Hoe goed zijn regionale klimaatprognoses w.b. temperatuur?
Bericht van: Ben (Lelystad) , 09-01-2007 11:27
Er wordt al sinds het midden van de jaren '70 gerekend aan het klimaat, waarvan in de loop der jaren de resolutie en daardoor het ruimtelijk detail sterk is verbeterd. De berekeningen van de mondiale jaartemperatuur bleken al in een vroeg stadium heel realistisch, zoals Wouter recentelijk nog aantoonde met behulp van uitvoer uit 1988(!), zie de link, maar daarna hebben de gestage toename in modelresolutie, de toevoeging van meer complexe processen, het implementeren van atmosfeer-oceaankoppelingen en het meewegen van het effect van urbanisatie (zie figuur 1) ervoor gezorgd dat sinds het begin van de eenentwintigste eeuw voor veel delen in de wereld nu ook de eerste regionale klimaatprognoses gedaan kunnen worden.
Zo is het nu mogelijk om voor het eerst voorzichtig uitspraken te doen over het verschuiven van neerslagzones door de eeuw heen, over veranderingen in enkele grootschalige circulatiepatronen (zoals de Hadley-cell) en ook over extremen met wat hulp van extremenstatistiek en de gesimuleerde histogrammen van de temperatuur. Uit het laatste blijkt dat de temperatuur- en neerslagextremen wereldwijd zullen toenemen waarbij de amplitude tussen de extremen ook toeneemt. Daarnaast treden er waarschijnlijk ruimtelijke verschuivingen op, hoewel er grote onzekerheid bestaat over de richting en omvang. Het algehele gevolg is echter wel een toenemend ruimtelijk en tijdelijk contrast tussen droogte en extreme natheid. Daarbij is opvallend dat de totale hoeveelheid neerslag die valt nauwelijks verandert: de extremen blijven elkaar dus redelijk in balans houden. De klimaatmodellen zijn heel compleet en leveren (veelal via impliciete schema's) uitvoer voor temperatuur, luchtdruk, relatieve vochtigheid, neerslag (regen+sneeuw), bewolking, wind en zelfs bodemvochtigheid, zeewatertemperatuur, verdamping en ijsbedekking.
Figuur 1: de evolutie van klimaatmodellen
Hoe zit het nu met de regionale klimaatprognoses voor west Europa? In 2001 kwam het IPCC voor het eerst naar buiten met enorme hoeveelheden ruwe modeldata van de diverse klimaatmodellen die gebruikt waren om zowel mondiale als regionale klimaatprognoses te doen. De prognoses zijn gebaseerd op een aantal sets van aannames (,,emissiescenarios's'') wat betreft bevolkingstoename en bijbehorende energiebehoefte, de toename in CO2-concentratie, incidentele vulkaanuitbarstingen en nog wat meer factoren. De twee scenario's die het meest realistisch geacht worden zijn A2 en B2, waarbij het eerste uitgaat van een gestage toename in de bevolking, regionaal georiënteerde economische ontwikkelingen en het vasthouden aan bestaande technologieën. Scenario B2 is gematigder met de bevolkingsgroei, voorziet in een gediversifieerde technologische ontwikkelingen en regionale en lokale maatregelen ter bescherming van het milieu.
Figuur 2: mondiale temperatuurverandering bij diverse scenario's
De bekendste klimatmodellen zijn die van het NCAR, ECHAM4, GFDL en Hadley CM3. Deze modellen kennen een horizontale resolutie van zo'n 100 à 200 km (vergelijkbaar met GFS en ECMWF in de jaren '80) en 20 tot 40 verticale lagen. Ze rekenen, vanwege computertechnische redenen, met tijdstappen van een aantal uur per keer vooruit en dat over een periode vanaf doorgaans het jaar 1800 of 1900 tot het jaar 2100 of 2300. De periode 1800-2000 geldt daarbij als controleperiode voor de in het model geïmplementeerde fysica en parameterisatieschema's. Aan de verschillen tussen de simulaties in deze controleperiode en de waarnemingen worden strenge statistische eisen gesteld voordat de uitvoer van een model gebruikt wordt in bijv. een IPCC-rapport. Naast de rechtstreekse uitvoer worden de meeste klimaatmodellen ook nog een aantal keren gedraait met afwijkende begintoestanden om de gevolgen van de onzekerheid in de mondiale klimaattoestand aan het begin van de simulaties te benaderen. Alle simulaties gecombineerd levert weer een waarschijnlijksbandbreedte op waarin de jaartemperatuur zou kunnen vallen.
Ik heb eens gekeken naar de prestaties van de modellen die opgenomen zijn het derde IPCC-rapport uit 2001, voor het gbied 30-60N/10W-30O (continentaal Europa m.u.v. Scandinavië), zie figuur 4. In figuur 3 is de absolute jaartemperatuur van alle modelberekeningen voor de scenario's A2 en B2 weergegeven, inclusief de waargenomen temperatuur als dikke, zwarte lijn. Het is duidelijk te zien dat de gezamelijke prognoses voor west-Europa uitstekend waren, de waargenomen temperatuur bevindt zich over 1970-2006 precies in het midden van de berekeningen. Zoals verder te zien is, zal de gemiddelde jaartemperatuur waarschijnlijk tegen de 13,5 graad zijn in 2030, 14,5 graad in 2050, 15,0 graad in 2070 en 16,0 graad in 2095. De onzekerheismarge bedraagt dan echter een zeer grote ±2,5 graad (en ±1,5 in 2050). De totale stijging in de temperatuur tegen 2095 bedraagt 3,5 graad (±2,5 graad dus).
Figuur 3: simulaties en waargenomen temperatuur voor west-Europa
Figuur 4: gebied van de simulaties
Gr. Ben
Zo is het nu mogelijk om voor het eerst voorzichtig uitspraken te doen over het verschuiven van neerslagzones door de eeuw heen, over veranderingen in enkele grootschalige circulatiepatronen (zoals de Hadley-cell) en ook over extremen met wat hulp van extremenstatistiek en de gesimuleerde histogrammen van de temperatuur. Uit het laatste blijkt dat de temperatuur- en neerslagextremen wereldwijd zullen toenemen waarbij de amplitude tussen de extremen ook toeneemt. Daarnaast treden er waarschijnlijk ruimtelijke verschuivingen op, hoewel er grote onzekerheid bestaat over de richting en omvang. Het algehele gevolg is echter wel een toenemend ruimtelijk en tijdelijk contrast tussen droogte en extreme natheid. Daarbij is opvallend dat de totale hoeveelheid neerslag die valt nauwelijks verandert: de extremen blijven elkaar dus redelijk in balans houden. De klimaatmodellen zijn heel compleet en leveren (veelal via impliciete schema's) uitvoer voor temperatuur, luchtdruk, relatieve vochtigheid, neerslag (regen+sneeuw), bewolking, wind en zelfs bodemvochtigheid, zeewatertemperatuur, verdamping en ijsbedekking.
Figuur 1: de evolutie van klimaatmodellen
Hoe zit het nu met de regionale klimaatprognoses voor west Europa? In 2001 kwam het IPCC voor het eerst naar buiten met enorme hoeveelheden ruwe modeldata van de diverse klimaatmodellen die gebruikt waren om zowel mondiale als regionale klimaatprognoses te doen. De prognoses zijn gebaseerd op een aantal sets van aannames (,,emissiescenarios's'') wat betreft bevolkingstoename en bijbehorende energiebehoefte, de toename in CO2-concentratie, incidentele vulkaanuitbarstingen en nog wat meer factoren. De twee scenario's die het meest realistisch geacht worden zijn A2 en B2, waarbij het eerste uitgaat van een gestage toename in de bevolking, regionaal georiënteerde economische ontwikkelingen en het vasthouden aan bestaande technologieën. Scenario B2 is gematigder met de bevolkingsgroei, voorziet in een gediversifieerde technologische ontwikkelingen en regionale en lokale maatregelen ter bescherming van het milieu.
Figuur 2: mondiale temperatuurverandering bij diverse scenario's
De bekendste klimatmodellen zijn die van het NCAR, ECHAM4, GFDL en Hadley CM3. Deze modellen kennen een horizontale resolutie van zo'n 100 à 200 km (vergelijkbaar met GFS en ECMWF in de jaren '80) en 20 tot 40 verticale lagen. Ze rekenen, vanwege computertechnische redenen, met tijdstappen van een aantal uur per keer vooruit en dat over een periode vanaf doorgaans het jaar 1800 of 1900 tot het jaar 2100 of 2300. De periode 1800-2000 geldt daarbij als controleperiode voor de in het model geïmplementeerde fysica en parameterisatieschema's. Aan de verschillen tussen de simulaties in deze controleperiode en de waarnemingen worden strenge statistische eisen gesteld voordat de uitvoer van een model gebruikt wordt in bijv. een IPCC-rapport. Naast de rechtstreekse uitvoer worden de meeste klimaatmodellen ook nog een aantal keren gedraait met afwijkende begintoestanden om de gevolgen van de onzekerheid in de mondiale klimaattoestand aan het begin van de simulaties te benaderen. Alle simulaties gecombineerd levert weer een waarschijnlijksbandbreedte op waarin de jaartemperatuur zou kunnen vallen.
Ik heb eens gekeken naar de prestaties van de modellen die opgenomen zijn het derde IPCC-rapport uit 2001, voor het gbied 30-60N/10W-30O (continentaal Europa m.u.v. Scandinavië), zie figuur 4. In figuur 3 is de absolute jaartemperatuur van alle modelberekeningen voor de scenario's A2 en B2 weergegeven, inclusief de waargenomen temperatuur als dikke, zwarte lijn. Het is duidelijk te zien dat de gezamelijke prognoses voor west-Europa uitstekend waren, de waargenomen temperatuur bevindt zich over 1970-2006 precies in het midden van de berekeningen. Zoals verder te zien is, zal de gemiddelde jaartemperatuur waarschijnlijk tegen de 13,5 graad zijn in 2030, 14,5 graad in 2050, 15,0 graad in 2070 en 16,0 graad in 2095. De onzekerheismarge bedraagt dan echter een zeer grote ±2,5 graad (en ±1,5 in 2050). De totale stijging in de temperatuur tegen 2095 bedraagt 3,5 graad (±2,5 graad dus).
Figuur 3: simulaties en waargenomen temperatuur voor west-Europa
Figuur 4: gebied van de simulaties
Gr. Ben