Tägliche Regenvorhersagen helfen uns bei der Entscheidung, ob wir bei Besorgungen einen Regenschirm mitnehmen sollten oder nicht. Aber Wissenschaftler, Stadtplaner und viele andere müssen über Niederschlagsextreme auf viel größeren Zeitskalen Bescheid wissen.
Das Wissen über extreme Niederschlagsmengen im Laufe der Jahre ist wichtig für die Planung der zukünftigen Wasserspeicherung und Landwirtschaft sowie für die Planung zerstörerischer Stürme. Doch Klimamodelle simulieren diese Extreme nicht immer so genau, wie sie sollten. Damit diese Modelle für Stadtplaner und andere nützlich sind, müssen ihre Vorhersagen besser mit den Beobachtungen in der realen Welt übereinstimmen.
Wissenschaftler am Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) des Energieministeriums untersuchte verschiedene Möglichkeiten, die Prozesse innerhalb von Wolken zu beschreiben und wie sie die Genauigkeit von Klimamodellen beeinflussten.
Das Klima ist enorm komplex. Es gibt für Wissenschaftler keine Möglichkeit, jedes Detail in Simulationen des Klimas einzubeziehen. Die Simulationen wären einfach zu umfangreich, um sie selbst auf den leistungsstärksten Supercomputern auszuführen.
Um dieser Komplexität gerecht zu werden, nehmen Wissenschaftler bestimmte Vereinfachungen vor. Klimamodelle Teilen Sie den Globus in einem Raster in Spalten auf. Dadurch können die Modelle einzelne Teile und deren Wechselwirkungen simulieren. In einer Form namens Superparametrisierung enthält jede Gitterspalte ihr eigenes hochauflösendes Modell. Die Modelle im Inneren der Säulen sind so hochauflösend, dass sie einzelne Wolken simulieren können! Frühere Studien ergaben, dass diese superparametrisierten Modelle Wolken genauer simulieren können als andere Arten.
Aber es reicht nicht aus, es zu verstehen ganze Wolken. Wissenschaftler benötigen Klimamodelle, um die Prozesse im Inneren von Wolken, sogenannte Mikrophysik, zu berücksichtigen. Zu diesen Prozessen gehört die Bildung und Auflösung von Wolkentröpfchen und Eiskristallen.
Leider können Klimamodelle diese Prozesse nicht direkt simulieren – sie sind einfach zu klein. Stattdessen wählen Wissenschaftler bestimmte Arten, diese Prozesse darzustellen.
Klimawissenschaftler am Berkeley Lab untersuchten, wie sich die Art und Weise, wie sie diese Prozesse darstellten, darauf auswirkte, wie genau superparametrisierte Modelle extreme Niederschläge simulierten. Der Wissenschaftler nutzte die Modelle, um das Klima vergangener Jahre zu simulieren und verglich diese Simulationen dann mit Beobachtungen in der realen Welt. Durch diese Vergleiche können sie sehen, wie genau die Modelle sind.
Die Forscher führten zwei verschiedene Arten der Darstellung der Prozesse durch. Einer lieferte mehr Details, der andere weniger. Sie ließen die Modelle auf Computern in der Benutzereinrichtung des National Energy Research Scientific Computing Center DOE Office of Science laufen.
Beide Parametersätze wirkten sich darauf aus, wie das Modell extreme Niederschläge sowohl auf langen Zeitskalen (bis zu einem Jahr) als auch auf kurzen Zeitskalen (etwa fünf Tage) simulierte. Die kurzen Zeitskalen waren insbesondere in den Tropen betroffen.
Die unterschiedlichen Darstellungen führten auch zu einem breiten Spektrum extremer Niederschlagsereignisse. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die detaillierteren Parameter in der Simulation Wolken mit mehr vertikaler Bewegung erzeugten. Diese Anträge führten zu weiteren Extremen.
Trotz der Unterschiede liegen die Ergebnisse beider Darstellungen im Bereich realer Beobachtungen. Der Einsatz mikrophysikalischer Prozesse in Klimamodellen bietet großes Potenzial, Simulationen genauer zu machen.
Extreme Niederschlagsereignisse sind kein Zuckerschlecken. Aber mit Hilfe einiger Extremcomputer und Klimamodelle können Wissenschaftler uns dabei helfen, sie besser vorherzusagen und zu planen.