A jövıbeli éghajlati projekciók bizonytalanságai és kommunikációjuk Szépszó Gabriella (
[email protected]), Krüzselyi Ilona, Szabó Péter, Zsebeházi Gabriella Klímamodellezı Csoport Éghajlati Osztály
40. Meteorológiai Tudományos Napok 2014. november 20.
TARTALOM 1. Motiváció 2. Bizonytalanságok 3. Számszerősítés 4. Tervek, kihívások
Motiváció • Az éghajlati rendszer viselkedése és a jövıbeli klímaváltozás numerikus modellek segítségével tanulmányozható • A meteorológiai elırejelzések (idıjárás-elırejelzések és éghajlati projekciók) szükségszerően bizonytalanságokat tartalmaznak • A felhasználók elvárásai (adatigénye) és a meteorológiai modellek lehetıségei között némi rés van: a felhasználók alapvetıen a mérések pontosságához (?) és részletességéhez „vannak szokva” • Hogyan lehet ezt szakmailag vállalható módon áthidalni?
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
3
Éghajlati modellezés 90-es évek
• Teljes éghajlati rendszer leírása: kapcsolt modellekkel • Globális modellek: 100-200 km-es horizontális felbontás • Globális információk finomítása: regionális éghajlati modellekkel • Kisebb terület, finomabb (10-25 kmes) felbontás, folyamatok pontosabb leírása
Validáció
Projekciók
Fejlesztés
Hatásvizsgálatok 2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
4
Éghajlati modellezés • Teljes éghajlati rendszer leírása: kapcsolt modellekkel
90-es évek Ma
• Globális modellek: 100-200 km-es horizontális felbontás
Forrás: IPCC, AR4
• Globális információk finomítása: regionális éghajlati modellekkel • Kisebb terület, finomabb (10-25 kmes) felbontás, folyamatok pontosabb leírása
Validáció
Projekciók
Fejlesztés
Hatásvizsgálatok 2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
4
Elırejelezhetıség és bizonytalanság
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
5
Elırejelezhetıség és bizonytalanság • A felhasználók kategorikus jellegő elırejelzéseket várnak a meteorológiai elırejelzések bizonytalanságot hordoznak, melynek legfontosabb forrásai:
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
5
Elırejelezhetıség és bizonytalanság • A felhasználók kategorikus jellegő elırejelzéseket várnak a meteorológiai elırejelzések bizonytalanságot hordoznak, melynek legfontosabb forrásai:
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
5
Elırejelezhetıség és bizonytalanság • A felhasználók kategorikus jellegő elırejelzéseket várnak a meteorológiai elırejelzések bizonytalanságot hordoznak, melynek legfontosabb forrásai: –
Kiindulási állapot meghatározása
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
5
Elırejelezhetıség és bizonytalanság • A felhasználók kategorikus jellegő elırejelzéseket várnak a meteorológiai elırejelzések bizonytalanságot hordoznak, melynek legfontosabb forrásai: –
Kiindulási állapot meghatározása
–
Modellek közelítı jellege: eltérı numerikus módszerek, parametrizáció (regionális modellek esetében többszörösen)
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
5
Elırejelezhetıség és bizonytalanság • A felhasználók kategorikus jellegő elırejelzéseket várnak a meteorológiai elırejelzések bizonytalanságot hordoznak, melynek legfontosabb forrásai: –
Kiindulási állapot meghatározása
–
Modellek közelítı jellege: eltérı numerikus módszerek, parametrizáció (regionális modellek esetében többszörösen)
–
Természetes változékonyság: külsı kényszer nélkül is létezı változékonyság, ingadozás
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
5
Elırejelezhetıség és bizonytalanság • A felhasználók kategorikus jellegő elırejelzéseket várnak a meteorológiai elırejelzések bizonytalanságot hordoznak, melynek legfontosabb forrásai: –
Kiindulási állapot meghatározása
–
Modellek közelítı jellege: eltérı numerikus módszerek, parametrizáció (regionális modellek esetében többszörösen)
–
Természetes változékonyság: külsı kényszer nélkül is létezı változékonyság, ingadozás
–
Emberi tevékenység: forgatókönyvek a jövıbeli társadalmi-gazdasági fejlıdés alternatíváira
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
5
Elırejelezhetıség és bizonytalanság • A felhasználók kategorikus jellegő elırejelzéseket várnak a meteorológiai elırejelzések bizonytalanságot hordoznak, melynek legfontosabb forrásai: idıjárás
–
Kiindulási állapot meghatározása
–
Modellek közelítı jellege: eltérı numerikus módszerek, parametrizáció (regionális modellek esetében többszörösen)
–
Természetes változékonyság: külsı kényszer nélkül is létezı változékonyság, ingadozás
–
Emberi tevékenység: forgatókönyvek a jövıbeli társadalmi-gazdasági fejlıdés alternatíváira
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
5
Elırejelezhetıség és bizonytalanság • A felhasználók kategorikus jellegő elırejelzéseket várnak a meteorológiai elırejelzések bizonytalanságot hordoznak, melynek legfontosabb forrásai: idıjárás
–
Kiindulási állapot meghatározása
–
Modellek közelítı jellege: eltérı numerikus módszerek, parametrizáció (regionális modellek esetében többszörösen)
–
Természetes változékonyság: külsı kényszer nélkül is létezı változékonyság, ingadozás
–
Emberi tevékenység: forgatókönyvek a jövıbeli társadalmi-gazdasági fejlıdés alternatíváira
éghajlat
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
5
Elırejelezhetıség és bizonytalanság • A felhasználók kategorikus jellegő elırejelzéseket várnak a meteorológiai elırejelzések bizonytalanságot hordoznak, melynek legfontosabb forrásai: idıjárás
–
Kiindulási állapot meghatározása
–
Modellek közelítı jellege: eltérı numerikus módszerek, parametrizáció (regionális modellek esetében többszörösen)
–
Természetes változékonyság: külsı kényszer nélkül is létezı változékonyság, ingadozás
–
Emberi tevékenység: forgatókönyvek a jövıbeli társadalmi-gazdasági fejlıdés alternatíváira
éghajlat
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
5
Elırejelezhetıség és bizonytalanság • A felhasználók kategorikus jellegő elırejelzéseket várnak a meteorológiai elırejelzések bizonytalanságot hordoznak, melynek legfontosabb forrásai: idıjárás
–
Kiindulási állapot meghatározása
–
Modellek közelítı jellege: eltérı numerikus módszerek, parametrizáció (regionális modellek esetében többszörösen)
–
Természetes változékonyság: külsı kényszer nélkül is létezı változékonyság, ingadozás
–
Emberi tevékenység: forgatókönyvek a jövıbeli társadalmi-gazdasági fejlıdés alternatíváira
éghajlat
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
5
Elırejelezhetıség és bizonytalanság • A felhasználók kategorikus jellegő elırejelzéseket várnak a meteorológiai elırejelzések bizonytalanságot hordoznak, melynek legfontosabb forrásai: idıjárás
–
Kiindulási állapot meghatározása
–
Modellek közelítı jellege: eltérı numerikus módszerek, parametrizáció (regionális modellek esetében többszörösen)
–
Természetes változékonyság: külsı kényszer nélkül is létezı változékonyság, ingadozás
éghajlat –
Emberi tevékenység: forgatókönyvek a jövıbeli társadalmi-gazdasági fejlıdés alternatíváira
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
Sugárzási kényszer [W/m2]; referencia: 1765
IPCC AR5
5
Bizonytalanságok számszerősítése • Ensemble technika: egy modellkísérlet helyett több, kismértékben különbözı szimuláció • Éghajlati skálán: több forgatókönyv, több modell • Egyformán lehetséges (?) eredmények valószínőségi információk • Nagy számításigény – nemzetközi együttmőködések • Globális: CMIP3 CMIP5 • Regionális: PRUDENCE ENSEMBLES CORDEX 2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
6
Bizonytalanságok számszerősítése • Ensemble technika: egy modellkísérlet helyett több, kismértékben különbözı szimuláció
0–100 % 25–75 % medián
• Éghajlati skálán: több forgatókönyv, több modell • Egyformán lehetséges (?) eredmények valószínőségi információk • Nagy számításigény – nemzetközi együttmőködések • Globális: CMIP3 CMIP5 • Regionális: PRUDENCE ENSEMBLES CORDEX 2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
7
Bizonytalanságok aránya Globális átlaghımérséklet Vizsgálat: 15 globális éghajlati modell x 3 forgatókönyv = 45 szimuláció
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
8
Bizonytalanságok aránya Globális átlaghımérséklet Vizsgálat: 15 globális éghajlati modell x 3 forgatókönyv = 45 szimuláció
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
8
Bizonytalanságok aránya Globális átlaghımérséklet Vizsgálat: 15 globális éghajlati modell x 3 forgatókönyv = 45 szimuláció
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
8
Bizonytalanságok aránya Globális átlaghımérséklet Vizsgálat: 15 globális éghajlati modell x 3 forgatókönyv = 45 szimuláció Relatív arány [%] Változékonyság
Szcenárió
Modell Évek 2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
8
Modellfejlesztés – csökkenı bizonytalanság?
J.H. Christensen, IPCC AR5-AR4 nyomán
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
9
A csapadékprojekciók „természete” Globális Szcenárió
• A csapadék-projekciókban fıként a fizikai folyamatok leírásának nehézsége okozza a bizonytalanságot • A terület szőkítésével a változékonyság szerepe nı
Európa Változékonyság
Modell
2014. november 20.
Évek
40. Meteorológiai Tudományos Napok
10
A csapadékprojekciók „természete” Globális Szcenárió
• A csapadék-projekciókban fıként a fizikai folyamatok leírásának nehézsége okozza a bizonytalanságot • A terület szőkítésével a változékonyság szerepe nı 20 mm-t meghaladó csapadékösszegő napok számának változása Magyarországra
Európa Változékonyság
Modell Szépszó, 2014 2014. november 20.
Évek
40. Meteorológiai Tudományos Napok
10
Felhasználás • Objektív döntéshozatal: számszerő hatásvizsgálatok az éghajlatváltozás egyéb hatásaira (egészségre, környezetre, stb.) • Kiindulás: modelleredmények + bizonytalanságok
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
11
Bizonytalansági információk a felhasználóknak
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
12
Bizonytalansági információk a felhasználóknak Átlagos téli csapadékváltozás [%] 2021–2050-re Modell 1 Modell 2
csökkenés : növekedés = 1 : 1
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
12
Bizonytalansági információk a felhasználóknak Átlagos téli csapadékváltozás [%] 2021–2050-re Modell 1 Modell 2
csökkenés : növekedés = 1 : 1
Változás 17 modell alapján csökkenés : növekedés ≈ 5 : 12 2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
12
Bizonytalansági információk a felhasználóknak Átlagos téli csapadékváltozás [%] 2021–2050-re Modell 1 Modell 2
csökkenés : növekedés = 1 : 1
Változás 17 modell alapján csökkenés : növekedés ≈ 5 : 12 2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
12
Bizonytalansági információk a felhasználóknak Átlagos téli csapadékváltozás [%] 2021–2050-re Modell 1 Modell 2
csökkenés : növekedés = 1 : 1 Növekedés valószínűsége [%], 17 modell 40 50 60 70 80 90
Változás 17 modell alapján csökkenés : növekedés ≈ 5 : 12
100
% 2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
növekedés ≈ 60–80 %
12
Gyakorlatban „bevált” példa • A valószínőségi térkép elegáns eszköz a bizonytalanság számszerősítésére – sajnos nem mindenki tudja használni • ECCONET EU FP7 projekt: a klímaváltozás hatása a folyami hajózásra a Duna és a Rajna folyókon • Éghajlatváltozás hidrológiai változások hajózásra (hajózhatóságra) gyakorolt hatások gazdasági hatások • A hidrológiai folyamatok leírásához „teljes meteorológiai outputok” szükségesek nem elegendı egy valószínőségi térkép • „Reprezentatív” meteorológiai projekciók kiválasztása • Hidrológiai szimulációk, majd a további hatásvizsgálatok elvégzése – kiindulás: reprezentatív projekciók 2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
13
Eredmény Reprezentatív projekciók a nyári csapadékváltozásra [%] Idıszak: 2021–2050
Nyári félév lefolyásának változása [%] 2021–2050-re
Szépszó et al., 2013 2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
14
Tervek, kihívások
• Párbeszéd a felhasználókkal: – A meteorológiai modellek korlátairól (nem tudunk „mindent” adni) – A hatásvizsgálatokat végzı szakemberek felkészítése valószínőségi (jellegő) információk alkalmazására – A hatásvizsgáló eljárások felkészítése a modelleredmények felhasználására modelloutputok „tuningolása” – Fontos a hatásvizsgálatok végigvitele
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
15
Pozitív példák
• Nemzeti Alkalmazkodási Térinformatikai Rendszer (NATéR): – Több kibocsátási forgatókönyv, több regionális klímamodell – A felhasználóknak nem lesz (?) lehetıségük figyelmen kívül hagyni a bizonytalansági információkat • PROFORCE: valószínőségi információk + képzés a rövidtávú elırejelzések felhasználóinak
2014. november 20.
40. Meteorológiai Tudományos Napok
16
Köszönöm a figyelmet!
Honlap: www.met.hu/RCM
2014. november 20.
