Scenariusze zmian klimatu Polski

Zadanie 1. Zmiany klimatu i ich wpływ na środowisko naturalne Polski oraz określenie ich skutków ekonomicznych
Scenariusze zmian klimatu Polski
klimat.imgw.pl
e-mail: [email protected]
Klimatyczne scenariusze dynamiczne (RegCM)
Zmieniający się klimat ma ogromny wpływ
na gospodarkę. Przy opracowywaniu różnych strategii rozwoju kraju z ekonomicznego punktu widzenia niezbędne jest
uwzględnienie przewidywanych zmian parametrów meteorologicznych. Pozwoli to
na dokładniejsze określenie wpływu nowych naturalnych ograniczeń w różnych
dziedzinach gospodarki i umożliwi lepsze
dostosowanie rozwiązań technicznych
do nowych warunków.
Najważniejszymi narzędziami badawczymi nowoczesnej klimatologii są trójwymiarowe modele ogólnej cyrkulacji atmosfery
i oceanu (GCMs) opisujące ewolucję systemu w skali kuli ziemskiej. Do oszacowań
regionalnych niezbędne jest stosowanie
technik przejścia (downscaling), w szczególności może to być podejście dynamiczne polegające na wykorzystaniu regionalnego modelu klimatu wbudowanego w model globalny.
Regionalne modele klimatu, pozwalające
na bezpośredni opis procesów fizycznych
zachodzących w mezoskali, w sposób
jawny symulują ewolucję warunków klimatycznych na ograniczonym obszarze, mogą współpracować z innymi modułami
przeznaczonymi do estymacji wpływu
przewidywanych zmian na środowisko
i gospodarkę.
W IMGW został adaptowany model
RegCM opracowany w ICTP (International Centre for Theoretical Physics – Międzynarodowe Centrum Fizyki Teoretycznej). Dynamika modelu jest oparta na hydrostatycznej wersji mezoskalowego modelu MM5 opracowanego w NCAR – National Center of Atmospheric Research
(równania pierwotne, model hydrostatyczny, ściśliwy, ze współrzędną sigma). Fizyka modelu uwzględnia transfer radiacyjny,
opad wielkoskalowy i konwekcyjny, planetarną warstwę graniczną, biosferę.
wejściowych dla okresu referencyjnego 1971-1990 (RF) oraz okresu 20112030 na podstawie scenariuszy IPCC A2,
A1B i B1, a następnie przeprowadzana jest analiza obliczonych parametrów
meteorologicznych. Wyniki symulacji dla
okresu referencyjnego są porównywane
z danymi obserwacyjnymi w celu wyboru
odpowiedniej konfiguracji dla symulacji
scenariuszowych. Następnie są określane
kluczowe informacje wejściowe dla opracowywanych strategii rozwoju ekonomicznego kraju (zakresy zmian, rozkład
przestrzenny oraz częstotliwość zjawisk
ekstremalnych w okresie scenariuszowym
w odniesieniu do okresu referencyjnego).
Za pomocą modelu RegCM są określane
przyszłe warunki klimatyczne (temperatura, opad, promieniowanie ultrafioletowe)
Polski do roku 2030 dla wybranych scenariuszy emisyjnych. Jako warunki brzegowe i początkowe są wykorzystywane
wyniki modelu ogólnej cyrkulacji atmosfery i oceanu ECHAM5/MPI-OM z bazy CERA (Climate and Environmental Retrieval
and Archive), WDCC (World Data Center
for Climate). Są przeprowadzane symulacje numeryczne dla różnych parametrów
Najniższe wartości różnicy między polem RF
z modelu ECHAM5 a obserwacjami temperatury powietrza (°C) w styczniu w okresie 19711990
Odchylenie standardowe różnicy między polem
referencyjnym RF z modelu ECHAM5 a obserwacjami temperatury powietrza (°C) w styczniu
w okresie 1971-1990.
Schemat symulacji RegCM
Instytut Meteorologii
i Gospodarki Wodnej
Zadanie 1. Zmiany klimatu i ich wpływ na środowisko naturalne Polski oraz określenie ich skutków ekonomicznych
Scenariusze zmian klimatu Polski
klimat.imgw.pl
e-mail: [email protected]
Porównanie średnich dobowych wartości temperatury na poziomie 2 m i wielkości
opadu dla okresu 1971-1990 z przykładowych symulacji RegCM ze zbiorem danych
E-OBS dla dwóch parametryzacji konwekcji (Anthes-Kuo i Grell-Arakawa-Schubert)
Weryfikacja wyników symulacji RegCM przez ich
porównanie z danymi obserwacyjnymi ma na celu
taki wybór parametrów symulacji, aby jej wyniki były
jak najbardziej zgodne z rzeczywistością. W tym celu uruchamia się wiele symulacji zmieniając takie parametry jak wielkość i granice domeny, krok czasowy, rozdzielczość przestrzenna, schemat konwekcji,
warunki początkowe i brzegowe itp. Poniższy przykład prezentuje wyniki symulacji, które różniły się
miedzy sobą tylko parametryzacją konwekcji.
Konwekcja jest istotnym fizycznym procesem w atmosferze generującym opad w mezoskali w skali
czasowej kilku godzin – dni. Sama konwekcja zaczyna się jednak w skalach znacznie mniejszych
(rzędu cm), rozwija się do skal większych (rzędu 100 km) i jest procesem fizycznie bardzo skomplikowanym. Ze względu na to, że obecne modele
pogody i klimatu nie są w stanie opisać procesów
z taką rozdzielczością niezbędna jest ich parametryzacja.
W modelu do wyboru są następujące schematy
konwekcyjne: Anthes-Kuo, Grella i MITEmanuela.
Dodatkowo dla schematu Grell’a dostępne są 2 domknięcia: Arakawy i Schuberta oraz Fritscha i Chappella. W poniższym przykładzie porównano wyniki
symulacji z parametryzacją Anthes-Kuo oraz
Grell'a z doknięciem Arakawy i Schuberta (Grell-Arakawa-Schubert)
W schemacie Anthes-Kuo konwekcja jest inicjowana, gdy konwergencja wilgotności w kolumnie osiąga pewien zadany próg a masa powietrza jest konwekcyjnie niestabilna. Konwergencja zawiera tylko
adwekcję pary wodnej. Ewapotranspiracja wpływa
na konwergencję pośrednio, gdyż zwiększa wilgotność w niższej atmosferze. Dlatego, gdy ewapotranspiracja się zwiększa, coraz więcej pary wodnej zamienia się w deszcz, przy założeniu, że atmosfera
jest niestabilna.
Schemat Grella traktuje chmury jako 2 cyrkulacje.
W jednej powietrze porusza się ku górze, w drugiej
ku dołowi. Mieszanie powietrza z chmury z powietrzem otaczającym zachodzi tylko u podstawy
i na górze chmury. Konwekcja rozpoczyna się wtedy, kiedy cząstka powietrza znajdzie się w stanie
równowagi chwiejnej (atmosfera niestabilna). W celu zachowania stabilności procesu konwekcji względem procesów większej skali dostępne są 2 domknięcia. W domknięciu Arakawy i Schuberta przyjmuje się równowagę między strumieniami konwekcyjnymi i opadem a tendencjami stanu w atmosferze.
Średnia dobowa wielkość opadu (mm)
z E-OBS
Średnia dobowa wielkość opadu (mm)
z RegCM (Anthes-Kuo)
Średnia dobowa różnica między wielkością Średnia dobowa wielkość opadu (mm)
opadu z RegCM (Anthes-Kuo) a E-OBS
z RegCM (Grell-Arakawa-Schubert)
Średnia dobowa różnica między wielko- Średnia dobowa wartość temperatury
ścią opadu z RegCM (Grell-Arakawa-Schu- (°C) z E-OBS
bert) a E-OBS
Średnia dobowa wartość temperatury (°C) z RegCM (Anthes-Kuo)
Średnia dobowa różnica między wartością temperatury z RegCM (AnthesKuo) a E-OBS
Średnia dobowa wartość temperatury (°C) Średnia dobowa różnica między wartoz RegCM (Grell-Arakawa-Schubert)
ścią temperatury z RegCM (Grell-Arakawa-Schubert) a E-OBS
Instytut Meteorologii
i Gospodarki Wodnej