Seit Beginn der Ära der Industriellen Revolution werden die globale Erwärmung, das Abschmelzen des arktischen Meereises und der zunehmende Anstieg des Meeresspiegels laut dem AR6-Bericht des IPCC wahrscheinlich auf menschliche Aktivitäten zurückgeführt. Die Reaktion des Klimawandels auf externe Kräfte (einschließlich menschlicher Aktivitäten) ist nicht linear und wird durch interne Variabilitäten (IVs) beeinflusst, die hauptsächlich durch interne Prozesse im Klima- oder Erdsystem erzeugt werden. Kürzlich haben Wissenschaftler herausgefunden, dass IVs, wie die pazifische dekadische Oszillation oder die interdekadische pazifische Oszillation und die atlantische multidekadische Oszillation, die Walker-Zirkulation und den globalen Monsun in den nächsten drei Jahrzehnten stark beeinflussen werden. IVs sind auch wichtige Quellen für Unsicherheiten beim Verständnis des historischen Klimawandels, insbesondere auf regionaler Ebene. Kurz gesagt, IVs sind nützlich für die Untersuchung des Klimawandels, die Entwicklung von Minderungsstrategien und die Bereitstellung von Leitlinien für politische Entscheidungsträger.
Klimasystemmodelle unterstützen IV-Studien, indem sie Simulationen bereitstellen, insbesondere wenn Einzelmodell-Anfangszustandssimulationen großer Ensembles verwendet werden, bei denen es sich um ein Ensemble von Simulationen handelt, die unter einem bestimmten Strahlungsantriebsszenario an ein einzelnes Klimamodell gebunden sind. Die großen Ensemble-Simulationen wenden Störungen oder Abweichungen von der normalen Eingabe auf die Anfangsbedingungen jedes Mitglieds an, um divergierende Wetter- und Klimabahnen zu erzeugen. Die Ensemblegrößen von Large-Ensemble-Simulationen unterliegen ähnlichen Rechen- und Ressourcenbeschränkungen wie denen, die in früheren Studien verwendet wurden. Kürzlich haben mehrere Forschungsgruppen von Modellierungszentren Einzelmodell-Anfangsbedingungs-Simulationen großer Ensembles durchgeführt, die jetzt mit schnell zunehmenden Computerfähigkeiten möglich sind.
Der Einsatz großer Ensemble-Simulationen zur Untersuchung des Klimawandels ist ein Hotspot in der Klimaforschung. Beispielsweise hat das National Center for Atmospheric Research (NCAR) 2015 eine große Ensemble-Simulation veröffentlicht, die mehr als tausend Mal zitiert wurde. Bis dahin umfassten die Ensemblegrößen nicht mehr als 100 Mitglieder, und selbst heute haben nur wenige Ensemblesimulationen 100 Ensemblegrößen.
Um die Auswirkungen von IVs auf zukünftige globale Monsunprojektionen zu untersuchen, erstellte die LASG-Ozeanmodell-Teamgruppe des Institute of Atmospheric Physics (IAP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) eine Super-Large-Ensemble-Simulation mit 110 Mitgliedern ihrer FGOALS-g3 Klimasystemmodell. Die gesamte Breite ihrer Forschung ist in einem Datenbeschreibungspapier mit dem Titel „The Super-large Ensemble Experiments of CAS FGOALS-g3“ verfügbar, das jetzt in veröffentlicht wurde Fortschritte in den Atmosphärenwissenschaften.
„Die Super-Large-Ensemble-Experimente von CAS FGOALS-g3 sind die erste Reihe von Large-Ensemble-Simulationen aus einem globalen Klimasystemmodell namens FGOALS-g3, das von IAP, CAS entwickelt wurde“, sagte Hauptautor Bowen Zhao. „Die Large-Ensemble-Simulation hat die größten Samplezahlen der Welt.“
Jedes Mitglied enthält eine Simulation für das Klimasystemmodell, einschließlich Ozean, Atmosphäre, Meereis und Landkomponenten. Die Forscher haben die verschiedenen Phasen der dekadischen Ozeanvariabilität vollständig abgetastet, wie es die anfänglichen Modellangaben unter den standardmäßigen historischen CMIP6-Antriebsbedingungen darstellen. Sie schlossen auch das Shared Socioeconomic Pathway-Szenario (SSP5-8.5) ein, das auf sehr hohe Treibhausgasemissionen hinweist. Diese Simulationen decken einen Zeitraum zwischen 1850 und 2099 ab.
„Unsere Bewertung zeigt auch, dass diese Ensembles in der Lage sind, die Temperaturreaktion der Luft an der Oberfläche und den Landniederschlag genau zu erfassen, einschließlich extremer Klimaereignisse sowie äußerer Einflüsse, und wir können die internen Variabilitäten quantifizieren“, fuhr Zhao fort. „Mehr als 100 Simulationen und deren Realisierungen helfen uns, seltene Ereignisse zu untersuchen und unser Verständnis der Auswirkungen interner Variabilität auf erzwungene Klimaänderungen zu verbessern.“
Pengfei Lin et al., The Super-Large Ensemble Experiments of CAS FGOALS-g3, Fortschritte in den Atmosphärenwissenschaften (2022). DOI: 10.1007/s00376-022-1439-1