placettes et de mod??le de t??l??chargement r??f??renc??s par le quatri??me rapport d'??valuation (RE4) du Groupe d'experts intergouvernemental sur les changements climatiques.
• http://www.hadleycentre.gov.uk/research/hadleycentre/models/modeltypes.html - Centre Hadley pour la pr??vision du climat et de la recherche - informations g??n??rales sur leurs mod??les
• http://www.ccsm.ucar.edu/ - NCAR / UCAR Mod??le du syst??me climatique communautaire (CPLM)
• http://www.climateprediction.net - faire vous-m??me la pr??vision du climat
• http://www.giss.nasa.gov/tools/modelE/ - GCM de recherche principal d??velopp?? par la NASA / GISS (Goddard Institute for Space Studies)
• http://edgcm.columbia.edu/ - le mod??le original NASA / GISS climatique mondial (GCM) avec une interface conviviale pour PC et Mac
• http://www.cccma.bc.ec.gc.ca/ - CCmaC info mod??le et une interface pour r??cup??rer des donn??es de mod??le
• http://nomads.gfdl.noaa.gov/CM2.X/ - NOAA / Infos mod??le climatique global et de sortie du mod??le fichiers de donn??es Fluid Dynamics Laboratory CM2 g??ophysiques
• http://www.climate.uvic.ca/ - Universit?? de Victoria mod??le climatique mondial, ?? t??l??charger gratuitement. Chercheur de pointe ??tait un auteur de contribuer ?? la r??cente Rapport du GIEC sur le changement climatique.