Vi vet att CO ₂ värmer planeten. Men om vi vill förstå dess konsekvenser och avvärja risker, mer exakta väder- och klimatmodeller är avgörande, säger Nicolas Gruber.

Modeller är avgörande för väder- och klimatvetenskapen. Utan de nuvarande modellerna, tillförlitliga väderprognoser utöver morgondagen skulle vara nästan omöjliga, och vi skulle bara ha en vag uppfattning om vad den globala uppvärmningen har för oss.

I det nystartade forskningsprojektet EXCLAIM1, vi vill bygga vidare på denna prestation och utveckla nästa generations väder- och klimatmodeller. De nya modellerna kommer att ge en mycket högre upplösning av de viktigaste processerna i atmosfären och haven. Arbetar inom Center for Climate Systems Modeling (C2SM), forskargruppen kommer att skapa modellen och datainfrastrukturen som gör att vi kan simulera stormar, åskväder, och moln i global skala. Detta kommer att leda till mer tillförlitliga väderprognoser och mer exakta klimatprognoser.

Satsar vi på rätt häst?

Självklart, detta väcker också frågor. Vet vi inte redan tillräckligt om klimatförändringar? Vad är poängen med att göra väderprognosen bara lite bättre? Är det värt den enorma insatsen?

Verkligen, vi vet redan med stor säkerhet att människor är ansvariga för det mesta av den uppvärmning vi observerar. Vi förstår förhållandet mellan CO ₂ utsläpp och temperatur relativt exakt, och vi har insett att vi måste minska CO ₂ utsläpp till noll netto inom de närmaste decennierna för att nå klimatmålen i Paris. Vår förståelse för dessa frågor är redan tillräcklig för att få tydliga policyrekommendationer.

Dock, Det finns många andra aspekter av klimatförändringar som vi inte känner till. Till exempel, vi har en dålig förståelse för hur väder- och stormsystem kommer att utvecklas i framtiden, om tropiska cykloner kommer att bli mer frekventa, och hur moln och nederbörd kommer att förändras. Dessa begränsningar har mycket att göra med att dagens klimatmodeller, för att gå rakt på sak, är helt enkelt för flummiga i många avseenden; de löser bara inte dessa fenomen och processer tillräckligt.

Kasta ljus över grundläggande processer

Klimatmodeller placerar ett rutnät över jorden eller havet och beräknar atmosfärens tillstånd för varje cell; detta hjälper oss att bättre förstå och förutsäga väder och klimat. Ju mindre rutnätcellen, desto högre upplösning. Nuvarande globala klimatmodeller har vanligtvis rutnätceller med en bredd på cirka 100 km.2

Som ett resultat, dessa modeller löser inte viktiga processer i atmosfären eller havet, särskilt processer som sker i en skala på bara några kilometer som moln och stormar. Detta tvingar oss att uppskatta påverkan av dessa processer indirekt, med hjälp av parametrar. Detta leder till osäkerhet i förutsägelser, eftersom moln och stormar bestämmer inte bara vårt dagliga väder utan är också avgörande för klimatet.

Om vi ​​vill kvantifiera mer exakt hur mycket nederbörd som kommer att falla någon dag, och hur moln kommer att påverka klimatförändringarna, då måste vi simulera dynamiken i dessa processer enligt fysikens lagar, snarare än att parameterisera dem. Vi förväntar oss att vi kan bryta igenom denna parameteriseringsvägg med de högupplösta modellerna som vi kommer att utveckla i EXCLAIM-projektet.

Skärpa vyn

På grund av deras högre upplösning, sådana modeller kommer att skärpa vår syn på framtiden. Detta hjälper oss på två sätt:För det första vi kommer att kunna bestämma mer exakt de meteorologiska genomsnitten för framtiden. Detta kommer att förbättra våra klimatprognoser. Och för det andra, vi kommer att få mer tillförlitlig information om den framtida variationen kring det betyder, d.v.s. vi kommer att förbättra framtidens väder. Eftersom stormar och översvämningar i mitten av juli har påmint oss, det är det växlande vädret, och särskilt dess ytterligheter, som kommer att utmana oss mest när klimatet håller på att värma.

På det här sättet, mer tillförlitliga väderprognoser och mer exakta klimatsimuleringar kommer att bidra till att minska riskerna för samhället och dess infrastruktur. Ju bättre vi förstår klimatpåverkan, desto bättre kan vi anpassa oss till dem. Det råder ingen tvekan om att bredvid utsläppsminskningen, vi måste anpassa oss till ett förändrat klimat. Även om vi uppnår 2-gradersmålet, länder som Schweiz kommer att fortsätta att värma betydligt:​​i slutet av seklet, det kommer sannolikt att vara mer än 3 grader Celsius varmare här än under förindustriell tid.

Stor fördel för samhället

Vårt projekt fungerar inte i ett vakuum:vi utvecklar våra modeller, och särskilt deras konkreta tillämpningar, i nära samarbete med våra projektpartners. Ett exempel är de schweiziska klimatscenarierna som ETH Zürich och MeteoSwiss regelbundet skapar under ledning av C2SM.3 EXCLAIM kommer att utveckla en högupplöst modellkonfiguration för Alpregionen för att simulera extrema händelser som kraftig nederbörd, torka och värmeböljor med större säkerhet i framtiden. Detta innebär att dessa scenarier kan säkerställa att resurser för anpassningsåtgärder används optimalt.

Självklart, även våra nya modeller kommer att nå sina gränser. Men genom att bättre lösa många grundläggande processer, vi kan validera dessa modeller bättre med observationer och följaktligen förfina dem i en kontinuerlig process. Detta kommer inte bara att gynna forskning, men också samhället. Därför är jag övertygad om att vår strävan är värd.