Modellierung der lokalen Auswirkungen des globalen Klimawandels

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

"Sie brauchen kein Wetterfrosch zu wissen, welche Art und Weise der Wind weht", sang Bob Dylan berühmt. Aber wenn Sie möchten wissen, wie es morgen durchbrennt, Chancen sind, dass du gehst, um die Prognose zu überprüfen.

Atmosphärische Vorhersage hat unermesslich in den 45 Jahren verbessert, da Dylan sang "Subterranean Homesick Blues." Egal, ob Sie interessiert morgen hoch "oder" der globalen Hitze index ein Jahrzehnt ab jetzt, Meteorologen können jetzt das Klima mit weit größerer Genauigkeit vorhersagen.

Der Aufstieg der leistungsfähigen Hochleistungs-Computern spielt eine große Rolle in dieser Verbesserungen. Wissenschaftler isolieren die Faktoren, die Einfluss auf das Wetter-Hitze, Strahlung, die Rotation der Erde – verwandeln sie in mathematischen Formeln und verwenden Supercomputer, um die Atmosphäre in ihrer ganzen Komplexität zu prognostizieren.

Und doch sind diese Prognosen noch mit einem ziemlich großen Pinsel gemalt. Die globalen Klimamodelle — auf die alle offiziellen Prognosen beruhen, haben eine Auflösung in der Größenordnung von 62 Meilen (100 Kilometer) pro Rasterpunkt. Auf dieser Detailebene Stürme scheinen als undifferenzierte Blobs, und Städten in den Bergen und im Tal scheinen identisch Wetter zu erleben.

"Es ist schwierig, genau zu untersuchen wie fließt in den letzten 50 Jahren verändert haben, weil ein Rasterpunkt viele Flüsse enthalten kann", sagte Masao Kanamitsu, ein Veteran der atmosphärischen Modellierung Welt und einer der führenden Forscher Scripps Institution of Oceanography.

Macht ein Wetterfrosch

Kanamitsu wusste, dass er wollte eine rechnerische Meteorologe aus der Zeit zu sein, war er ein Teenager in Japan in den 1960er Jahren. Er arbeitete sich durch die weltweit fortschrittlichsten Wetter Forschungszentren, zuerst in Japan, dann in Europa und zuletzt in den Vereinigten Staaten.

Anfang bis Mitte der 1990er Jahre verwendet Kanamitsu Cray Systeme und Japans Earth Simulator zur globalen Klimamodellen Ausführung. Heute nutzt er die Ranger Supercomputer am Texas Advanced Computing Center, der zweitgrößte Supercomputer auf der National Science Foundation TeraGrid.

Kanamitsu und seine Kollegen in der atmosphärischen Gemeinschaft verwenden eine Methode namens "downscaling" regionale Vorhersagen zu verbessern. Die Technik nimmt Ausgabe aus einem globalen Klimamodell und fügt Informationen — im Maßstab kleiner als der Rasterabstand — um wichtige Funktionen wie Wolken und Berge zu lösen.

"Du bist großflächigen, grobe Auflösung Daten gegeben und du musst einen Weg finden, die kleinen Details zu bekommen", sagte Kanamitsu.

Modellierung von California

Vor kurzem hat Kanamitsu konzentriert auf verbesserte regionale Modelle nach Kalifornien, wo kleine Wettermuster eine große Rolle bei der Staat viele Mikroklima spielen zu schaffen. Durch detaillierte Informationen über die Topographie, Vegetation, Flüsse und andere Faktoren in den Unterraster von Kalifornien integrieren, Kanamitsu ist es gelungen, eine Auflösung von 6 Meilen (10 Kilometer) pro Rasterpunkt zu erreichen – eine gewaltige Verbesserung gegenüber den normalerweise akzeptiert 62 Meilen (100 Kilometer) pro Rasterpunkt.

Kanamitsu ist auch das Problem der atmosphärische Bedingungen mit Ozeandynamik verbindet in Angriff nehmen.

"Entlang der Küste von Kalifornien, gibt es ein kalter Ozean, die Wechselwirkung mit der Atmosphäre mit sehr kleinem Maßstab," sagte Kanamitsu. "Wir sind die Meeresströmungen und die Temperatur in einem hochauflösenden Ozean-Modell, gepaart mit einer hochauflösenden atmosphärisches Modell, um herauszufinden, die Auswirkungen dieser kleinen Ozean Staaten simulieren."

Um all diese Faktoren kombinieren und erhalten eine Antwort innerhalb von kurzer Zeit erfordert sehr mächtig und fest angeschlossene Supercomputer wie Ranger. Die Ergebnisse der Simulationen der Kanamitsu verbessert die derzeit im Einsatz von der National Weather Service.

Andere Anwendungen

Andere Forscher aus der Gemeinschaft haben bereits begonnen, Anwendung der Herunterskalierung Ergebnisse auf Fisch Bevölkerungsstudien, Fluss Änderungen und Windenergie Anwendungen.

"Kanamitsu Modell-Simulationen haben eine viel besser gelöst Bild von den Prozessen die Windströmung und Niederschlag in der zeitgenössischen, historische Periode in Kalifornien, ermöglicht", sagte Scripps Hydrometeorologist Daniel Cayan.

Im Laufe seiner langen Karriere hat Kanamitsu deutlich gesehen wie verbesserte Computer-Modellierung seines Fachs verändert hat – und die Welt.

"Vor dreißig Jahren, ich die Meteorologen gehörte," sagte er. "Jeden Tag nahmen wir unsere Computer Modellergebnisse zur Sitzung, aber die Prognostiker Verantwortlichen normalerweise nicht anschauen oder glauben an unsere Ergebnisse. Nun, glaube Meteorologen in den Modellen so viel, dass einige Leute denken, dass sie ihre Fähigkeiten verlieren."

Wie Wissenschaftler versuchen, bestimmen die lokalen Auswirkungen des globalen Klimawandels und Adresse dieser Änderungen, genaue historische Aufzeichnungen und anspruchsvolle regionale Vorhersagen wie jene von Kanamitsus Arbeit erleichtert immer wichtiger werden.

Kanamitsu der Forschung über die NSF unterstützt Ranger Supercomputer ist von NOAA und der California Energy Commission finanziert.

Anmerkung der Redaktion: Dieser Forschung wurde unterstützt von der National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik beauftragt. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Siehe die hinter die Kulissen-Archiv.