Ir o contido principal

Proxecto H2020 PRIMAVERA: Simulación climática baseada en procesos: avances na modelización de alta resolución e na avaliación de riscos climáticos europeos

  • Tipo Proxecto
  • Estado Cheo
  • Execución 2015 -2020
  • Orzamento asignado 14.967.969,5 €
  • Ámbito Europeo
  • Comunidade Autónoma Cantabria; Cataluña
  • Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
  • Páxina web do proxecto https://www.primavera-h2020.eu/
Descrición

No contexto do exercicio CMIP6, PRIMAVERA avanzou no estado da arte na modelización do clima global ao reducir o espazado da cuadrícula das simulacións globais a escala centenaria de 100 km a 25 km; desenvolver e aplicar novas parametrizacións físicas axeitadas para unha maior resolución; e coordinar o funcionamento de sete modelos de 25 km, executados en diferentes centros pero todos cargando datos a unha plataforma de análise común. Moitos destes desenvolvementos xa se están a usar noutros proxectos novos e existentes. PRIMAVERA desenvolveu aínda máis modelos de próxima xeración no rango inferior a 10 km tanto na atmosfera como no océano. Catro grupos executaron simulacións cun océano rico en remolinos, cuxos resultados iniciais suxiren o potencial de cambios significativos no risco climático futuro en Europa en comparación cunha menor resolución, debido a unha mellor representación da Corrente do Golfo. Dous grupos tamén crearon versións de 10 km e 5 km do seu modelo atmosférico, que se poden executar con e sen parametrización da convección.

Estes foron incluídos no proxecto DYAMOND, que inclúe outros sete modelos internacionais con resolución inferior a 5 km e, por primeira vez, amosan resultados prometedores no ámbito da intensidade e intensificación realistas dos ciclóns tropicais. A capacidade de producir simulacións globais a escala centenaria con resolucións que antes só eran posibles coa redución de escala rexional permitiu á nosa comunidade involucrar ás partes interesadas con exposición local e global. Os datos utilizáronse para a análise da enerxía eólica nun amplo dominio europeo, inundacións debidas a precipitacións extremas en varias concas europeas e tamén para permitir que os mesmos estudos, para empresas con intereses no estranxeiro, se leven a cabo noutras rexións.

Un conxunto de datos de tormentas de vento para o reaxuste e os riscos de ciclóns tropicais no Caribe e no Golfo de México tamén foi posible grazas á mostra excepcionalmente grande proporcionada polo conxunto PRIMAVERA, xunto coa súa capacidade para reproducir, por exemplo, a variabilidade interanual da tormenta tropical e a localización da traxectoria. Os procesos que emerxen nos modelos PRIMAVERA xa comezaron a abordar o comportamento "fóra da traxectoria", é dicir, os riscos climáticos que non están representados nos modelos tipo CMIP debido a sesgos.

Un exemplo destacado son os ciclóns postropicais, tormentas intensas de orixe tropical en latitudes medias que poden afectar as costas de latitudes medias con consecuencias significativas. A promesa dunha mellora da capacidade preditiva resultante da simulación mellorada da interacción do fluxo turbulento na nova xeración de modelos globais, probablemente de ata 10 km, significa que os investimentos que realizamos no avance dos modelos e análises proporcionan unha base sólida para o progreso futuro.

Descrición das actividades

PRIMAVERA produciu un novo deseño de simulación CMIP6, HighResMIP, compartiu os nosos datos e código para unha análise conxunta nunha plataforma común (JASMIN) e publicou os datos no arquivo CMIP ESGF para uso comunitario (uns 12 000 anos de simulación, 1,7 PB, comparable a todo o arquivo CMIP5). Desenvolvéronse novas funcións (14) e integráronse no paquete de análise comunitaria ESMValTool. Desenvolvemos novos compoñentes de modelo axeitados para unha maior resolución que se converterán no estándar na próxima xeración de modelos climáticos: microfísica de aerosois, mestura oceánica, estanques de fusión do xeo mariño, física da superficie terrestre, esquemas de física estocástica. Desenvolvemos unha nova xeración de modelos, utilizando o océano rico en remolinos e a atmosfera inferior a 10 km (e superior en DYAMOND, a unha resolución de 5 km) e un modelo de xeo mariño e océano de malla non estruturada FESOM. Ata a data, publicamos máis de 91 artigos revisados por pares, con máis de 54 enviados ou en preparación.

Atopamos cambios robustos no conxunto multimodelo para varios procesos climáticos importantes, con varias cadeas mecanicistas mellor representadas a resolucións máis altas (por exemplo, unha corrente do Golfo mellorada que inflúe na corrente en chorro, as traxectorias das tormentas e o bloqueo). Para o noso rango de resolucións, o océano proporcionou o maior impacto e demostramos que algúns cambios na resolución do modelo poderían levar a impactos que teñen implicacións para o cambio climático futuro en Europa. Isto suxire que as simulacións sen remolinos, como as que se usan uniformemente en CMIP6, carecen de procesos clave, que poden afectar significativamente as proxeccións climáticas e as avaliacións de riscos resultantes.

Ademais dos artigos revisados por pares producidos para colegas científicos, contribuímos e fomos amplamente citados no borrador do informe AR6 do IPCC, onde CMIP6 HighResMIP é unha das novas e interesantes fontes de información que tamén se está a usar nas avaliacións nacionais do cambio climático. Empregamos o noso sitio web, a plataforma de interface de usuario e o visor de datos asociado, as fichas informativas, os seminarios web e os mapas de historias para interactuar cos nosos usuarios finais e con outras persoas. Colaboramos activamente con outros proxectos europeos, compartindo datos, análises e coñecementos, con varios proxectos novos baseados no uso dos nosos datos, código ou modelos que desenvolvemos.

Establecemos fortes vínculos con moitas comunidades internacionais (por exemplo, CLIVAR) e temos análises colaborativas en curso con moitos outros grupos (20–30 científicos teñen acceso a JASMIN) que abarcan aspectos como os extremos climáticos, a modelización de tormentas e marexadas ciclónicas. Organizamos sesións, reunións públicas e eventos paralelos en importantes conferencias. Durante PRIMAVERA, iniciáronse moitos estudos de máster, doutoramento e posdoutoramento, que continuarán máis alá do proxecto. Haberá un legado no número de investigadores novos que participaron no proxecto e cuxas traxectorias de investigación estarán influenciadas por el. Por exemplo, celebrouse unha escola de verán de modelización climática en 2019.

Descrición contextual

O obxectivo xeral de PRIMAVERA era desenvolver unha nova xeración de modelos climáticos globais de alta resolución, avanzados e ben avaliados. Os experimentos e os produtos de PRIMAVERA, incluído o CMIP6 HighResMIP, foron deseñados para abordar algunhas das cuestións máis urxentes sobre o cambio climático rexional, co fin de proporcionar aos gobernos, ás empresas e á sociedade información fiable sobre o tempo e o risco climático para as próximas décadas.

A nosa hipótese era que moitos dos erros e sesgos perdurables nos modelos actuais poderían reducirse empregando resolucións de modelo moito máis altas (mallas máis finas), de xeito que os procesos climáticos clave estean mellor representados e, polo tanto, as proxeccións resultantes sexan máis fiables. PRIMAVERA alcanzou plenamente os seus obxectivos de desenvolvemento e simulación de modelos de alta fidelidade. Os sete grupos de modelización empregaron o noso deseño experimental común, HighResMIP, para que as nosas simulacións fosen comparables entre si e puidesen distribuírse á comunidade climática en xeral.

En consecuencia, agora podemos afirmar con confianza e firmeza que o aumento da resolución mellora a simulación climática e, a través das nosas análises e publicacións, esta mensaxe foi transmitida claramente no borrador do informe AR6 do IPCC. Os nosos desenvolvementos posteriores no traballo "Fronteiras da modelización climática", ata escalas aínda máis finas, allanan o camiño para futuros proxectos, e os resultados iniciais tamén indican que as proxeccións europeas sobre o cambio climático poden ter sido subestimadas nos modelos actuais.

PRIMAVERA tamén foi deseñado para mellorar a comunicación entre os científicos do clima e a sociedade (desde particulares e empresas ata asesores políticos). Deseñamos aspectos do proxecto xunto cos usuarios finais (por exemplo, empresas de enerxía renovable e reaseguros) e proporcionamos novos tipos de información e produtos relevantes para eles (11 empresas están interesadas no noso conxunto de datos de tormentas de vento, e a plataforma de interface de usuario aloxa visualizacións accesibles e outros produtos do noso sitio web).

Obxectivos

O obxectivo de PRIMAVERA é proporcionar Modelos Climáticos Globais (MCG) de alta resolución novos, avanzados e ben avaliados, capaces de simular e predicir o clima rexional cunha fidelidade sen precedentes ata 2050. Esta capacidade proporcionará ciencia climática innovadora e unha nova xeración de modelos avanzados do sistema terrestre. Os usuarios finais de cada sector, tanto políticos como empresariais, serán identificados e involucrados individualmente, con retroalimentación iterativa, para garantir que a nova información climática sexa adaptada, práctica e fortaleza as decisións de xestión de riscos sociais. Estes obxectivos alcanzaranse mediante o desenvolvemento de MCG acoplados a partir de sete clústeres europeos, con resolución suficiente para reproducir características meteorolóxicas e climáticas realistas (tamaño de malla de aproximadamente 25 km), ademais dunha mellora da parametrización dos procesos. Unha avaliación exhaustiva utilizará métricas innovadoras baseadas en procesos e os conxuntos de datos de observación e reanálise máis recentes.

O deseño experimental específico reducirá a dispersión entre modelos e producirá proxeccións robustas, o que constituirá a contribución europea ao Proxecto de Intercomparación de Modelos de Alta Resolución (CMIP6) liderado por PRIMAVERA. Esta é a primeira vez que se empregan GCM acoplados de alta resolución baixo un único protocolo experimental. A coordinación e a comprensión dos procesos subxacentes aumentarán significativamente a robustez dos nosos achados. As nosas novas capacidades utilizaranse para mellorar a nosa comprensión dos factores que impulsan a variabilidade e o cambio climático en Europa, incluídos os extremos, xa que estes cambios rexionais seguen caracterizándose por unha alta incerteza. Tamén exploraremos as fronteiras da modelización climática e a computación de alto rendemento para producir simulacións con menor dependencia das parametrizacións físicas. Estas resolverán explicitamente procesos clave como os remolinos oceánicos e incluirán novas parametrizacións estocásticas para representar procesos a escala subxacente. Estas simulacións "fronteiras" profundarán a nosa comprensión da robustez das proxeccións climáticas.

Resultados

O clima é fundamental para as nosas vidas, desde os alimentos, a auga e a saúde ata o transporte e a economía. Dada a realidade do cambio climático, é fundamental comprender mellor os procesos climáticos globais e como afectan ao noso tempo e clima, tanto no pasado como no futuro. O proxecto PRIMAVERA, financiado pola UE, desenvolveu algúns modelos climáticos globais líderes a nivel mundial que, xunto con análises avanzadas, nos dan máis información sobre os procesos que impulsaron os cambios no tempo e o clima nas últimas décadas e como poderían desenvolverse no futuro. Unha maior resolución optimiza a xestión de riscos. «Os nosos sete grupos de modelización desenvolveron novos modelos globais con maior resolución (pensemos no tamaño de píxel dunha cámara; os nosos novos modelos teñen píxeles de 25 km de ancho, mentres que os modelos estándar teñen píxeles de máis de 100 km) que poderían mostrarnos máis detalles, para que poidamos representar mellor o tempo e o clima en Europa e en todo o mundo», explica Malcolm Roberts, coordinador do proxecto PRIMAVERA.

Ao modelar mellor tanto a grandes escalas, como a corrente en chorro de latitudes medias, como as escalas máis pequenas, como os ciclóns tropicais e as tormentas extremas, é posible cuantificar mellor o risco climático futuro para as persoas e as infraestruturas. Ademais da modelización, o equipo desenvolveu novas ferramentas para analizar os enormes volumes de datos que produciron. Isto permitiulles observar características meteorolóxicas e climáticas específicas (por exemplo, bloqueos, cando a alta presión permanece nun lugar e pode causar ondas de calor no verán ou ondas de frío no inverno) e se estas poderían cambiar no futuro. Estas novas ferramentas axudan a optimizar a toma de decisións dos sectores público e privado e a aumentar a capacidade de xestión do risco climático. A ferramenta de visualización Data Viewer de PRIMAVERA proporciona unha excelente ilustración do que se pode conseguir cando se aumenta a resolución do modelo. As novas simulacións climáticas melloran a información. Os informes de avaliación de 7 anos do Panel Intergobernamental sobre o Cambio Climático (IPCC) proporcionan información climática de máis de 40 grupos internacionais de modelización climática.

Non obstante, debido á complexidade e ao custo de executar estes modelos en grandes supercomputadores, o detalle espacial (resolución) non é o ideal, o que pode significar que non representen adecuadamente algúns fenómenos meteorolóxicos e climáticos importantes. PRIMAVERA abordou isto desenvolvendo novos experimentos de simulación climática que serían alcanzables cos seus modelos significativamente máis caros e que proporcionarían información sobre que modelos estándar poderían faltar. «Deste xeito, conseguimos elevar o listón da calidade da información climática e producimos consellos útiles tanto en termos de políticas como para algúns sectores industriais, como as enerxías renovables, os seguros e as redes enerxéticas», di Roberts. Como se beneficia o sector dos reaseguros As simulacións proporcionan novos coñecementos para mellorar os modelos climáticos para producir proxeccións máis fiables dos cambios futuros. Os conxuntos de datos do proxecto (arredor de 1,5 PB de datos, equivalentes a unhas 250 000 películas de alta definición) están a ser utilizados en toda a comunidade científica climática para a investigación. O equipo do proxecto desenvolveu un catálogo de eventos de tormentas de vento baseado en modelos que a industria dos reaseguros utilizará para avaliar os riscos debidos aos danos causados polas tormentas.

Coordinadores
  • MET OFFICE
Colaboradores
  • THE UNIVERSITY OF READING
  • ADMINISTRATIA NATIONALA DE METEOROLOGIE R.A.
  • UNIVERSITE CATHOLIQUE DE LOUVAIN
  • DEUTSCHES KLIMARECHENZENTRUM GMBH
  • UNIVERSITY OF LEEDS
  • SVERIGES METEOROLOGISKA OCH HYDROLOGISKA INSTITUT
  • ALFRED-WEGENER-INSTITUT HELMHOLTZ-ZENTRUM FUR POLAR- UND MEERESFORSCHUNG
  • CENTRE EUROPEEN DE RECHERCHE ET DEFORMATION AVANCEE EN CALCUL SCIENTIFIQUE
  • PREDICTIA INTELLIGENT DATA SOLUTIONS SL
  • UNITED KINGDOM RESEARCH AND INNOVATION
  • CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE
  • KONINKLIJK NEDERLANDS METEOROLOGISCH INSTITUUT-KNMI
  • EUROPEAN CENTRE FOR MEDIUM-RANGE WEATHER FORECASTS
  • THE CHANCELLOR, MASTERS AND SCHOLARS OF THE UNIVERSITY OF OXFORD
  • NATIONAL OCEANOGRAPHY CENTRE
  • MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER WISSENSCHAFTEN EV
  • FONDAZIONE CENTRO EURO-MEDITERRANEOSUI CAMBIAMENTI CLIMATICI
  • BARCELONA SUPERCOMPUTING CENTER CENTRO NACIONAL DE SUPERCOMPUTACION
  • STOCKHOLMS UNIVERSITET