Come sarà il tempo la prossima settimana, la prossima stagione o entro la fine del secolo? In assenza di una seconda Terra da utilizzare in un esperimento, le simulazioni di modelli climatici e climatici globali sono gli unici strumenti a nostra disposizione per rispondere a queste domande.

Avere accesso a queste informazioni è vitale per la comunità, il governo e le industrie per prendere decisioni informate - questo include settori come turismo, gestione delle risorse naturali, agricoltura e servizi di emergenza per citarne alcuni.

Il tempo e il clima potrebbero non essere mai del tutto prevedibili, ma la scienza è ormai abbastanza lontana da permetterci di essere più fiduciosi quando si tratta di sapere se pioverà questo pomeriggio e di proiettare il futuro dell'Australia in molti decenni.

Stiamo anche migliorando la previsione della prossima stagione o due, in modo che possiamo essere più preparati a rispondere agli eventi estremi come i cicloni, le ondate di caldo e le piogge che colpiscono già le comunità australiane.

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Uno sguardo al futuro

I modelli di circolazione generale (definiti anche modelli climatici globali) sono costruiti utilizzando rappresentazioni matematiche del sistema dinamico della Terra. I loro fondamenti sono basati sulle leggi della fisica inclusa la conservazione di massa, energia e quantità di moto. Questi modelli rappresentano, in tre dimensioni, le circolazioni su larga scala dell'atmosfera e dell'oceano, come la progressione dei sistemi di alta e bassa pressione e le correnti oceaniche su larga scala. I modelli includono anche la criosfera (neve e ghiaccio marino) e la superficie terrestre.

I modelli climatici ci aiutano a capire il nostro clima e il nostro clima attuali, e ci permettono anche di considerare gli scenari futuri plausibili di come il clima potrebbe cambiare. Generano simulazioni per dirci cosa è successo o cosa potrebbe accadere in una serie di diversi scenari, come per le concentrazioni di gas serra.

Sebbene i modelli utilizzati per la previsione del tempo e le applicazioni climatiche condividano gli stessi fondamentali, sono un po 'diversi.

I modelli meteorologici sono gestiti con una "risoluzione" spaziale più elevata e incorporano l'ultima serie di misurazioni satellitari e di terra usando metodi avanzati di assimilazione dei dati. Questo definisce il punto di partenza da cui il modello prevede l'evoluzione degli eventi meteorologici nel corso della prossima settimana.

I modelli climatici non cercano di prevedere il "tempo" esatto in un particolare giorno di mesi o anni a venire (il che è impossibile), ma piuttosto di predire le "statistiche" del tempo (cioè il "clima"), come le condizioni medie, su una stagione o tendenze per decenni.

Mentre i modelli di circolazione generale simulano i processi del sistema terrestre su larga scala, ci sono alcuni processi, come la formazione di nuvole e le precipitazioni, che si verificano a piccole scale e rendono difficili da prevedere perfettamente cambiamenti nel sistema terrestre.

Nonostante queste sfide, il continuo miglioramento dei modelli (ad esempio, una maggiore risoluzione, una migliore rappresentazione dei processi fisici e un migliore utilizzo dei dati, in particolare dai satelliti) ha migliorato la nostra capacità di prevedere il tempo e fare proiezioni climatiche.

Ora ci sono più modelli climatici globali 40 in tutto il mondo. Questi gruppi di modellizzazione utilizzano una serie comune di scenari di gas serra e aerosol, chiamati Percorsi di concentrazione Rappresentante. Questo approccio coordinato consente un confronto tempestivo delle proiezioni attraverso le molte migliaia di simulazioni di modelli per cui sono disponibili i dati.

Allo stesso modo, i centri di previsione meteorologica verificano le previsioni meteorologiche giornaliere utilizzando metriche definite a livello internazionale che consentono un confronto immediato delle previsioni effettuate dai centri.

I percorsi di concentrazione rappresentativa si dividono in tre categorie:

• alta: le emissioni di gas serra continuano a salire nel 21st secolo senza riduzioni, con un calo degli aerosol

• intermedio: picco delle emissioni di gas serra quindi declino

• basso: le emissioni di gas serra aumentano rapidamente e poi diminuiscono rapidamente fino a valori molto bassi (un forte caso di mitigazione).

Indipendentemente dal modello o dallo scenario di gas serra che utilizziamo, un segnale di riscaldamento sostanziale e robusto è evidente nelle proiezioni del clima futuro, più ampio per gli scenari di alta emissione. I modelli proiettano anche differenze nel tempo e nell'ampiezza del riscaldamento e una serie di cambiamenti nelle precipitazioni e in altri elementi.

Quindi, piuttosto che un singolo futuro sul clima, dobbiamo considerare una serie di possibili futuri.

Quali modelli sono i migliori?

Tutti i modelli climatici passano attraverso una valutazione rigorosa per determinare la misura in cui possono rappresentare il tempo quotidiano e il clima passato e attuale.

Ci sono molti test effettuati per valutare le prestazioni di un modello climatico. Ad esempio, gli scienziati possono valutare il modo in cui il modello simula il clima storico (come la piovosità media australiana negli ultimi 20 anni) o la capacità del modello di rappresentare o prevedere caratteristiche specifiche come l'esordio dei monsoni, El Niño o i percorsi dei cicloni tropicali .

I ricercatori che studiano gli effetti dei futuri cambiamenti climatici potrebbero decidere di selezionare un sottoinsieme di modelli basati sulla performance. Tuttavia, la selezione del modello o del sottoinsieme di modelli "migliori" dipende dalla misura delle prestazioni che si utilizza.

Ad esempio, la recente valutazione dei modelli climatici per le condizioni australiane ha dimostrato che non esiste un "sottoinsieme" fisso di modelli climatici che possa rappresentare tutti gli aspetti importanti del clima meglio del semplice utilizzo dell'intero set di modelli disponibili.

Le proiezioni climatiche presentano spesso una certa dose di sicurezza, basata sulla comprensione fisica, la robustezza delle proiezioni dei modelli e la coerenza delle proiezioni con le tendenze osservate o le variazioni del passato. L'andamento dei modelli climatici rispetto al clima passato è un fattore critico per stabilire il nostro livello di fiducia nei futuri cambiamenti previsti. I giudizi di fiducia forniti per le ultime proiezioni in Australia sono una caratteristica nuova e utile di valutare la gamma di cambiamenti previsti nel clima futuro dell'Australia.

Modello climatico leader in Australia

Tserie ime per la temperatura media australiana per 1910-2090 simulata nei modelli CMIP5, relativa alla media 1950-2005. Le osservazioni del Bureau of Meteorology sono mostrate in marrone scuro e una serie di un modello tipico (ACCESS1-0) sono mostrate nel futuro in viola chiaro. L'ombreggiatura rappresenta la diffusione tra tutti i modelli per il periodo storico (ombreggiatura grigia) e il periodo futuro (emissioni viola-alte, blu - intermedio, giallo - basse emissioni). Per ulteriori dettagli sulle proiezioni vedere il Capitolo 7 del rapporto tecnico NRM: (http://www.climatechangeinaustralia.gov.au/en/publications-library/technical-report/) Cambiamenti climatici in Australia

Il modello climatico australiano, l'Australian Community Climate and Earth System Simulator o ACCESS, è costantemente mostrato da gruppi nazionali e internazionali tra i modelli più performanti in una serie di caratteristiche climatiche importanti per l'Australia.

ACCESS è stato sviluppato congiuntamente dal Bureau of Meteorology e dal CSIRO attraverso la loro partnership di ricerca, The Centre for Australian Weather and Climate Research. È stato sviluppato in collaborazione con le università australiane e il Regno Unito Met Office con il supporto del Dipartimento dell'Ambiente. ACCESS è specificamente progettato per essere usato sia per la previsione del tempo che per la simulazione del clima.

In "modalità meteo" l'ACCESS viene utilizzato dal Bureau of Meteorology per fornire previsioni meteo in Australia. Grazie ad ACCESS, le previsioni di quattro giorni dell'Ufficio di presidenza sono accurate quanto le previsioni di tre giorni erano appena dieci anni fa. I confronti con le previsioni dei centri operativi all'estero mostrano che l'ACCESS è tra i modelli più performanti al mondo.

La versione "climatica" di ACCESS è stata utilizzata per generare proiezioni climatiche inviate dall'Australia a recenti esperimenti internazionali coordinati sui cambiamenti climatici e a sostegno del recente rapporto di valutazione 5th dell'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).

L'ACCESS continuerà a essere sviluppato e migliorato, includendo e modellando i sistemi componenti della Terra con maggiore dettaglio e precisione.

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation
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Riguardo agli Autori

Il dott. Kamal Puri è il capo del programma di ricerca del programma di modellizzazione del sistema terrestre nella sezione Ricerca e sviluppo del Bureau of Meteorology. Il dott. Puri ha un dottorato in fisica rilasciato dall'Università di Manchester (Regno Unito). In qualità di Capo programma, ha la responsabilità dello sviluppo del simulatore del sistema climatico e della terra della comunità australiana (ACCESS), un modello di sistema terrestre completamente accoppiato sviluppato in collaborazione con CSIRO e il supporto delle università australiane.

Aurel Moise è un ricercatore senior che lavora nel ramo di ricerca e sviluppo presso il Bureau of Meteorology negli ultimi 11 anni. Il mio interesse di ricerca comprende vari argomenti catturati sotto la bandiera della variabilità e del cambiamento climatico