General Circulation Model (GCM) ist ein mathematisches Modell des allgemeinen Umlaufs einer planetarischen Atmosphäre, oder Ozean und gestützt auf Navier-schürt Gleichungen auf einem rotierenden Bereich mit thermodynamischen Begriffen für verschiedene Energiequellen (Radiation, latente Hitze). Diese Gleichungen sind die Basis für komplizierte Computerprogramme, die allgemein verwendet sind, für die Atmosphäre oder den Ozean der Erde vorzutäuschen. Atmosphärische und Ozeanische GCMs (AGCM und OGCM) sind Schlüsselbestandteile von Globalen Klimamodellen zusammen mit dem Seeeis und Landoberflächenbestandteile. An GCMs und globale Klimamodelle wird wegen der Wettervorhersage, das Verstehen des Klimas und die Projektierung der Klimaveränderung weit gewandt. Versionen, die für das Jahrzehnt zu Jahrhundertklimaanwendungen des zeitlichen Rahmens entworfen sind, wurden von Syukuro Manabe und Kirk Bryan am Geophysikalischen Flüssigen Dynamik-Laboratorium in Princeton, New Jersey ursprünglich geschaffen. Diese rechenbetont intensiven numerischen Modelle basieren auf der Integration einer Vielfalt von Flüssigkeit dynamisch, chemisch, und manchmal biologische Gleichungen.

Zeichen auf der Nomenklatur

Das Akronym "GCM" kann sowohl für das "Globale Klimamodell" als auch für das "Allgemeine Umlauf-Modell verwendet werden." Während sich diese auf genau dasselbe Ding nicht beziehen, sind Globale Umlauf-Modelle normalerweise die Werkzeuge, die verwendet sind, um Klima zu modellieren, und folglich werden die zwei Begriffe manchmal gebraucht, als ob sie austauschbar waren. Für die Information über das Klimamodellieren, sieh: Klimamodell.

Geschichte: Allgemeine Umlauf-Modelle

1956 hat Norman Phillips ein mathematisches Modell entwickelt, das Monats- und Saisonmuster in der Troposphäre realistisch zeichnen konnte, die das erste erfolgreiche Klimamodell geworden ist. Die Arbeit von folgendem Phillips, mehrere Gruppen haben begonnen zu arbeiten, um allgemeine Umlauf-Modelle zu schaffen. Das erste allgemeine Umlauf-Klimamodell, das sowohl ozeanische als auch atmosphärische Prozesse verbunden hat, wurde gegen Ende der 1960er Jahre am NOAA Geophysikalischen Flüssigen Dynamik-Laboratorium entwickelt. Bis zum Anfang der 1980er Jahre hatte das Nationale USA-Zentrum für die Atmosphärische Forschung das Gemeinschaftsatmosphäre-Modell entwickelt; dieses Modell ist unaufhörlich in die 2000er Jahre raffiniert worden. 1996 haben Anstrengungen begonnen, Boden und Vegetationstypen zu initialisieren und zu modellieren, die zu realistischeren Vorhersagen geführt haben. Verbundene Ozeanatmosphäre-Klimamodelle wie das Zentrum von Hadley für die Klimavorhersage und das HadCM3 Modell der Forschung werden zurzeit als Eingänge für Klimaveränderungsstudien verwendet. Die Wichtigkeit von Ernst-Wellen wurde innerhalb dieser Modelle bis zur Mitte der 1980er Jahre vernachlässigt. Jetzt sind Ernst-Wellen innerhalb von globalen Klimamodellen erforderlich, um regionale und globale Skala-Umläufe richtig vorzutäuschen, obwohl ihr breites Spektrum ihre Integration kompliziert macht.

Atmosphärisch gegen ozeanische Modelle

Es gibt sowohl atmosphärischen GCMs (AGCMs) als auch ozeanischen GCMs (OGCMs). Ein AGCM und ein OGCM können zusammen verbunden werden, um sich zu formen, ein Atmosphäre-Ozean hat allgemeines Umlauf-Modell (CGCM oder AOGCM) verbunden. Mit der Hinzufügung anderer Bestandteile (wie ein Seeeismodell oder ein Modell für evapotranspiration über das Land) wird der AOGCM die Basis für ein volles Klimamodell. Innerhalb dieser Struktur können verschiedene Schwankungen bestehen, und ihre unterschiedliche Antwort auf die Klimaveränderung kann (z.B, Sonne und Hansen, 2003) studiert werden.

Das Modellieren von Tendenzen

Eine neue Tendenz in GCMs ist, sie als Bestandteile von Erdsystemmodellen, z.B durch die Kopplung zu Eiskappe-Modellen für die Dynamik Grönlands und Antarktischer Eiskappen, und einem oder mehr chemischen Transportmodellen (CTMs) für für das Klima wichtige Arten anzuwenden. So kann ein Kohlenstoff CTM einem GCM erlauben, Änderungen in Kohlendioxyd-Konzentrationen besser vorauszusagen, die sich aus Änderungen in anthropogenen Emissionen ergeben. Außerdem erlaubt diese Annäherung, für Zwischensystemfeed-Back verantwortlich zu sein: Z.B erlauben Modelle des Chemie-Klimas den möglichen Effekten der Klimaveränderung auf der Wiederherstellung des Ozon-Loches, studiert zu werden.

Klimavorhersageunklarheiten hängen von Unklarheiten in chemischen, physischen und Sozialmodellen ab (sieh IPCC Drehbücher unten). Fortschritte sind im Verbinden realistischerer Chemie und Physik in den Modellen gemacht worden, aber bedeutende Unklarheiten und unknowns, bleiben besonders bezüglich des zukünftigen Kurses der menschlichen Bevölkerung, Industrie und Technologie.

Bemerken Sie, dass viele einfachere Niveaus des Klimamodells bestehen; einige sind von nur dem heuristischen Interesse, während andere fortsetzen, wissenschaftlich wichtig zu sein.

Musterstruktur

Dreidimensional (richtiger vierdimensional) GCMs discretise die Gleichungen für die flüssige Bewegung und integriert schicken diese rechtzeitig nach. Sie enthalten auch parameterisations für Prozesse - wie Konvektion - die auf Skalen vorkommen, die zu klein sind, um direkt aufgelöst zu werden. Hoch entwickeltere Modelle können Darstellungen des Kohlenstoff und der anderen Zyklen einschließen.

Ein einfaches allgemeines Umlauf-Modell (SGCM), ein minimaler GCM, besteht aus einem dynamischen Kern, der materielle Eigenschaften wie Temperatur zu dynamischen Eigenschaften wie Druck und Geschwindigkeit verbindet. Beispiele sind Programme, die die primitiven Gleichungen, gegeben Energieeingang ins Modell und Energieverschwendung in der Form der von der Skala abhängigen Reibung lösen, so dass atmosphärische Wellen mit dem höchsten wavenumbers diejenigen am stärksten verdünnt sind. Solche Modelle können verwendet werden, um atmosphärische Prozesse innerhalb eines vereinfachten Fachwerks zu studieren, aber sind für zukünftige Klimavorsprünge nicht passend.

Atmosphärische GCMs (AGCMs) modellieren die Atmosphäre (und enthalten Sie normalerweise ein Landoberflächenmodell ebenso), und erlegen Sie Seeoberflächentemperaturen (SSTs) auf. Ein großer Betrag der Information einschließlich der Musterdokumentation ist von AMIP verfügbar. Sie können atmosphärische Chemie einschließen.

• AGCMs bestehen aus einem dynamischen Kern, der die Gleichungen der flüssigen Bewegung normalerweise integriert für:
• Oberflächendruck
• horizontale Bestandteile der Geschwindigkeit in Schichten
• Temperatur- und Wasserdampf in Schichten
• Es gibt allgemein einen Strahlencode, der in die Sonnen-/Kurzwelle und terrestrial/infra-red/long Welle gespalten ist
• Parametrizations werden verwendet, um die Effekten von verschiedenen Prozessen einzuschließen. Alle modernen AGCMs schließen parameterizations ein für:
• Konvektion
• landen Sie Oberflächenprozesse, Rückstrahlvermögen und Hydrologie
• Wolkendeckel

Ein GCM enthält mehrere prognostische Gleichungen, die vorwärts rechtzeitig (normalerweise Winde, Temperatur, Feuchtigkeit und Oberflächendruck) zusammen mit mehreren diagnostischen Gleichungen gegangen werden, die von den gleichzeitigen Werten der Variablen bewertet werden. Als ein Beispiel kann der Druck an jeder Höhe durch die Verwendung der hydrostatischen Gleichung auf den vorausgesagten Oberflächendruck und die vorausgesagten Werte der Temperatur zwischen der Oberfläche und der Höhe von Interesse diagnostiziert werden. Der Druck diagnostiziert wird auf diese Weise dann verwendet, um die Druck-Anstieg-Kraft in der zeitabhängigen Gleichung für die Winde zu schätzen.

Ozeanische GCMs (OGCMs) modellieren den Ozean (mit Flüssen von der Atmosphäre auferlegt), und können, oder kann kein Seeeismodell enthalten. Zum Beispiel ist die Standardentschlossenheit von HadOM3 1.25 Grade in der Breite und Länge mit 20 vertikalen Niveaus, zu etwa 1,500,000 Variablen führend.

Verbundener Atmosphäre-Ozean GCMs (AOGCMs) (z.B. HadCM3, GFDL CM2. Verbinden Sie X) die zwei Modelle. Sie sind so im Vorteil, das Bedürfnis zu entfernen, Flüsse über die Schnittstelle der Ozeanoberfläche anzugeben. Diese Modelle sind die Basis für hoch entwickelte Mustervorhersagen des zukünftigen Klimas, solche, die durch den IPCC besprochen werden.

AOGCMs vertreten den Gipfel der Kompliziertheit in Klimamodellen und verinnerlichen so viele Prozesse wie möglich. Sie sind die einzigen Werkzeuge, die ausführliche Regionalvorhersagen der zukünftigen Klimaveränderung zur Verfügung stellen konnten. Jedoch sind sie noch unter der Entwicklung. Die einfacheren Modelle sind gegen die einfache Analyse allgemein empfindlich, und ihre Ergebnisse sind allgemein leicht zu verstehen. AOGCMs sind häufig fast so im Vergleich hart zu analysieren wie das echte Klimasystem.

Musterbratrost

Die flüssigen Gleichungen für AGCMs sind discretised, der entweder die begrenzte Unterschied-Methode oder die geisterhafte Methode verwendet. Für begrenzte Unterschiede wird ein Bratrost der Atmosphäre auferlegt. Der einfachste Bratrost verwendet unveränderlichen winkeligen Bratrost-Abstand (d. h., eine Breite / Länge-Bratrost) jedoch, hoch entwickelterer non-rectantangular Bratrost (z.B, icohedral) und Bratrost der variablen Entschlossenheit werden öfter verwendet. Das "LMDz" Modell kann eingeordnet werden, um hohe Entschlossenheit über jede gegebene Abteilung des Planeten zu geben. HadGEM1 (und andere Ozeanmodelle) verwenden einen Ozeanbratrost mit der höheren Entschlossenheit in den Wendekreisen, um zu helfen, Prozesse aufzulösen, die geglaubt sind, für ENSO wichtig zu sein. Geisterhafte Modelle verwenden allgemein einen gaussian Bratrost, wegen der Mathematik der Transformation zwischen geisterhaftem und Raum des Bratrost-Punkts. Typische AGCM Entschlossenheiten sind zwischen 1 und 5 Graden in der Breite oder Länge: das Zentrum-Modell HadCM3 von Hadley verwendet zum Beispiel 3.75 in der Länge und den 2.5 Graden in der Breite, einen Bratrost 96 durch 73 Punkte (96 x 72 für einige Variablen) gebend; und hat 19 Niveaus im vertikalen. Das läuft auf etwa 500,000 "grundlegende" Variablen hinaus, da jeder Bratrost-Punkt vier Variablen hat (u, v, T, Q), obwohl eine volle Zählung mehr geben würde (Wolken; Boden-Niveaus). HadGEM1 verwendet einen Bratrost von 1.875 Graden in der Länge und 1.25 in der Breite in der Atmosphäre; HiGEM, eine hochauflösende Variante, verwendet 1.25 x 0.83 Grade beziehungsweise. Diese Entschlossenheiten sind niedriger, als es normalerweise für die Wettervorhersage verwendet wird. Ozeanentschlossenheiten neigen dazu, zum Beispiel höher zu sein, HadCM3 hat 6 Ozeanbratrost-Punkte pro atmosphärischen Bratrost-Punkt im horizontalen.

Für ein begrenztes Standardunterschied-Modell läuft Uniform gridlines zu den Polen zusammen. Das würde zu rechenbetonten Instabilitäten führen (sieh CFL Bedingung), und so die Mustervariablen entlang Linien der Breite in der Nähe von den Polen gefiltert werden müssen. Ozeanmodelle leiden unter diesem Problem auch, wenn ein rotieren gelassener Bratrost nicht verwendet wird, in dem der Nordpol auf einen nahe gelegenen landmass ausgewechselt wird. Geisterhafte Modelle leiden unter diesem Problem nicht. Es gibt Experimente mit dem geodätischen Bratrost und icosahedral Bratrost, der (gleichförmiger zu sein), Pol-Probleme nicht hat. Eine andere Annäherung an das Beheben des Bratrost-Abstand-Problems soll einen Kartesianischen solchen Würfel deformieren, dass es die Oberfläche eines Bereichs bedeckt.

Fluss-Korrektur

Einige frühe Verkörperungen von AOGCMs haben verlangt, dass ein etwas ad hoc Prozess der "Fluss-Korrektur" ein stabiles Klima erreicht hat (nicht alle Mustergruppen haben diese Technik verwendet). Das hat sich aus getrennt bereiten atmosphärischen und Ozeanmodellen jeder ergeben, einen verschiedenen impliziten Fluss vom anderen Bestandteil habend, als der andere Bestandteil wirklich zur Verfügung stellen konnte. Wenn unkorrigiert, konnte das zu einem dramatischen Antrieb weg von Beobachtungen im verbundenen Modell führen. Jedoch, wenn die Flüsse 'korrigiert' wurden, könnten die Probleme im Modell, das zu diesen unrealistischen Flüssen geführt hat, unerkannt sein, und das könnte die Musterempfindlichkeit betreffen. Infolgedessen hat es immer ein starkes Abschreckungsmittel gegeben, um Fluss-Korrekturen zu verwenden, und die große Mehrheit von Modellen, die in der aktuellen Runde der Internationalen Tafel auf der Klimaveränderung verwendet sind, verwendet sie nicht. Die Musterverbesserungen, die jetzt unnötige Fluss-Korrekturen ausbessern, sind verschieden, aber schließen verbesserte Ozeanphysik, verbesserte Entschlossenheit sowohl in der Atmosphäre als auch im Ozean und der mehr physisch konsequenten Kopplung zwischen Atmosphäre und Ozeanmodellen ein.

Konvektion

Feuchte Konvektion verursacht die Ausgabe der latenten Hitze und ist für das Energiebudget der Erde wichtig. Konvektion kommt auf einer zu kleinen Skala vor, die durch Klimamodelle aufzulösen ist, und muss folglich parametrisiert werden. Das ist seit den frühsten Tagen des Klimamodellierens in den 1950er Jahren getan worden. Akio Arakawa hat viel von der frühen Arbeit getan, und Varianten seines Schemas werden noch verwendet, obwohl es eine Vielfalt von verschiedenen Schemas jetzt im Gebrauch gibt. Wolken werden normalerweise parametrisiert, nicht weil ihre physischen Prozesse schlecht verstanden werden, aber weil sie auf einer Skala vorkommen, die kleiner ist als die aufgelöste Skala vom grössten Teil von GCMs. Die Ursachen und Effekten ihrer kleinen Skala-Handlungen auf dem in großem Umfang werden durch in großem Umfang Rahmen, folglich "parameterization" vertreten. Die Tatsache, dass Wolkenprozesse nicht vollkommen parametrisiert werden, ist teilweise zu einem Mangel am vollkommenen Verstehen von ihnen erwartet, aber parameterization selbst ist eine grundsätzliche und nützliche modellierende Technik, nicht eine Krücke..

Produktionsvariablen

Die meisten Modelle schließen Software ein, um eine breite Reihe von Variablen zum Vergleich mit Beobachtungen oder Studie von atmosphärischen Prozessen zu diagnostizieren. Ein Beispiel ist die 1.5-Meter-Temperatur, die die Standardhöhe für Nah-Oberflächenbeobachtungen der Lufttemperatur ist. Diese Temperatur wird vom Modell nicht direkt vorausgesagt, aber wird aus der Oberfläche und den Temperaturen der niedrigsten Musterschicht abgeleitet. Andere Software wird verwendet, um Anschläge und Zeichentrickfilme zu schaffen.

Vorsprünge der zukünftigen Klimaveränderung

Verbundene Ozeanatmosphäre GCMs verwenden vergängliche Klimasimulationen, um zukünftige Temperatur zu planen/vorauszusagen, ändert sich laut verschiedener Drehbücher. Diese können idealisierte Drehbücher (meistens, CO sein, der an 1 %/yr zunimmt) oder realistischer (gewöhnlich der "IS92a" oder mehr kürzlich die SRES Drehbücher). Welche Drehbücher am realistischsten betrachtet werden sollten, ist als die Vorsprünge von zukünftigem CO zurzeit unsicher (und Sulfat) Emission ist selbst unsicher.

Die IPCC 2001-Drittel-Bewertungsberichtsabbildung 9.3 zeigt die globale Mittelantwort von 19 verschiedenen verbundenen Modellen zu einem idealisierten Experiment, in dem CO an 1 % pro Jahr vergrößert wird. Abbildung 9.5 zeigt die Antwort einer kleineren Zahl von Modellen zum realistischeren Zwingen. Für die 7 Klimamodelle gezeigt dort ändert sich die Temperaturänderung bis 2100 von 2 bis 4.5 °C mit einer Mittellinie von ungefähr 3 °C.

Zukünftige Drehbücher schließen unerkennbare Ereignisse - zum Beispiel, vulkanische Ausbrüche oder Änderungen im Sonnenzwingen nicht ein. Wie man glaubt, sind diese Effekten im Vergleich mit GHG klein, der auf lange Sicht zwingt, aber, wie man bekannt, üben große vulkanische Ausbrüche zum Beispiel eine vorläufige kühl werdende Wirkung aus.

Menschliche Emissionen von GHGs sind ein Außeneingang zu den Modellen, obwohl es möglich sein würde, sich in einem Wirtschaftsmodell zu paaren, um diese ebenso zur Verfügung zu stellen. Atmosphärische GHG Niveaus werden gewöhnlich als ein Eingang geliefert, obwohl es möglich ist, ein Kohlenstoff-Zyklus-Modell einschließlich der Landvegetation und ozeanischen Prozesse einzuschließen, um GHG Niveaus zu berechnen.

Emissionsdrehbücher

Für die sechs SRES Anschreiber-Drehbücher IPCC (2007:7-8) hat eine "beste Schätzung" der globalen Mitteltemperaturzunahme gegeben (2090-2099 hinsichtlich der Periode 1980-1999) hat sich das von 1.8 °C bis 4.0 °C erstreckt. Im Laufe desselben Zeitabschnitts war die "wahrscheinliche" Reihe (größer als 66-%-Wahrscheinlichkeit, die auf dem erfahrenen Urteil gestützt ist) für diese Drehbücher, für eine globale Mitteltemperaturzunahme zwischen 1.1 und 6.4 °C.

Papst (2008) hat eine Studie beschrieben, wo Klimaveränderungsvorsprünge mit mehreren verschiedenen Emissionsdrehbüchern gemacht wurden. In einem Drehbuch, wo globale Emissionen anfangen, vor 2010 abzunehmen und sich dann an einer anhaltenden Rate von 3 % pro Jahr zu neigen, wurde die wahrscheinliche globale durchschnittliche Temperaturzunahme vorausgesagt, um 1.7 °C über Vorindustrieniveaus vor 2050 zu sein, sich zu ungefähr 2 °C vor 2100 erhebend. In einem Vorsprung, der entworfen ist, um eine Zukunft vorzutäuschen, wo keine Anstrengungen gemacht werden, globale Emissionen zu reduzieren, wurde der wahrscheinliche Anstieg der globalen durchschnittlichen Temperatur vorausgesagt, um 5.5 °C vor 2100 zu sein. Ein Anstieg nicht weniger als 7 °C wurde möglich, aber weniger wahrscheinlich gedacht.

Sokolov u. a. (2009) hat ein Drehbuch untersucht, das entworfen ist, um eine Zukunft vorzutäuschen, wo es keine Politik gibt, Emissionen zu reduzieren. In ihrem einheitlichen Modell ist dieses Drehbuch auf ein aufwärmendes Mittelland (2090-2099 hinsichtlich der Periode 1980-1999) 5.1 °C hinausgelaufen. Laut desselben Emissionsdrehbuches, aber mit dem verschiedenen Modellieren des zukünftigen Klimas war das vorausgesagte Mittelwärmen 4.1 °C.

Die Genauigkeit von Modellen, die Erderwärmung voraussagen

AOGCMs vertreten den Gipfel der Kompliziertheit in Klimamodellen und verinnerlichen so viele Prozesse wie möglich. Jedoch sind sie noch unter der Entwicklung, und Unklarheiten bleiben. Sie können mit Modellen anderer Prozesse, wie der Kohlenstoff-Zyklus, um zu besseren Musterfeed-Back-Effekten verbunden werden. Neuste Simulationen zeigen "plausible" Abmachung mit den gemessenen Temperaturanomalien im Laufe der letzten 150 Jahre, wenn gezwungen, durch beobachtete Änderungen in Treibhausgasen und Aerosolen, aber bessere Abmachung, wird wenn natürlich, erreicht, werden forcings auch eingeschlossen.

Kein Modell - ob ein Windkanal-Modell, um Flugzeug oder ein Klimamodell zu entwerfen, um Erderwärmung zu planen - vollkommen das System wieder hervorbringt, das wird modelliert. Solche von Natur aus unvollständigen Modelle können dennoch nützliche Ergebnisse erzeugen. In diesem Zusammenhang sind GCMs dazu fähig, die allgemeinen Eigenschaften der beobachteten globalen Temperatur im Laufe des letzten Jahrhunderts wieder hervorzubringen.

Eine Debatte darüber, wie man Klimamustervorhersagen beilegt, dass obere Luft (tropospheric) das Wärmen größer sein sollte als das Oberflächenwärmen mit Beobachtungen, von denen einige geschienen sind, sich sonst jetzt zu zeigen, scheint, zu Gunsten von den Modellen im Anschluss an Revisionen zu den Daten aufgelöst worden zu sein: Sieh Satellitentemperaturaufzeichnung.

Die Effekten von Wolken sind ein bedeutendes Gebiet der Unklarheit in Klimamodellen. Wolken haben konkurrierende Effekten auf das Klima. Eine der Rollen, dass das Wolkenspiel im Klima im Abkühlen der Oberfläche durch das Reflektieren des Sonnenlichtes zurück in den Raum ist; ein anderer erwärmt sich, indem er den Betrag der Infrarotradiation vergrößert, die von der Atmosphäre bis die Oberfläche ausgestrahlt ist. Im IPCC 2001-Bericht über die Klimaveränderung wurden die möglichen Änderungen im Wolkendeckel als eine der dominierenden Unklarheiten im Voraussagen zukünftiger Klimaveränderung hervorgehoben; sieh auch

Tausende von Klimaforschern um die Weltgebrauch-Klimamodelle, um das Klimasystem zu verstehen. Es gibt Tausende von Papieren, die über musterbasierte Studien in von Experten begutachteten Zeitschriften veröffentlicht sind - und ein Teil dieser Forschung ist Arbeit, die die Modelle verbessert. Verbesserung ist schwierig, aber unveränderlich gewesen (am offensichtlichsten, Stand der Technik AOGCMs verlangen nicht mehr Fluss-Korrektur), und hat Fortschritt manchmal zum Entdecken neuer Unklarheiten geführt.

2000 hat ein Vergleich zwischen Maßen und Dutzenden von GCM Simulationen von GeENSO-steuertem tropischem Niederschlag, Wasserdampf, Temperatur und aus dem Amt schiedest longwave Radiation Ähnlichkeit zwischen Maßen und Simulation von den meisten Faktoren gefunden. Jedoch war die vorgetäuschte Änderung im Niederschlag ungefähr ein Viertel weniger als, was beobachtet wurde. Fehler im vorgetäuschten Niederschlag beziehen Fehler in anderen Prozessen wie Fehler in der Eindampfungsrate ein, die Feuchtigkeit zur Verfügung stellt, um Niederschlag zu schaffen. Die andere Möglichkeit besteht darin, dass die satellitenbasierten Maße irrtümlicherweise sind. Irgendein zeigt an, dass Fortschritt erforderlich ist, um solche Änderungen zu kontrollieren und vorauszusagen.

Eine mehr ganze Diskussion von Klimamodellen wird im Dritten Bewertungsbericht des IPCC zur Verfügung gestellt.

• Das Modell bedeutet Ausstellungsstücke gute Abmachung mit Beobachtungen.
• Die individuellen Modelle stellen häufig schlechtere Abmachung mit Beobachtungen aus.
• Viele vom Nichtfluss haben sich angepasst Modelle haben unter dem unrealistischen Klimaantrieb bis zu ungefähr 1 °C/century in der globalen Mitteloberflächentemperatur gelitten.
• Die Fehler in der Mustermitteloberflächenlufttemperatur überschreiten selten 1 °C über die Ozeane und 5 °C über die Kontinente; Niederschlag und Meeresspiegel-Druck-Fehler sind relativ größer, aber die Umfänge und Muster dieser Mengen sind Beobachtungen erkennbar ähnlich.
• Oberflächenlufttemperatur wird besonders mit fast allen Modellen gut vorgetäuscht, die nah den beobachteten Umfang der Abweichung vergleichen und eine Korrelation> 0.95 mit den Beobachtungen ausstellen.
• Die vorgetäuschte Abweichung des Meeresspiegel-Drucks und Niederschlags ist innerhalb von ±25 % von beobachteten.
• Alle Modelle haben Mängel in ihren Simulationen des gegenwärtigen Klimas der Stratosphäre, die die Genauigkeit von Vorhersagen der zukünftigen Klimaveränderung beschränken könnte.
• Es gibt eine Tendenz für die Modelle, um eine globale kalte Mittelneigung an allen Niveaus zu zeigen.
• Es gibt eine große Streuung in den tropischen Temperaturen.
• Die polaren Nachtstrahlen in den meisten Modellen neigen poleward mit der Höhe in der erkennbaren Unähnlichkeit zu einer equatorward Neigung des beobachteten Strahles dazu.
• Es gibt einen sich unterscheidenden Grad der Trennung in den Modellen zwischen dem subtropischen Winterstrahl und dem polaren Nachtstrahl.
• Für fast alle Modelle ist der r.m.s. Fehler im zonenartigen - und Jährlich-Mitteloberflächenlufttemperatur im Vergleich zu seiner natürlichen Veränderlichkeit klein.
• Es gibt Probleme im Simulieren der natürlichen Saisonveränderlichkeit. (2000)
• In Fluss-angepassten Modellen werden Saisonschwankungen zu innerhalb von 2 K von beobachteten Werten über die Ozeane vorgetäuscht. Der entsprechende Durchschnitt über nicht der Fluss hat Mustershow-Fehler bis zu ungefähr 6 K in umfassenden Ozeangebieten angepasst.
• Nah-Oberflächenlandtemperaturfehler sind im Durchschnitt über Fluss-angepasste Modelle wesentlich, der systematisch (durch ungefähr 5 K) Temperatur in Gebieten des Hochterrains unterschätzt. Der entsprechende Durchschnitt über hat sich nicht der Fluss angepasst Modelle bildet ein ähnliches Fehlermuster (mit dem etwas vergrößerten Umfang) über das Land.
• Südliche Ozeanmitte Breiten hat der nicht Fluss Musterüberschätzung der Umfang von Temperaturunterschieden im Januar minus der Juli durch ~5 K erwartete zu einer Überschätzung des Sommers (Januar) Nah-Oberflächentemperatur angepasst. Dieser Fehler ist für fünf der acht nicht üblich Fluss hat Modelle angepasst.
• Über die Nordhemisphäre hat sich Mitte Breite-Landgebiete, Zonenmittelunterschiede zwischen durch den nicht Fluss vorgetäuschten Temperaturen im Juli und Januar angepasst Modelle zeigen eine größere Ausbreitung (positiv und negativ) über beobachtete Werte als Ergebnisse von den Fluss-angepassten Modellen.
• Die Fähigkeit von verbundenem GCMs, einen angemessenen Saisonzyklus vorzutäuschen, ist eine notwendige Bedingung für das Vertrauen zu ihrer Vorhersage von langfristigen klimatischen Änderungen (wie Erderwärmung), aber es ist nicht eine genügend Bedingung, wenn der Saisonzyklus und die langfristigen Änderungen ähnliche klimatische Prozesse nicht einschließen.
• Verbundene Klimamodelle täuschen mit angemessenen Genauigkeitswolken und einigen zusammenhängenden hydrologischen Prozessen (insbesondere diejenigen nicht vor, die obere tropospheric Feuchtigkeit einschließen). Probleme in der Simulation von Wolken und oberer tropospheric Feuchtigkeit, bleiben Sie quälend, weil die verbundenen Prozesse für den grössten Teil der Unklarheit in Klimamustersimulationen der anthropogenen Änderung verantwortlich sind.

Der genaue Umfang von zukünftigen Änderungen im Klima ist noch unsicher; für das Ende des 21. Jahrhunderts (2071 bis 2100), für das SRES Drehbuch A2, ist die Änderung der globalen durchschnittlichen GESESSENEN Änderung von AOGCMs im Vergleich zu 1961 bis 1990 +3.0 °C (4.8 °F), und die Reihe ist +1.3 zu +4.5 °C (+2 zu +7.2 °F).

Beziehung zur Wettervorhersage

Die globalen für Klimavorsprünge verwendeten Klimamodelle sind in der Struktur sehr ähnlich (und teilen Sie häufig Computercode mit) numerische Modelle für die Wettervorhersage, aber sind dennoch logisch verschieden.

Der grösste Teil der Wettervorhersage wird auf der Grundlage von der Interpretation der Produktion von numerischen Musterergebnissen getan. Da Vorhersagen — normalerweise ein paar Tage oder eine Woche kurz sind — enthalten solche Modelle kein Ozeanmodell gewöhnlich, aber verlassen sich auf auferlegten SSTs. Sie verlangen auch genaue anfängliche Bedingungen, die Vorhersage zu beginnen — normalerweise werden diese von der Produktion einer vorherigen Vorhersage mit gemischten Beobachtungen genommen. Weil die Ergebnisse schnell erforderlich sind, dass die Vorhersagen in ein paar Stunden geführt werden müssen; aber weil sie nur eine Woche der Echtzeit bedecken müssen, können diese Vorhersagen an der höheren Entschlossenheit geführt werden als in der Klimaweise. Zurzeit läuft der ECMWF an der Entschlossenheit im Vergleich mit der durch typische Klimamodelle verwendeten Skala. Häufig werden verschachtelte Modelle gezwungen durch die globalen Modelle für Grenzbedingungen geführt, um höher lokale Entschlossenheit zu erreichen: Zum Beispiel führt das Entsprochene Büro ein mesoscale Modell mit einer Entschlossenheit, die das Vereinigte Königreich und die verschiedenen Agenturen in den Vereinigten Staaten bedeckt. laufen Sie auch hat Modelle wie der NGM und die NAM Modelle verschachtelt. Wie die meisten globalen numerischen Wettervorhersagemodelle wie der GFS sind globale Klimamodelle häufig geisterhafte Modelle statt Bratrost-Modelle. Geisterhafte Modelle werden häufig für globale Modelle verwendet, weil etwas Berechnung im Modellieren schneller so durchgeführt werden kann, die Zeit reduzierend, musste die Mustersimulation führen.

Berechnung beteiligt

Klimamodelle verwenden quantitative Methoden, die Wechselwirkungen der Atmosphäre, der Ozeane, der Landoberfläche und des Eises vorzutäuschen. Sie werden für eine Vielfalt von Zwecken von der Studie der Dynamik des Klimasystems zu Vorsprüngen des zukünftigen Klimas verwendet.

Alle Klimamodelle ziehen die eingehende Energie als Kurzwelle elektromagnetische Radiation, hauptsächlich sichtbar und kurzwellig (fast) infrarote sowie aus dem Amt scheiden Energie als Langwelle (weit) infrarote elektromagnetische Radiation von der Erde in Betracht. Jede Unausgewogenheit läuft auf eine Änderung in der Temperatur hinaus.

Die am meisten geredeten - über Modelle von letzten Jahren sind diejenigen gewesen, die Temperatur mit Emissionen des Kohlendioxyds verbinden (sieh Treibhausgas). Diese Modelle planen einen Aufwärtstrend in der Oberflächentemperaturaufzeichnung, sowie eine raschere Zunahme in der Temperatur an höheren Höhen.

Drei (oder richtiger vier da wird Zeit auch betrachtet), der discretise des dimensionalen GCM übertragen die Gleichungen für die flüssige Bewegung und Energie und integrieren diese mit der Zeit. Sie enthalten auch parametrisations für Prozesse — wie Konvektion — die auf Skalen vorkommen, die zu klein sind, um direkt aufgelöst zu werden.

Atmosphärische GCMs (AGCMs) modellieren die Atmosphäre und erlegen Seeoberflächentemperaturen als Grenzbedingungen auf. Verbundener mit der Atmosphäreozean-GCMs (AOGCMs, z.B. HadCM3, EdGCM, GFDL CM2. X, ARPEGE-Climat) verbinden die zwei Modelle.

Modelle können sich vom relativ einfachen bis ziemlich komplizierten erstrecken:

• Ein einfaches leuchtendes Wärmeübertragungsmodell, das die Erde als ein einzelner Punkt und Durchschnitte aus dem Amt scheiden Energie behandelt
• das kann vertikal (Strahlungs-Convective-Modelle), oder horizontal ausgebreitet werden
• schließlich, (verbundenes) Atmosphäre-Ozeanmeer kühlen globale Klimamodelle discretise mit Eis und lösen die vollen Gleichungen für die Masse und die Energieübertragung und den leuchtenden Austausch.

Das ist nicht eine volle Liste; zum Beispiel "können Kasten-Modelle" geschrieben werden, um Flüsse über und innerhalb von Ozeanwaschschüsseln zu behandeln. Außerdem können andere Typen des Modellierens wie Landgebrauch verkettet werden, Forschern erlaubend, die Wechselwirkung zwischen Klima und Ökosystemen vorauszusagen.

Vereinfachte Modelle des Klimas

Kasten-Modelle

Kasten-Modelle sind vereinfachte Versionen von komplizierten Systemen, sie auf Kästen (oder Reservoire) verbunden durch Flüsse reduzierend. Wie man annimmt, werden die Kästen homogen gemischt. Innerhalb eines gegebenen Kastens ist die Konzentration irgendwelcher chemischen Arten deshalb gleichförmig. Jedoch kann sich der Überfluss an einer Art innerhalb eines gegebenen Kastens als eine Funktion der Zeit wegen des Eingangs zu (oder Verlust von) der Kasten oder wegen der Produktion, des Verbrauchs oder des Zerfalls dieser Art innerhalb des Kastens ändern.

Einfache Kasten-Modelle, d. h. Kasten-Modell mit einer kleinen Anzahl von Kästen, deren sich Eigenschaften (z.B ihr Volumen) mit der Zeit nicht ändern, sind häufig nützlich, um analytische Formeln abzuleiten, die die Dynamik und den Steady-Stateüberfluss an einer Art beschreiben. Kompliziertere Kasten-Modelle werden gewöhnlich mit numerischen Techniken gelöst.

Kasten-Modelle werden umfassend verwendet, um Umweltsysteme oder Ökosysteme und in Studien des Ozeanumlaufs und des Kohlenstoff-Zyklus zu modellieren.

Nulldimensionale Modelle

Ein sehr einfaches Modell des Strahlungsgleichgewichts der Erde ist:

:

wo

• die linke Seite vertritt die eingehende Energie von der Sonne
• die rechte Seite vertritt die aus dem Amt schiede Energie von der Erde, die aus dem Gesetz von Stefan-Boltzmann das Annehmen einer unveränderlichen Strahlungstemperatur, T berechnet ist, der, gefunden werden

sollund

• S ist die Sonnenkonstante - die eingehende Sonnenstrahlung pro Einheitsgebiet — ungefähr 1367 W · M

• ist der durchschnittliche Rückstrahlvermögen der Erde, gemessen, um 0.3 zu sein.
• r ist der Radius der Erde — etwa 6.371×10 M
• π ist die mathematische Konstante (3.141...)

• ist der Stefan-Boltzmann unveränderlich — ungefähr 5.67×10 J · K · M · s

• ist das wirksame Emissionsvermögen der Erde, ungefähr 0.612

Der unveränderliche πr kann ausgeklammert werden, gebend

:

Für die Temperatur, lösend

:

Das gibt eine durchschnittliche Erdtemperatur dessen nach. Das ist, weil die obengenannte Gleichung die wirksame Strahlungstemperatur der Erde (einschließlich der Wolken und Atmosphäre) vertritt. Der Gebrauch des wirksamen Emissionsvermögens und Rückstrahlvermögens ist für den Treibhauseffekt verantwortlich.

Dieses sehr einfache Modell ist ziemlich aufschlussreich. Zum Beispiel bestimmt es leicht, was die Wirkung auf die durchschnittliche Erdtemperatur von Änderungen in der Sonnenkonstante oder Änderung des Rückstrahlvermögens oder wirksamen Erdemissionsvermögens ohne Feed-Back-Effekten sein würde. Das Verwenden der einfachen Formel, der Prozent-Änderung des durchschnittlichen Betrags jedes Parameters, hat unabhängig in Betracht gezogen, um einen Celsiusgrad zu verursachen, ändern sich in die durchschnittliche Steady-Stateerdtemperatur (d. h., die Klimaempfindlichkeit) ist wie folgt:

• 1.4% unveränderliche Sonnen-
• Rückstrahlvermögen 3.3%
• Wirksames Emissionsvermögen 1.4%

Das durchschnittliche Emissionsvermögen der Erde wird von verfügbaren Daten sogleich geschätzt. Das Emissionsvermögen von Landoberflächen ist alle im Rahmen 0.96 zu 0.99 (abgesehen von einigen kleinen Wüste-Gebieten, die mindestens 0.7 sein können). Wolken, jedoch, die ungefähr Hälfte der Oberfläche der Erde bedecken, haben ein durchschnittliches Emissionsvermögen von ungefähr 0.5 (der durch die vierte Macht des Verhältnisses der absoluten Wolkentemperatur zur durchschnittlichen absoluten Erdtemperatur reduziert werden muss), und eine durchschnittliche Wolkentemperatur ungefähr. Die Einnahme von all dem richtig in die Rechnung läuft auf ein wirksames Erdemissionsvermögen von ungefähr 0.64 (durchschnittliche Erdtemperatur) hinaus.

Dieses einfache Modell bestimmt sogleich die Wirkung von Änderungen in der Sonnenproduktion oder Änderung des Erdrückstrahlvermögens oder wirksamen Erdemissionsvermögens auf der durchschnittlichen Erdtemperatur. Es sagt nichts, jedoch darüber, was diese Dinge verursachen könnte sich zu ändern, und Feed-Back-Effekten nicht vereinigt. Nulldimensionale Modelle richten den Temperaturvertrieb auf der Erde oder den Faktoren nicht, die Energie über die Erde bewegen.

Strahlungs-Convective-Modelle

Das nulldimensionale Modell oben, mit der durchschnittlichen gegebenen und unveränderlichen Sonnenerdtemperatur, bestimmt das wirksame Erdemissionsvermögen der zum Raum ausgestrahlten Langwellenradiation. Das kann im vertikalen zu einem nulldimensionalen Strahlungs-Convective-Modell raffiniert werden, das zwei Prozesse des Energietransports denkt:

• upwelling und downwelling Strahlungsübertragung durch atmosphärische Schichten, die sowohl absorbieren als auch Infrarotradiation ausstrahlen
• nach oben gerichteter Transport der Hitze durch die Konvektion (besonders wichtig in der niedrigeren Troposphäre).

Die Strahlungs-Convective-Modelle sind im Vorteil gegenüber dem einfachen Modell: Sie können die Effekten von unterschiedlichen Treibhausgas-Konzentrationen auf dem wirksamen Emissionsvermögen und deshalb der Oberflächentemperatur bestimmen. Aber hinzugefügte Rahmen sind erforderlich, um lokales Emissionsvermögen und Rückstrahlvermögen zu bestimmen und die Faktoren zu richten, die Energie über die Erde bewegen.

Verbindungen:

• "Wirkung des Eisrückstrahlvermögen-Feed-Backs auf der globalen Empfindlichkeit in einem eindimensionalen Strahlungs-Convective-Klimamodell"

http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/258.htm

Hoch-dimensionale Modelle

Das nulldimensionale Modell kann ausgebreitet werden, um die Energie als transportiert horizontal in der Atmosphäre zu betrachten. Diese Art des Modells kann gut zonenartig durchschnittlich sein. Dieses Modell ist im Vorteil, eine vernünftige Abhängigkeit des lokalen Rückstrahlvermögens und Emissionsvermögens auf der Temperatur zu erlauben - den Polen kann erlaubt werden, eisig zu sein, und der Äquator warm - aber der Mangel an der wahren Dynamik bedeutet, dass horizontale Transporte angegeben werden müssen.

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

EMICs (Erdsystem-Modelle der Zwischenkompliziertheit)

Je nachdem die Natur von Fragen gefragt hat und die sachdienlichen zeitlichen Rahmen, gibt es, auf einem Extrem, begrifflich, mehr induktive Modelle, und auf den anderen äußersten, allgemeinen Umlauf-Modellen, die an der höchsten räumlichen und zeitlichen zurzeit ausführbaren Entschlossenheit funktionieren. Modelle der Zwischenkompliziertheit überbrücken die Lücke. Ein Beispiel ist der Bergsteiger 3 Modell. Seine Atmosphäre ist ein 2.5-dimensionales statistisch-dynamisches Modell mit 7.5 ° × 22.5 ° Entschlossenheit und Zeitsprung von 1/2 ein Tag; der Ozean ist MAMA 3 (Modulozeanmodell) mit 3.75 ° × 3.75 ° Bratrost und 24 vertikale Niveaus.

• http://www.pik-potsdam.de/emics /

Klimamodellierer

Ein Klimamodellierer ist eine Person, die entwirft, entwickelt, durchführt, prüft, aufrechterhält oder Klimamodelle ausnutzt. Es gibt drei Haupttypen von Einrichtungen, wo ein Klimamodellierer gefunden werden kann:

• In einem nationalen meteorologischen Dienst. Die meisten nationalen Wetterdienstleistungen haben mindestens eine Klimatologie-Abteilung.
• In einer Universität. Abteilungen, die Klimamodellierer auf dem Personal haben können, schließen atmosphärische Wissenschaften, Meteorologie, Klimatologie oder Erdkunde, unter anderen ein.
• In nationalen oder internationalen Forschungslabors, die sich auf dieses Feld, wie das Nationale Zentrum für die Atmosphärische Forschung (NCAR, im Felsblock, Colorado, den USA), das Geophysikalische Flüssige Dynamik-Laboratorium (GFDL, in Princeton, New Jersey, die USA), das Zentrum von Hadley für die Klimavorhersage und Forschung (in Exeter, das Vereinigte Königreich), das Institut von Max Planck für die Meteorologie in Hamburg, Deutschland, oder den Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL in Paris, Frankreich) spezialisieren. World Climate Research Programme (WCRP), das von World Meteorological Organization (WMO) veranstaltet ist, koordiniert Forschungstätigkeiten auf dem Klima, das weltweit modelliert.

Siehe auch

• Atmospheric Model Intercomparison Project (AMIP)
• Atmospheric Radiation Measurement (ARM) (in den Vereinigten Staaten)
• CCCma
• Climateprediction.net ist ein verteiltes Rechenprojekt.
• Erdsimulator
• EdGCM
• GFDL CM2. X
• Globales Umweltmehrskala-Modell
• HadCM3
• Allgemeines Zwischenumlauf-Modell
• NCAR
• Prognostische Variable

Klimamodelle im Web

• Nationales Betriebliches Musterarchiv und Verteilersystem (NOMADEN) sind NOAA Webdienste haben Projekt gestützt, das sowohl schritthaltendes als auch rückblickendes Format unabhängiger Zugang zum Klima und den Wettermusterdaten zur Verfügung stellt.
• Dapper/DChart - in Anschlag und Download-Musterdaten durch den Vierten Bewertungsbericht (AR4) der Internationalen Tafel auf der Klimaveränderung Verweise angebracht.
• http://www.hadleycentre.gov.uk/research/hadleycentre/models/modeltypes.html - Zentrum von Hadley für die Klimavorhersage und Forschung - allgemeines Info auf ihren Modellen
• http://www.ccsm.ucar.edu/ - NCAR/UCAR Community Climate System Model (CCSM)
• http://www.climateprediction.net - tun es selbst Klimavorhersage
• http://www.giss.nasa.gov/tools/modelE/ - die primäre Forschung GCM, der durch NASA/GISS (Institut von Goddard für Raumstudien) entwickelt ist
• http://edgcm.columbia.edu/ - das ursprüngliche NASA/GISS globale Klimamodell (GCM) mit einer benutzerfreundlichen Schnittstelle für PCs und Macs
• http://www.cccma.bc.ec.gc.ca/ - CCCma Musterinfo und Schnittstelle, um Musterdaten wiederzubekommen
• http://nomads.gfdl.noaa.gov/CM2.X/ - NOAA / Geophysikalisches Flüssiges Dynamik-Laboratorium CM2 globales Klimamusterinfo und Musterproduktionsdatendateien
• http://www.climate.uvic.ca/ - Universität des Viktorias Globales Klimamodell, das für das Download frei ist. Hauptforscher war ein beitragender Autor zum neuen IPCC-Bericht über die Klimaveränderung.

Links

• Klimaveränderungsvorhersage: Ein schwieriges wissenschaftliches Problem (2005). Durch Prof. A.J. Thorpe. Erklärt, wie Vorhersagen der zukünftigen Klimaveränderung mit Klimamodellen gemacht werden.
• Klimasimulationen für 1951-2050 mit einem Verbundenen mit der Atmosphäreozeanmodell durch die Sonne und Hansen (2003)
• Geschichte des globalen Klimas, modellierend
• E-Medien von CCVP Group von GFDL. Schließt Videos, Zeichentrickfilme, podcasts und Abschriften auf Klimamodellen ein.
• http://www.gfdl.noaa.gov/~fms das Flexible modellierende System von GFDL, das Code für die Klimamodelle enthält.

Dapper/DChart - in Anschlag und Download-Musterdaten durch den Vierten Bewertungsbericht (AR4) der Internationalen Tafel auf der Klimaveränderung Verweise angebracht.

• Kapitel 8: Klimamodelle und Ihre Einschätzung. Die IPCC Arbeitsgruppe der I Vierte Bewertungsbericht (2007).
• CCSP, 2008: Klimamodelle: Eine Bewertung von Kräften und Beschränkungen Ein Bericht durch das amerikanische Klimaveränderungswissenschaftsprogramm und den Unterausschuss auf der Globalen Änderungsforschung [Bader D.C. C. Schwarm, W.J. Gutowski der Jüngere. I.M. Held, K.E. Kunkel, R.L. Miller, R.T. Tokmakian und M.H. Zhang (Autoren)]. Energieministerium, Büro der Biologischen und Umweltforschung, Washington, D.C. die USA, 124 Seiten.
• BBC-Nachrichten: Modelle 'Schlüssel zum Klima sagen voraus'. Der Papst von Dr Vicky des Zentrums von Hadley erklärt, wie Computermodelle verwendet werden, um das tägliche Wetter und die Änderungen zum Klima (2007) vorauszusagen.
• Die wissenschaftliche Basis für Vorsprünge der Klimaveränderung (in einer Nussschale). Video eines Vortrags, der an der Universität von Princeton durch Isaac Held, Professor von Geosciences und Atmospheric und Ozeanischen Wissenschaften, Universität von Princeton und Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL) gegeben ist. Am 26. Februar 2008.
• (IPCC 2001-Abschnitt 8.3) - auf der Musterhierarchie
• (IPCC 2001-Abteilung 8) - viel Information über den des verbundenen GCM
• Verbundenes Musterzwischenvergleich-Projekt
• Auf den dynamischen und Strahlungsfeed-Backs über die äquatoriale pazifische kalte Zunge
• Grundlegende Strahlenberechnungen - die Entdeckung der Erderwärmung