Proyecto H2020 PRIMAVERA: Simulación climática basada en procesos: Avances en modelización de alta resolución y evaluación europea de riesgos climáticos
- Tipo Proyecto
- Estado Completado
- Ejecución 2015 -2020
- Presupuesto asignado 14.967.969,5 €
- Alcance Europeo
- Comunidad Autónoma Cantabria; Cataluña
- Principal fuente de financiación Horizonte 2020
- Sitio web del proyecto https://www.primavera-h2020.eu/
En el contexto del ejercicio CMIP6, PRIMAVERA ha avanzado en el estado del arte en la modelización del clima mundial, reduciendo el espaciado de la cuadrícula de las simulaciones mundiales a escala centenaria de 100 km a 25 km; desarrollar y aplicar nuevas parametrizaciones físicas adecuadas para una mayor resolución; Coordinando el funcionamiento de siete modelos a 25 km, ejecutados en diferentes centros pero todos subiendo los datos a una plataforma de análisis común. Muchos de estos desarrollos ya se están utilizando en otros proyectos nuevos y existentes. PRIMAVERA ha desarrollado aún más modelos de próxima generación, en el rango de menos de 10 km tanto en la atmósfera como en el océano. Cuatro grupos realizaron simulaciones con un océano rico en remolinos, cuyos resultados iniciales sugieren el potencial de cambios significativos en el riesgo climático futuro en Europa en comparación con una resolución más baja, debido a una mejor representación de la Corriente del Golfo. Dos grupos también crearon versiones de 10 km y 5 km de su modelo atmosférico, que puede funcionar con y sin parametrización de convección.
Estos se incluyeron en el proyecto DYAMOND, que incluye otros siete modelos internacionales con una resolución inferior a 5 km, y se muestran prometedores por primera vez en el área de la intensidad e intensificación realistas de los ciclones tropicales. La capacidad de producir simulaciones globales a escala centenaria con resoluciones que antes solo eran posibles con la reducción de escala regional ha permitido a nuestra comunidad involucrar a las partes interesadas que tienen exposición local y global. Los datos se utilizaron para el análisis de la energía eólica en un amplio dominio europeo, de las inundaciones debidas a precipitaciones extremas en varias cuencas europeas, pero también para permitir que los mismos estudios, para empresas con intereses en el extranjero, se realicen en otras regiones.
Un conjunto de datos de tormentas de viento para reaseguros y riesgos de ciclones tropicales en el Caribe y el Golfo de México, también fue posible gracias a la muestra excepcionalmente grande proporcionada por el conjunto PRIMAVERA, junto con la habilidad para reproducir, por ejemplo, la variabilidad interanual de TC y la ubicación de las trayectorias. Los procesos que emergen en los modelos PRIMAVERA ya han comenzado a abordar el comportamiento "fuera de trayectoria", es decir, los riesgos climáticos que no están representados en los modelos de tipo CMIP debido a sesgos.
Un ejemplo destacado son los ciclones postropicales, intensas tormentas de latitudes medias de origen tropical, que pueden impactar las costas de latitudes medias con consecuencias significativas. La promesa de una mejor capacidad predictiva resultante de la simulación mejorada de la interacción del flujo medio de Foucault en la nueva generación de modelos globales, probablemente por debajo de los 10 km, significa que las inversiones que hemos realizado en el avance de modelos y análisis proporcionan una base sólida para futuros avances.
PRIMAVERA produjo un nuevo diseño de simulación CMIP6, HighResMIP, compartió nuestros datos y código para el análisis conjunto en una plataforma común (JASMIN), y publicó los datos en el archivo CMIP ESGF para uso de la comunidad (alrededor de 12.000 años de simulación, 1,7 PB, comparable a la totalidad del archivo CMIP5). Se desarrollaron nuevas funciones (14) y se integraron en el paquete de análisis de la comunidad ESMValTool. Desarrollamos nuevos componentes de modelos adecuados para una resolución más alta que se convertirá en estándar en la próxima generación de modelos climáticos: microfísica de aerosoles, mezcla de océanos, estanques de derretimiento de hielo marino, física de la superficie terrestre, esquemas de física estocástica. Desarrollamos una nueva generación de modelos, utilizando el océano rico en remolinos y la atmósfera de menos de 10 km (y más allá en DYAMOND, con una resolución de 5 km), y un modelo de malla no estructurada de hielo marino y océano FESOM. Hasta ahora hemos publicado 91+ artículos revisados por pares, con 54+ enviados o en preparación.
Encontramos cambios robustos en todo el conjunto de modelos múltiples para una serie de procesos climáticos importantes, y varias cadenas de mecanismos estaban mejor representadas a mayor resolución (por ejemplo, una Corriente del Golfo mejorada que influye en la corriente en chorro, la trayectoria de las tormentas y el bloqueo). Para nuestra gama de resoluciones, el océano proporcionó el mayor impacto, y demostramos que algunos cambios con la resolución del modelo podrían conducir a impactos que tienen implicaciones para el cambio futuro en Europa. Esto sugiere que a las simulaciones de resolución sin remolinos, como las que se utilizan uniformemente en CMIP6, les faltan procesos clave, lo que puede tener un impacto significativo en las proyecciones climáticas y las evaluaciones de riesgos derivadas.
Además de los artículos revisados por pares producidos para colegas científicos, hemos contribuido y hemos sido ampliamente citados en el borrador del informe AR6 del IPCC, donde el CMIP6 HighResMIP es una de las nuevas y emocionantes fuentes de información que también se está utilizando en las evaluaciones nacionales del cambio climático. Hemos utilizado nuestro sitio web, la plataforma de interfaz de usuario y el visor de datos asociado, hojas informativas, seminarios web y mapas de historias para interactuar con nuestros usuarios finales y otros. Hemos colaborado activamente con otros proyectos europeos, compartiendo datos, análisis y perspectivas, con varios proyectos nuevos basados en el uso de nuestros datos, código o los modelos que hemos desarrollado.
Hemos establecido fuertes vínculos con muchas comunidades internacionales (por ejemplo, CLIVAR), y tenemos análisis colaborativos en curso con muchos otros grupos (20-30 científicos tienen acceso a JASMIN) que abarcan aspectos como los extremos climáticos, la modelización de tormentas y marejadas. Organizamos sesiones, reuniones públicas y eventos paralelos en las principales conferencias. Durante PRIMAVERA se han iniciado muchos estudios de maestría, doctorado y posdoctorado, que continuarán después del proyecto. Habrá un legado en el número de jóvenes investigadores que se han comprometido con el proyecto y cuyas trayectorias de investigación se verán influenciadas por él. Por ejemplo, en 2019 se llevó a cabo una escuela de verano de modelización climática.
El objetivo general de PRIMAVERA era desarrollar una nueva generación de modelos climáticos globales de alta resolución avanzados y bien evaluados. Los experimentos y entregables de PRIMAVERA, incluido CMIP6 HighResMIP, se diseñaron para abordar algunas de las preguntas más apremiantes sobre el cambio climático regional, con el fin de proporcionar a los gobiernos, las empresas y la sociedad información confiable sobre el tiempo y el riesgo climático durante las próximas décadas.
Nuestra hipótesis era que muchos de los errores y sesgos de larga data en los modelos actuales podrían reducirse mediante el uso de resoluciones de modelos mucho más altas (cuadrículas más finas), de modo que los procesos climáticos clave estén mejor representados y, por lo tanto, las proyecciones resultantes sean más confiables. PRIMAVERA ha alcanzado plenamente sus objetivos de desarrollo de modelos y simulación de alta fidelidad. Los siete grupos de modelización utilizaron nuestro diseño experimental común, HighResMIP, para que nuestras simulaciones fueran comparables entre sí y pudieran distribuirse a la comunidad climática en general.
En consecuencia, ahora podemos decir con confianza y firmeza que el aumento de la resolución mejora la simulación climática, y a través de nuestros análisis y publicaciones, este mensaje se ha transmitido claramente en el borrador del informe IE6 del IPCC. Nuestros desarrollos posteriores en el trabajo de "Fronteras de la modelización del clima", hasta escalas aún más finas, allanan el camino para proyectos futuros, con resultados iniciales que también indican que las proyecciones del cambio climático europeo pueden haber sido subestimadas en los modelos actuales.
PRIMAVERA también se diseñó para mejorar la comunicación entre los científicos del clima y la sociedad (desde individuos y empresas hasta el asesoramiento en materia de políticas). Diseñamos aspectos del proyecto junto con los usuarios finales (por ejemplo, empresas de energías renovables y reaseguros) y proporcionamos nuevos tipos de información y productos relevantes para ellos (11 empresas están interesadas en nuestro conjunto de datos de tormentas de viento, y la plataforma de la interfaz de usuario aloja visualizaciones accesibles y otros productos de nuestro sitio web).
El objetivo de PRIMAVERA es proporcionar modelos climáticos globales (GCM) de alta resolución, novedosos, avanzados y bien evaluados, capaces de simular y predecir el clima regional con una fidelidad sin precedentes hasta 2050. Esta capacidad proporcionará ciencia climática innovadora y una nueva generación de modelos avanzados del sistema terrestre. Se identificará a los usuarios finales de cada sector, tanto políticos como empresariales, y se les involucrará individualmente, con retroalimentación iterativa, para garantizar que la nueva información climática sea personalizada, práctica y que fortalezca las decisiones de gestión de riesgos sociales. Estos objetivos se alcanzarán mediante el desarrollo de GCM acoplados de siete grupos europeos, con la resolución suficiente para reproducir características meteorológicas y climáticas realistas (tamaño de malla de aproximadamente 25 km), además de una parametrización mejorada del proceso. Una evaluación exhaustiva utilizará métricas innovadoras basadas en procesos y los conjuntos de datos observacionales y de reanálisis más recientes.
El diseño experimental específico reducirá la dispersión entre modelos y producirá proyecciones robustas, constituyendo la contribución europea al Proyecto de Intercomparación de Modelos de Alta Resolución CMIP6, liderado por PRIMAVERA. Es la primera vez que se utilizarán GCM acoplados de alta resolución bajo un único protocolo experimental. La coordinación y la comprensión del proceso subyacente aumentarán significativamente la robustez de nuestros hallazgos. Nuestras nuevas capacidades se utilizarán para mejorar la comprensión de los factores que impulsan la variabilidad y el cambio climático en Europa, incluyendo los extremos, ya que estos cambios regionales siguen caracterizándose por una alta incertidumbre. También exploraremos las fronteras de la modelización climática y la computación de alto rendimiento para producir simulaciones con una menor dependencia de las parametrizaciones físicas. Estas resolverán explícitamente procesos clave como los remolinos oceánicos e incluirán nuevas parametrizaciones estocásticas para representar procesos a escala subcuadrícula. Estas simulaciones de "frontera" profundizarán nuestra comprensión de la robustez de las proyecciones climáticas.
El clima es fundamental para nuestras vidas, desde la alimentación, el agua y la salud hasta el transporte y la economía. Dada la realidad del cambio climático, es fundamental comprender mejor los procesos climáticos mundiales y cómo afectan a nuestro tiempo y clima, en el pasado y en el futuro. El proyecto financiado con fondos europeos PRIMAVERA ha desarrollado algunos modelos climáticos globales líderes en el mundo que, junto con análisis avanzados, nos dicen más sobre los procesos que han impulsado cambios en el tiempo y el clima en las últimas décadas y cómo podrían desarrollarse en el futuro. Una mayor resolución optimiza la gestión de riesgos «Nuestros siete grupos de modelización desarrollaron nuevos modelos globales con mayor resolución (pensemos en el tamaño de píxel de una cámara, nuestros nuevos modelos tienen píxeles de 25 km de ancho, mientras que los modelos estándar tienen píxeles de más de 100 km) que podrían mostrarnos más detalles, de modo que pudiéramos representar mejor el tiempo y el clima en Europa y en todo el mundo», explica Malcolm Roberts. Coordinador del proyecto PRIMAVERA.
Al modelar mejor tanto la gran escala, como la corriente en chorro de latitudes medias, como las escalas más pequeñas, como los ciclones tropicales y las tormentas extremas, es posible cuantificar mejor el riesgo climático futuro para las personas y la infraestructura. Además del modelado, el equipo desarrolló nuevas herramientas para analizar los enormes volúmenes de datos que producían. Esto les permitió observar características meteorológicas y climáticas específicas (por ejemplo, bloqueo, cuando la alta presión permanece en un lugar y puede causar olas de calor en verano o olas de frío en invierno) y si estas podrían cambiar en el futuro. Estas nuevas herramientas ayudan a optimizar la toma de decisiones del sector público y privado y a aumentar la capacidad de gestión de los riesgos climáticos. Herramienta de visualización de PRIMAVERA Visor de datos ofrece una excelente ilustración de lo que se puede lograr cuando se aumenta la resolución del modelo. Las nuevas simulaciones climáticas mejoran la información El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés) Informes de evaluación a 7 años Proporcionar información climática de más de 40 grupos internacionales de modelización del clima.
Sin embargo, debido a la complejidad y el costo de ejecutar estos modelos en grandes supercomputadoras, el detalle espacial (resolución) es menos que ideal, lo que puede significar que no representan adecuadamente algunos fenómenos meteorológicos y climáticos importantes. PRIMAVERA abordó esto mediante el desarrollo de nuevos experimentos de simulación climática que serían alcanzables con sus modelos significativamente más caros que proporcionan información sobre lo que los modelos estándar podrían estar faltando. "De este modo, hemos conseguido elevar el listón de la calidad de la información climática y hemos producido consejos útiles tanto en términos de política como para algunos sectores de la industria, como las energías renovables, los seguros y las redes energéticas", dice Roberts. Cómo se está beneficiando el sector del reaseguro Las simulaciones proporcionan nuevos conocimientos sobre la mejora de los modelos climáticos para producir proyecciones más fiables de los cambios futuros. Los conjuntos de datos del proyecto (alrededor de 1,5 PB de datos, equivalentes a unas 250 000 películas en alta definición) están siendo utilizados por toda la comunidad científica del clima para la investigación. El equipo del proyecto elaboró un catálogo de eventos de tormentas de viento a partir de los modelos que utilizará la industria de reaseguros para evaluar los riesgos debidos a los daños causados por las tormentas.
- MET OFFICE
- 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
- Web del proyecto (CORDIS)
- Ficha del proyecto CORDIS (pdf)
- Web de MET OFFICE
- Web de THE UNIVERSITY OF READING
- Web de UNIVERSITE CATHOLIQUE DE LOUVAIN
- Web de DEUTSCHES KLIMARECHENZENTRUM GMBH
- Web de UNIVERSITY OF LEEDS
- Web de SVERIGES METEOROLOGISKA OCH HYDROLOGISKA INSTITUT
- Web de ALFRED-WEGENER-INSTITUT HELMHOLTZ-ZENTRUM FUR POLAR- UND MEERESFORSCHUNG
- Web de CENTRE EUROPEEN DE RECHERCHE ET DEFORMATION AVANCEE EN CALCUL SCIENTIFIQ…
- Web de PREDICTIA INTELLIGENT DATA SOLUTIONS SL
- Web de UNITED KINGDOM RESEARCH AND INNOVATION
- Web de CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE
- Web de KONINKLIJK NEDERLANDS METEOROLOGISCH INSTITUUT-KNMI
- Web de EUROPEAN CENTRE FOR MEDIUM-RANGE WEATHER FORECASTS
- Web de THE CHANCELLOR, MASTERS AND SCHOLARS OF THE UNIVERSITY OF OXFORD
- Web de MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER WISSENSCHAFTEN EV
- Web de FONDAZIONE CENTRO EURO-MEDITERRANEOSUI CAMBIAMENTI CLIMATICI
- Web de BARCELONA SUPERCOMPUTING CENTER CENTRO NACIONAL DE SUPERCOMPUTACION
- Web de STOCKHOLMS UNIVERSITET