Виды климатической техники: Виды климатической техники | СтройУровень.Ру

Виды климатической техники

on 15 Февраль 2015.

Как бы тщательно мы ни спланировали наш дом, он всё равно может легко оказаться далёким от идеала в плане климатических и температурных условий. Эту проблему можно поправить при помощи различной климатической техники.

Какие виды климатической техники могут сделать наш дом комфортными?

1.    Кондиционеры – стационарные и мобильные.

Стационарные сплит-системы или напольные мобильные кондиционеры – это мощный инструмент для регулирования климатических показателей в помещении. Данная техника позволит обитателям дома чувствовать себя комфортно в любое время года, будь то холод или жара за окнами. Кондиционеры позволяют регулировать температуру в помещении вплоть до одного градуса. Также он способны быстро проветрить жилище.

Стационарные кондиционеры достаточно дороги как при покупке, так и при установке. Их монтаж требует ощутимых затрат. Но при этом, если сравнивать этот вид техники с мобильными напольными аналогами, они работают гораздо тише.

Напольные переносные кондиционеры производят при работе много шума. Но их достоинство – в том, что в то время, когда они не нужны, их легко можно убрать в кладовку.

2.    Очистители и увлажнители воздуха.

Влажность воздуха – один из базовых параметров, характеризующий домашний микроклимат. Как правило, влажность должна составлять от 40 до 60 процентов. При этих показателях человек чувствует себя комфортно. Более того, недостаточно увлажнённый воздух служит отличной средой для развития различных вирусов, в том числе и опасных для человека. В сухом воздухе плохо растут комнатные цветы.

Для увлажнения комнатного воздуха служит прибор-увлажнитель. Их оригинальный внешний вид, доступность цены и надёжность делают эти приборы очень популярными. Достаточно налить в такой увлажнитель обычную воду из-под крана и включить его, и комфортный уровень влажности в помещении обеспечен.

Очистители воздуха делают атмосферу свободной от аллергенных частиц. Параллельно с очищением большинство таких приборов имеют функцию ионизации атмосферы, что делает проживание в таком доме безопасным для астматиков и людей, страдающих от вирусных заболеваний.

3.    Водонагреватели.

Горячая вода кажется такой привычной, пока вы не испытали с ней перебои. Тут же выясняется, какую большую роль играет горячий водопровод. Поэтому наличие автономного снабжения горячей водой так много значит. Водонагреватели накопительного или проточного типа отлично справляются с этой проблемой, при достаточно небольших энергетических затратах снабжая вас горячей водой в любой необходимый момент.

4.    Обогреватели.

В нашем климате обогреватель воздуха в жилище – не предмет роскоши, а необходимость. Сегодня масляные обогреватели и опасные при эксплуатации «буржуйки» уходят в прошлое. На смену им приходит оборудование безопасное и эффективное.

Электрический конвектор – отличный пример обогревательной техники нового поколения. Они в состоянии поддерживать в помещении стабильную температуру, более того, при включении очень быстро нагревают воздух.

Ещё одна эффективная разновидность обогревательной техники – инфракрасные обогреватели. Они интересны тем, что нагревают не воздух, а предметы мебели и интерьера, и поэтому более экономичны – температура при таком способе обогрева падает гораздо медленнее.

5.    Электрические камины.

Интересное решение для поддержания тепла в помещении – электрические или биокамины.  Современные модели настолько искусно имитируют живое пламя, что зачастую можно даже ошибиться, что перед вами – электрическая имитация или настоящий камин.

Экологически чистые биокамины позволяют применять для обогрева различные безопасные и экологичные виды топлива, сохраняя чистоту воздуха в помещении и существенно экономя затраты на обогрев.

Виды климатической техники

27.07.2020

10:54

Комфортную атмосферу в доме создает множество факторов. Температура воздуха играет далеко не последнюю роль, но создать ее максимально подходящей без специального оборудования достаточно сложно. Климатическая техника является именно таким оборудованием. Так, на сайте https://optistore.com.ua/ru/ предоставлен широкий ее выбор по самым доступным ценам. Если у вам возникают какие-либо вопросы, не стесняйтесь их задавать, ведь выбор климатической техники не такой уж и легкий процесс. Опытные менеджеры магазина смогут ответить на все возникшие вопросы и вместе с вами индивидуально подобрать климатическую технику.

Виды климатической техники 

Некоторые могут подумать, что климатическая техника отвечает только за температурный режим в помещении, но на самом деле, такое оборудование делится на несколько видов, каждый из которого имеет свои функции: 

• Охлаждение воздуха.
  Многие люди тяжело переносят высокие температур, в домашних условиях такая температура воздуха тем более неприпустима. Чтобы охладить воздух используются различные кондиционеры: настенные, канальные, кассетные. 
• Обогрев воздуха.
  В холодный период времени справиться с низкими температурами помогут котлы, газовые электрические или твердотопливные, также можно использовать тепловые насосы или же электрокамины.
• Вентиляция.
  Оборудования для вентиляции обеспечивает подачу свежего воздуха в помещение. Например, приточно-вытяжная установка.
• Обогрев воды.
  Бойлеры, водонагреватели и газовые котлы могут дать постоянный доступ к теплой воде.
• Осушение и увлажнение воздуха.
  Необходимо для того, чтобы создать комфортный уровень влажности в помещении.

Бытовые кондиционеры

Кондиционеры являются самой популярной климатической техникой, так как они могут содержать в себе несколько функций одновременно: охлаждение и обогрев воздуха, его осушение, увлажнение или очистка. 

Самыми популярными видами кондиционеров для домашнего использования есть: 

• Сплит-система.
  Таким оборудованием называются кондиционеры, которые имеют два блока: наружный и внутренний. Соединяются они между собой специальным трубопроводом.
• Оконные кондиционеры.
  Этот вид кондиционера является самым старым, но до сих пор встречается достаточно часто. Особенность оконного кондиционера видна еще из его названия, ведь монтируется он в оконный проем.
• Моноблок.
  Также называют напольным кондиционером. Его достоинством есть мобильность, ведь большинство таких систем имеют колесики, которые обеспечивают его простое передвижение по квартире — в какой комнате температура вас не устраивает, в ту и везите моноблок.

PROMOTED

Климатическая техника: виды и возможности

Современная климатическая техника – это огромное разнообразие кондиционеров, предназначенных для решения самых различных задач. Это могут быть мощные установки для охлаждения-обогрева зданий, а могу быть компактные сплит-системы, рассчитанные на одну комнату.

Мобильные системы обычно не имеют внешнего блока. Это объясняется тем, что система слишком компактна и просто имеет воздухоотвод для горячего воздуха и второй воздухоотвод для забора холодного воздуха с улицы. Сплит системы без внешнего блока по своим качествам не уступают крупногабаритным системам и могут использоваться в любых помещениях.

Конечно, с таким кондиционером охладить или обогреть несколько помещений не представляется возможным. Часто они используются в качестве дополнительных систем. Следует отметить, что сплит системы такого образца могут работать только на охлаждение, но существуют модели для обеспечения обогрева и охлаждения.
Напольные кондиционеры сегодня представлены разнообразными моделями. Они привлекают широким набором разных функций и своей компактностью.

Это могут быть простые модели, которые имеют только один режим охлаждения, или кондиционеры, при помощи которых можно регулировать температуру в помещении. Многие производители даже оснащают напольные кондиционеры цветным дисплеем, с помощью которого можно получать максимально точную информацию и регулировать температуру и влажность в помещении.

Современные напольные кондиционеры имеют и специальные функции, позволяющие экономить электроэнергию. Это позволяет максимально эффективно использовать климатическую технику, создавая комфортные условия для существования. Еще одной важной особенностью таких систем является наличие фильтров и ионизаторов воздуха, которые защищают здоровье человека.

Говоря о качествах напольных кондиционеров, нельзя не затронуть и тему цены. Выпускаются различные напольные кондиционеры, цены на которые будут варьироваться в зависимости от бренда и марки производителя. Конечно, наиболее функциональная модель будет отличаться высокой ценой.

Если кондиционер оснащен цветным дисплеем, возможностью регулировать температуру и влажность, то и цена на него будет высока. Но можно остановить свой выбор и на простейшей модели, у которой есть функции охлаждения и обогрева, но при этом нет возможности регулировать влажность в помещении.

Виды и особенности климатического оборудования

Предлагаем вашему вниманию небольшой обзор холодильной техники ведущих производителей. Это позволит вам подобрать оборудование, подходящее по критериям стоимости, надежности, холодопроизводительности.

Сплит-системы в классическом исполнении считаются лучшим выбором для квартиры, небольшого офисного помещения, дачи, а также для общественно-административных объектов. Данное оборудование отличается неприхотливостью в эксплуатации, исключительным качеством, легкостью монтажа.

Оборудование состоит из наружного и внутреннего блоков. Обычно техника поставляется комплектно. По желанию заказчика можно произвести замену штатного наружного блока на более мощный.

Сплит-системы имеют массу достоинств:

• бесшумность в работе;
• наличие функции ионизации воздуха;
• возможность дистанционного управления посредством пульта;
• установку таймера;
• плазменный пылеуловитель, качественные фильтрационные элементы;
• экономичность энергопотребления и пр.

Подобные установки считаются лучшим выбором для небольших помещений. После их монтажа не требуется никаких дополнительных затрат, за исключением заправки хладагента.

VRF-системы разработаны специально для крупных промышленных объектов. Они представляют собой мульти-сплит-системы.

Ключевой задачей является создание оптимальной вентиляции посредством единого воздуховода. Это позволяет объединить несколько десятков расположенных внутри блоков в единую сеть. Особенностью подобных систем является возможность подключения нескольких промышленных кондиционеров к одному мощному компрессорному блоку, который установлен снаружи комплекса. Обычно этот блок монтируется на крыше или близлежащей территории.

Мультизонные системы считаются оптимальным выбором для масштабных производственных объектов. Они устанавливаются для регулирования температурного режима на площади в несколько сот квадратных метров. Техника характеризуется значительной экономией хладагента. Легкое управление осуществляется благодаря специализированному программному обеспечению. Есть большой выбор блоков: кассетные, канальные, потолочные и пр. У нас можно купить климатическое оборудование любого типа по выгодной цене!

Виды климатической техники

Сегодня рынок климатической техники богат большим разнообразием продукции. Каждый из ее видов решает конкретные задачи и отличается своими эксплуатационными характеристиками.

На сайте https://inclimat.ru/ представлен большой ассортимент кондиционеров, которые позволяют выбрать ту модель, которая будет подходить по всем параметрам помещения установки.

Что еще относится к климатической технике

Сравнительно, недавно, климатическая техника была доступна только избранным людям и считалась роскошью. Сегодня разные виды климатической техники есть в каждой квартире, доме в силу того, что современные люди привыкли уже жить качественно и комфортно.

Главное то, что любой из видов климатического оборудования создает в помещениях нужный и полезный микроклимат, который оказывает только положительное влияние на организм человека.

Прежде чем решать, какой из видов оборудования нужен в доме, следует грамотно обдумать назначение каждого вида и решить, какой из них нужен в первую очередь. При этом необходимо учитывать условия проживания, климат, площадь жилья, возможности оборудования и бюджет, который можно затратить на приобретение того либо иного вида климатической техники.

Самыми распространенными приборами являются:

• безусловно, кондиционеры. Без таких устройств не обходится сегодня не одна квартира или дом. Этот прибор доставляет приятную прохладу в жаркий летний зной и также может создавать тепло в прохладные дни. Выпускаются разные виды кондиционеров, однако для домашнего или офисного использования сплит-системы станут отличным вариантом. Нельзя не отметить, что современные кондиционеры сегодня часто оснащаются разными функциями, что позволяет их использовать в качестве других видах климатической техники, например, в качестве ионизатора воздуха, его освежителя и пр.;
• не менее нужным прибором может стать обогреватель. Это устройство особенно необходимо, когда на улице уже холодно, а центральное отопление не включено.

Помимо таких устройств, может понадобиться ионизаторы, увлажнители воздуха. Эти устройства также имеют непосредственное отношение к климатической технике.

Виды климатической техники

Климатическая техника – широкое понятие, которое подразумевает всевозможные приспособления, компоненты, комплексы, создающие в каждом помещении приятный комфорт. Широкий выбор климатической техники на сайте tecl.ru.

Технологии Климата – высококачественное климатическое оборудование

Компания «Технологии Климата» специализируется на проектировании, создании, продаже, поставке климатической техники, производит надежный монтаж, пуско-наладку и обслуживание оборудования. Климатические устройства для офиса и дома создают благоприятную температуру, воздушные потоки, влияют на влажность.

Функции климатической техники:

• кондиционирование;
• вентиляция;
• отопление;
• холодоснабжение;
• микроклимат.

Примечательные цифры, характеризующие климат-компанию:

• на рынке – 12 лет;
• обширный ассортимент – более 30 тысяч товаров;
• оборудование от 70 ведущих фирм-производителей;
• клиентов – более 15 тысяч;
• покупателям продано – больше 180 тысяч экземпляров климатической техники;
• выполнено объектов – больше 8 тысяч;
• профессиональной командой реализовано больше 63 тысяч спецзаказов.

Неоспоримые достоинства климатической компании:

• наличие разнообразной техники прекрасного европейского качества;
• выезд на объект грамотного эксперта;
• опытные консультанты;
• монтаж установок климата осуществляет «под ключ» квалифицированный коллектив;
• приемлемые цены – подарки, распродажи, скидки, промокоды, акции;
• гарантия качества;
• доставка в любую точку Российской Федерации.

Фотографии с сайта tecl.ru

Разновидности климатической техники

Кондиционеры – поддерживают в помещении высококомфортную температуру, дают в достаточной мере приток свежего воздуха. Многообразие моделей потрясает воображение. При выборе надо учитывать функциональный потенциал устройств, производительность, методы установки, подключения.

Вентиляция – вентиляторы, вентиляционные системы, приточные клапаны. Их клиенты выбирают, основываясь на характер применения, назначения помещения. «Технологии Климата» оказывают весь сервис по налаживанию установок вентиляции на объектах разной категории сложности.

Отопление – обогреватели, тепловые пушки, завесы, конвекторы, различные котлы, теплые полы и многое другое. Эти приборы обогревают помещения всякой площади, применяются для сушки поверхностей, предметов.

Микроклимат – техника для воздуха (увлажнители, осушители, мойки, очистители). Параметры микроклимата в помещениях – влажность, свежесть, температура, чистота воздуха прекрасно регулируется с помощью специальных климатических устройств.

Кондиционеры для дома — виды климатического оборудования

Содержание:

• Разновидности климатического оборудования для жилья
• Выбор климатического оборудования по функциональности

Кондиционеры для дома выбираются на основании оценки целого ряда факторов, а также из учёта особенностей отопительной системы, так как в случае необходимости можно приобрести модель климатического оборудования, которое способно не только охлаждать, но также и прогревать воздух в помещении. Но кроме параметров воздушной среды, на выбор устройства влияют и возможности помещения к расположению в нём техники такого рода. Это объясняется рядом правил, оговаривающих расположение устройства в комнате так, чтобы не снизить, а максимально повысить его производительность.

Разновидности климатического оборудования для жилья

Как правило, потолки частного жилья или квартиры соответствуют стандартному значению – 2,5 м. Соответственно, кондиционеры для дома в таких случаях выбираются из разряда бытовых устройств, потолочные модели категорически не рекомендуется применять. Отличительной чертой бытового оборудования является довольно низкая мощность. Значения этого параметра находятся в пределах от 1,5 до 8 кВт, что позволяет обслуживать одну из жилых комнат. В зависимости от мощности устройства рекомендуется применять технику на площади, не превышающей 100 кв. м.

Выбор кондиционера для дома должен основываться на знании видов бытовых устройств, к которым относятся:

1. Моноблочная климатическая техника. Представляет собой автономный корпус, в котором собраны все необходимые для эффективной работы узлы. Принимая во внимание тот факт, что компрессор, как наиболее шумный элемент системы, располагается в помещении, моноблочное оборудование будет причиной регулярно возникающего шумового эффекта. Несколько выигрывает в этом плане оконный компактный кондиционер для дома. Размеры его невелики, а располагается устройство в оконном проеме, повлияв при этом на проникновение света в комнату.

Недостатком такой климатической системы можно назвать и завышенные требования к установке, так как при образовании явных перекосов корпуса значительно снизится производительность техники.

Другой разновидностью моноблочного оборудования является портативный кондиционер для дома. Устанавливается он на полу и практически не требует монтажа. Единственное, что требуется сделать – вывести на улицу воздуховод и дренаж. Однако можно приобрести модель, в которой функцию сбора влаги выполняет поддон, а его необходимо с регулярной периодичностью опустошать.

Автономный кондиционер для дома легко переносить по жилью из комнаты в комнату, в особенности, если выбрана модель без воздуховода. Но при этом придется испытать некоторые неудобства, основным из которых является повышенная влажность в комнате из-за особенностей функционирования техники.

Дополнительно к тому, рассматривая маленькие кондиционеры для дома, их производительность работы значительно ниже, что повлечет за собой завышенные расходы на электроэнергию из-за регулярной эксплуатации оборудования на предельных значениях мощности.

2. Сплит-системы настенного типа состоят из двух блоков, каждый из которых выполняет свою задачу. Такие устройства работают на минимально допустимом пределе шума, что объясняется расположением компрессора, который является частью наружного блока. Благодаря привлекательному дизайну и высокой производительности сплит-системы – наиболее популярные кондиционеры для дома. При этом при своевременной чистке механизма и фильтров, а также при корректной эксплуатации техника способна работать без сбоев и необходимости ремонта порядка десяти лет.

Выбор климатического оборудования по функциональности

Определившись с видом устройства, следует тщательно изучить характеристики заинтересовавших моделей. На первом месте по важности находится потребляемая мощность, которая в отличие от мощности охлаждения весьма невысока, что позволяет использовать для подключения обычные розетки.

Энергоэффективность работы устройства определяется соотношением потребляемой мощности к значению производительности охлаждения. Другой параметр – тепловой коэффициент, определяется посредством соотношения мощности обогрева к потребляемой мощности.

Изучая вопрос, какие бывают кондиционеры для дома, следует знать, что всего существует семь категорий, благодаря которым климатическое оборудование отличается между собой по классу энергоэффективности. Наиболее высокие значения являются наилучшими показателями этого параметра. Далее, можно рассмотреть модели с функцией нагрева, что позволит осуществлять отопление дома кондиционером в прохладное время года – осенью и весной.

Зимой использование климатической техники не рекомендуется ввиду того, что она чаще всего не рассчитана на температуру окружающей среды ниже нулевой отметки градусника.

Среди второстепенных по важности функций климатического оборудования можно выделить возможность очистки, осушения воздуха, осуществление вентиляции, автоматические режимы поддержания температуры воздушной среды в комнате, а также такие режимы, как ночной, и таймеры автовключения и отключения устройства. Если в доме не возникает проблем с уровнем влажности, то выбирать модель с функцией осушения не следует, так как стоимость полнофункционального оборудования всегда выше.

Нередко пользователи хотят подобрать наиболее компактный бытовой прибор, но размеры кондиционеров для дома в любом случае будут существенными, из-за чего техника займет определенное пространство в комнате, так наиболее компактными из существующей техники являются полупромышленные кассетные и канальные устройства. С целью экономии электроэнергии можно рассмотреть инверторные приборы, которые предусматривают регулирование работы компрессора. Такое оборудование обойдется дороже, но по итогу пользователь окажется в более выигрышном положении благодаря возможности снижать скорость оборотов двигателя по достижении заданной температуры.

Это климатическая техника | Greenbiz

С середины марта, когда экономические последствия пандемии коронавируса заразили определенные секторы экономики США, более 200 американских стартапов сократили тысячи рабочих мест. Несмотря на то, что они не застрахованы от предстоящих финансовых проблем, предприниматели, разрабатывающие решения по борьбе с изменением климата — от агротехники до декарбонизации, экологически чистой энергии и т. Д., — являются одними из наиболее устойчивых.

В середине марта чикагский стартап по производству альтернативных белков Nature’s Fynd объявил о полезном для здоровья настое на 80 миллионов долларов, в результате чего общая сумма составила 113 миллионов долларов.В этом году компания планирует удвоить штат сотрудников до более чем 100 человек.

В Питтсбурге компания RoadRunner Recycling, занимающаяся разработкой программного обеспечения для искусственного интеллекта, которая автоматизирует маршрутизацию для коммерческих процессов утилизации, получила 28,6 миллиона долларов в рамках раунда серии C, призванного помочь ей выйти на 10 новых рынков в этом году.

И на этой неделе ClearFlame Engine Technologies — производитель двигателя «чистого внутреннего сгорания», который сжигает возобновляемые виды топлива и может использоваться в существующих дизельных грузовиках, — закрыла свой первоначальный раунд финансирования в размере 3 миллионов долларов.

Это выход из кризиса. Они помогают климату.

«Инновационная технология ClearFlame может сократить более 5 гигатонн выбросов парниковых газов к 2050 году и нарушить работу грузовых перевозок и других секторов, которые трудно декарбонизировать, таких как строительство, горнодобывающая промышленность, сельское хозяйство и распределенное производство электроэнергии», — сказал Дэниел Голдман, управляющий директор бостонской компании Clean Energy Ventures, специализирующейся на глобальных климатических рисках, которая возглавила раунд.В его портфель инвестиций на ранней стадии также входит Boston Materials, которая работает над композитным материалом из углеродного волокна, который может помочь в использовании легких автомобилей и самолетов; и Rebound Technologies, разрабатывающие решения с использованием природных хладагентов.

На поверхностном уровне у этих компаний мало общего, но все они представляют волну инноваций, известную как климатические технологии, — технологии, которые прямо направлены на сокращение выбросов парниковых газов или устранение последствий глобального потепления.В исследовании, опубликованном несколько лет назад Всемирным банком, возможности для небольших фирм, занимающихся климатическими технологиями, оцениваются в более чем 1,6 триллиона долларов (PDF).

По словам Томми Липа, основателя компании Jetstream, которая консультировала стартапы в области климатических технологий на ранней стадии, в том числе фирму по лесовосстановлению Pachama и редактор информационного бюллетеня по климатическим технологиям The Breeze: «Это решения кризиса. Они служат для улучшения климата. . »

Лила Престон, соруководитель стратегии роста акционерного капитала в лондонской компании Generation Investment Management, компании, основанной бывшим вице-президентом Элом Гором и одним из двух ведущих инвесторов раунда Nature’s Fynd на 80 миллионов долларов, добавляет еще одно измерение к этому определению .«Это предприятия, которые ускоряют переход к более устойчивой экономике», — сказала она GreenBiz.

Дань чистым технологиям

Что именно относится к категории климатических технологий?

Список отрадно длинный и включает достижения в области улавливания и связывания углерода, комбинированных систем теплоэнергетики, переработки сельскохозяйственных отходов, автоматизации зданий и биотоплива.

В статье (PDF) (диаграмма ниже) из Stanford Social Innovation Review за 2018 год решения рассматриваются по пяти основным категориям: переход энергоснабжения на возобновляемые источники; переход к транспорту с нулевым уровнем выбросов; снижение воздействия зданий и другой инфраструктуры; развитие устойчивого сельского хозяйства, лесного хозяйства и землепользования; и декарбонизация промышленных процессов.

Я слышу, как некоторые из вас говорят: «Звучит как чистые технологии». Конечно, есть сходства, но климатические технологии напрямую связывают решение с неотложностью климатического кризиса, согласно десятку венчурных капиталистов, стартапов и других инвесторов, опрошенных для этой статьи.

Тед Диллон, директор по маркетингу Clean Energy Ventures, отмечает в февральском блоге: «Хотя мы используем эти термины как синонимы, климатические технологии и чистые технологии не являются синонимами, и один из них не является родителем, а другой — ребенком», — пишет он.«На самом деле, термины больше похожи на братьев и сестер с общими интересами, но немного разными задачами. В то время как климатические технологии имеют уникальный набор приоритетов, основанный на решении монументальной глобальной проблемы, чистые технологии ориентированы на повышение эффективности человечества и взаимодействие с окружающей средой вокруг использования «.

За последние два года, руководствуясь данными, подчеркивающими серьезность климатического кризиса, венчурные компании, давно связанные с движением за чистые технологии, уточнили свои инвестиционные критерии, чтобы признать долгосрочные системные риски, которые глобальное потепление представляет для экономики и человечество.Частично это связано с брендом: крах (PDF) широко разрекламированных и хорошо финансируемых компаний, включая компанию по производству солнечной энергии Solyndra, которая в конечном итоге подала заявление о банкротстве, стал легкой темой для разговоров для политиков и скептиков. Но, как отмечает Диллон, фраза «климатические технологии» также подчеркивает острую необходимость поддержки таких решений.

«Мы не видим мира, в котором будущее не имеет климатической линзы», — сказал Эндрю Биби, управляющий директор расположенной в Сан-Франциско компании Obvious Ventures, еще одной фирмы, которая согласовала свой портфель с этой чувствительностью.Три представительных примера из портфолио Obvious: компания электрических автобусов Proterra, технологии зарядки автопарков Amply и компания по доставке строительных материалов RenoRun.

Что в успешной презентации

Чтобы быть ясным, презентации предпринимателей, занимающихся климатическими технологиями, подвергаются такой же проверке и скептицизму, как и любой другой стартап. «Успешные климатические технологии не могут быть благотворительностью», — сказала Валери Шен, главный операционный директор G2VP в Менло-Парк, Калифорния, группы климатических технологий, созданной из Kleiner Perkins Caufield & Byers.Два интересных стартапа из портфолио G2VP: Carbon, компания по 3D-печати; и Fictiv, стартап по производству оборудования по запросу.

Это означает, что бизнес-модели для этих компаний должны демонстрировать такой же потенциал масштабов рынка и доходность, которую ожидает любая фирма венчурного капитала, включая убедительное лидерство и опыт в предметной области, а также знание того, как ориентироваться в уникальных нормативных требованиях, связанных с выбранным ими сектором, Шен сказал.

Но это только начало.По словам Биби, стартапы в области климатических технологий должны доказать свою «положительную для мира составляющую», чтобы заслужить это прозвище. Это означает возможность обсуждать как влияние их технологий на мир, так и экологическую и социальную устойчивость их операций по мере их масштабирования.

Clean Energy Ventures следует конкретному обязательству в рамках своей миссии по инвестициям в климатические технологии: она стремится инвестировать в компании, которые могут сократить выбросы парниковых газов на 2,5 гигатонны в течение следующих 30 лет, что означает, что отдельные стартапы должны иметь возможность решать, как По словам Голдмана, их решения могут утилизировать до 100 миллионов тонн в год.

Как он это измеряет? Он разработал методологию, чтобы помочь предпринимателям рассчитать это влияние, которое он использует для оценки компаний, ищущих финансирование. Это была одна из организаций, участвовавших в разработке инструмента CRANE, созданного специально для оценки воздействия климатических технологий; Платформа должна быть официально запущена в конце этого года.

Еще одна метрика, на которую внимательно изучают венчурные компании: потенциальные и фактические партнерские отношения между климатическими стартапами и «корпоративными клиентами», как выразился Престон.Союзы в области исследований и разработок между предпринимателями и государственными учреждениями или уважаемыми предприятиями в их отраслевом секторе критически важны для быстрого масштабирования этих решений. Не удивляйтесь, если многие раунды инвестиций в климатические технологии включают участие корпоративных венчурных фондов.

«Большинству, если не всем этим компаниям нужна история для списка Fortune 500», — сказал Закари Бог, управляющий партнер Data Collective (DCVC) в Сан-Франциско.Искусственный интеллект лежит в основе многих стартапов, поддерживаемых DCVC, таких как Pivot Bio, который использует вычисления для разработки нехимических подходов к внесению удобрений для сельскохозяйственных культур.

«Когда вы говорите с крупной компанией о партнерстве с большой компанией, прощения мало, — повторил Эндрю Чанг, основатель и управляющий партнер 1955 Capital в Лос-Альтос, Калифорния. «Мы действительно ищем идеи, которые могут изменить отрасль. Это то, что заставляет людей обращать внимание».

Мы действительно ищем идеи, которые могут изменить отрасль.Это то, что заставляет людей обращать внимание.

В качестве примера Чанг приводит свой опыт работы с LanzaTech, компанией по улавливанию углерода, с которой он работал, когда работал в Khosla Ventures. Чанг тесно сотрудничал с LanzaTech над организацией пилотных проектов своей технологии на сталелитейных заводах в Китае. Эти доказательства помогли LanzaTech наладить отношения с такими компаниями, как Mitsui, Siemens и Arcelor Mittal. Раунд серии E в размере 72 миллионов долларов, выделенный LanzaTech в августе, был предоставлен медико-биологической компанией Novo.

В то время как многие из компаний 1955 Capital все еще скрываются, эта фирма была ведущим инвестором в первом раунде финансирования Nature’s Fynd, а также спонсором Crop Enhancement, которая работает над способами повышения урожайности при минимизации или отказе от химических удобрений. .

Как коронавирус заражает инвестиции в климатические технологии

Потребуются месяцы, чтобы окончательное экономическое разрушение пандемии коронавируса было полностью осознано, и Лип ожидает «серьезных неудач» в финансировании и внедрении.Ясно, что нынешний кризис имеет два непосредственных последствия.

Во-первых, несмотря на три особых примера финансирования, перечисленных в начале этой истории, для заключения сделок потребуется больше времени. «Многие фирмы нажимают на тормоза», — сказал Бог. Это в первую очередь потому, что труднее проводить комплексную проверку — посещать лаборатории и исследовательские центры или встречаться с ключевыми членами команды — когда люди не могут путешествовать.

Некоторые конкретные доказательства из собственного портфеля DCVC: спутниковая компания Capella Space — одна из компаний, надеющихся сыграть роль в области данных наблюдения Земли, например, для мониторинга рыболовных флотилий в океане — была вынуждена отложить запуск важного спутника.

Генеральный директор другого стартапа, с которым я беседовал в конце прошлого месяца, Бен Ламм из Hygergiant Industries, сказал мне, что у него нет другого выбора, кроме как отложить запуск своего биореактора Eos, который использует водоросли для связывания углекислого газа, примерно на три месяца. Но он полон решимости сделать это позже в этом году. «Если мы просто сыграем свою роль, мы сможем многое изменить», — сказал он.

Воздействие пандемии на мировые фондовые рынки также привело к переоценке финансирования, которая стала чрезмерно завышенной.Тем не менее, кризис COVID-19 — и параллели, которые можно провести с долгосрочными рисками глобального потепления, — служат серьезной темой для разговоров с инвесторами.

«Это мощное зеркало хрупкости нашей глобальной системы в целом», — сказала Нэнси Пфунд, управляющий партнер DBL Partners в Сан-Франциско, которая стоит за такими компаниями, как Apeel Sciences (которая производит покрытия на растительной основе для сокращения пищевых отходов. ) и Bellwether Coffee (разработка электрифицированного подхода к обжарке кофе с нулевым выбросом вредных веществ).«Если у вас есть свежий порошок, сейчас отличное время для инвестиций. Мы знаем, что из этого времени выйдет целое поколение климатических компаний, определяющих категории».

Мы знаем, что из этого времени выйдет поколение определяющих категории климатических компаний.

По этой причине все восемь технологических инвестиционных компаний, опрошенных для этой статьи, твердо поддерживают категорию климатических технологий. Clean Energy Ventures даже организовала открытое письмо основателям стартапов, подписанное десятками фондов и инкубаторов.

«Изменение климата — это реальная угроза человечеству, хотя и более долгосрочная, чем этот вирус», — писали инвесторы. «Если ваша компания нацелена на то, чтобы помочь нынешнему и будущим поколениям прожить более долгую и здоровую жизнь в ближайшие десятилетия, мы заинтересованы».

Что касается текущих портфельных компаний, то инвесторы заявили, что большую часть своего времени в условиях кризиса COVID-19 они посвящают помощи основателям и руководящим группам в преодолении кризиса. «Некоторые из этих компаний станут сильнее, чем раньше», — сказал Чанг.1955 Capital также написал книгу, аналогичную упомянутой выше, предназначенную для предпринимателей внутри и вне ее портфеля.

По словам генерального директора Elemental Excelerator Дон Липперт,

Elemental Excelerator, ускоритель стартапов на ранней стадии с присутствием в Гонолулу и Восточном Пало-Альто, Калифорния, находится в тесном контакте со своими портфельными компаниями. Это включает в себя активизацию сети партнеров-инвесторов и созыв конференц-звонков и брифингов по таким темам, как кризисное управление, как поднять моральный дух сотрудников и где найти финансовые ресурсы.«Мы переходим от реакции к обучению к действию», — сказала она.

Она надеется, что интерес к климатическим технологиям будет преобладать, указывая на более чем 800 заявок, которые Elemental Excelerator только что получил для своей последней программы акселераторов, которая включает от 15 до 20 компаний в год.

«За последние четыре недели закрыли раунды больше компаний, чем за предыдущие три месяца», — добавил Липперт, отказавшись от уточнения. «Инвесторы активизируются».

% PDF-1.4 % 198 0 объект > эндобдж xref 198 102 0000000016 00000 н. 0000002392 00000 н. 0000002572 00000 н. 0000003718 00000 н. 0000004345 00000 п. 0000004429 00000 н. 0000004516 00000 н. 0000004632 00000 н. 0000004784 00000 н. 0000004845 00000 н. 0000004983 00000 н. 0000005044 00000 н. 0000005189 00000 н. 0000005250 00000 н. 0000005385 00000 п. 0000005446 00000 н. 0000005583 00000 н. 0000005644 00000 п. 0000005793 00000 н. 0000005853 00000 п. 0000005988 00000 н. 0000006048 00000 н. 0000006184 00000 п. 0000006244 00000 н. 0000006343 00000 п. 0000006403 00000 п. 0000006561 00000 н. 0000006621 00000 н. 0000006766 00000 н. 0000006827 00000 н. 0000006973 00000 п. 0000007034 00000 п. 0000007184 00000 н. 0000007245 00000 н. 0000007403 00000 н. 0000007463 00000 п. 0000007611 00000 п. 0000007671 00000 н. 0000007832 00000 н. 0000007892 00000 н. 0000008051 00000 н. 0000008111 00000 п. 0000008252 00000 н. 0000008312 00000 н. 0000008413 00000 п. 0000008473 00000 н. 0000008588 00000 н. 0000008648 00000 н. 0000008810 00000 н. 0000008871 00000 н. 0000008963 00000 н. 0000009056 00000 н. 0000009178 00000 п. 0000009238 00000 п. 0000009339 00000 н. 0000009399 00000 н. 0000009459 00000 н. 0000009520 00000 н. 0000009627 00000 н. 0000009688 00000 н. 0000009793 00000 н. 0000009853 00000 п. 0000009962 00000 н. 0000010022 00000 п. 0000010082 00000 п. 0000010142 00000 п. 0000010522 00000 п. 0000010815 00000 п. 0000011153 00000 п. 0000011194 00000 п. 0000011217 00000 п. 0000014189 00000 п. 0000014212 00000 п. 0000017098 00000 п. 0000017121 00000 п. 0000019937 00000 п. 0000019960 00000 п. 0000022835 00000 п. 0000022858 00000 п. 0000025724 00000 п. 0000025747 00000 п. 0000028591 00000 п. 0000028614 00000 п. 0000031447 00000 п. 0000031470 00000 п. 0000031604 00000 п. 0000035287 00000 п. 0000035423 00000 п. 0000038079 00000 п. 0000041029 00000 п. 0000159471 00000 н. 0000159700 00000 н. 0000160119 00000 н. 0000160252 00000 н. 0000160457 00000 н. 0000160686 00000 н. 0000161105 00000 н. 0000161238 00000 н. 0000161443 00000 н. 0000175753 00000 н. 0000002723 00000 н. 0000003696 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 199 0 объект > / Метаданные 197 0 R / AcroForm 200 0 R / Страницы 187 0 R / Тип / Каталог / Контуры 202 0 R / PageMode / UseOutlines >> эндобдж 200 0 объект > / Кодировка> >> >> эндобдж 298 0 объект > поток HT] hUl2n ݴ n ݠ AwV ؇ uMԟ5Mvv; 3sӵ1H_! ZB% n} [σ (c} pw03

Климатические решения: технологии для замедления изменения климата | Окружающая среда | Все темы от изменения климата до его сохранения | DW

Это вопрос, который беспокоит наших читателей: можем ли мы изобрести способ выхода из климатической нестабильности?

Для многих, встревоженных темпами политического прогресса, но не желающих отказываться от углеродного образа жизни, решение проблемы изменения климата с помощью одних только технологий является заманчивой идеей.

Но эксперты говорят, что не существует серебряной пули для защиты климата, и что хранение ископаемого топлива в земле — самый надежный известный способ предотвратить дальнейшее потепление.

Средние температуры повысились на 1 градус Цельсия с тех пор, как страны впервые стали индустриальными, и, по прогнозам, к концу столетия вырастут примерно на 3 градуса Цельсия по сравнению с базовым уровнем без резкого и серьезного сокращения выбросов CO2.

Отчет Global Carbon Project в декабре показал, что, хотя сжигание угля в значительной степени остановилось, рост добычи нефти и природного газа отодвигает планету все дальше от ее климатических целей.

Как технологии могут помочь правительствам в этом? Вот четыре нововведения, которые, по словам экспертов в области энергетики, обещают замедлить ход изменения климата.

Солнечные панели и ветряные турбины

Самая большая инновация в борьбе с изменением климата существует уже несколько десятилетий.

Солнечные панели и ветряные турбины превращают солнце и ветер в электричество без выделения парниковых газов. По мере расширения масштабов технологий и более эффективного преобразования энергии они снизились в цене и стали дешевле ископаемого топлива во всем мире.

«Солнечная энергия и ветер, будучи дешевыми, надежными и хорошо работающими, открывают множество возможностей», — сказал Грегори Немет, профессор Университета Висконсин-Мэдисон, который написал книгу о том, как солнечная энергия стала дешевой. «Даже несмотря на то, что у нас было 30 лет нерешительности политиков и не такого большого прогресса, как хотелось бы большинству людей, на заднем плане технологии прогрессируют».

Но производство чистой энергии — это одно, а хранение и распределение — другое. Это особенно важно для возобновляемых источников энергии, которые не могут производить электричество без солнечного света или ветра.

Три вещи говорят о том, что инновации преодолевают эти препятствия, — сказал Немет. «Возобновляемые источники энергии становятся все лучше, батареи позволяют хранить электроэнергию, а информация в системе позволяет лучше управлять ею».

Плавучая солнечная электростанция около Сантьяго, Чили

Ветряные турбины к югу от Найроби, Кения

Аккумуляторы для электромобилей

В октябре Шведская королевская академия наук наградила трех ученых Нобелевской премией за их работу по разработке литий-ионных аккумуляторов. ионные батареи, которые, по их словам, «произвели революцию в нашей жизни с тех пор, как впервые вышли на рынок в 1991 году» — и продолжают развиваться.

Более легкие и меньшие по размеру, чем прежние аккумуляторные батареи, литиевые батареи также можно заряжать быстрее и чаще. Поскольку их вес и цена продолжают падать, они играют все более важную роль в обезуглероживании транспортного сектора за счет удешевления электромобилей.

«Аккумуляторная батарея будет иметь решающее значение, — сказал Жоао Гувейя, старший научный сотрудник Project Drawdown, исследовательской организации, занимающейся анализом климатических решений. «Это позволит интегрировать все больше и больше возобновляемых технологий.У нас не может быть 70% [возобновляемой энергии к 2050 году] за счет ветра и солнца, если мы не будем применять аккумуляторные системы хранения ».

Задержка аккумуляторов — это устаревшие электросети, и затраты, которые, несмотря на ежегодное падение, остаются высокими.

Но электромобили могут выступать в качестве системы хранения, сказал Гувейя, когда владельцы покупают электроэнергию ночью для зарядки своих автомобилей и продают ее в сеть, когда спрос высок, а машины припаркованы и простаивают в течение дня. «Мы находим новые. запасы лития, потому что это технология для обоих рынков, поэтому мы внедряем все больше и больше инноваций.»

В то время как мировой парк электромобилей стремительно растет — по данным Международного энергетического агентства, в 2018 году он превысил 5 миллионов автомобилей, — этот прогресс затмевается ростом более крупных и менее эффективных внедорожников, работающих на ископаемом топливе. Четыре из них 10 новых автомобилей, проданных во всем мире в 2018 году, были внедорожниками.

Полностью электрический автомобиль Mercedes на выставке в Стокгольме, Швеция

Литий-железные батареи могут помочь обезуглерожить транспорт

Power-to-X

Другой способ хранения возобновляемой энергии — использование электролизеров для извлечения водорода из воды.Этот процесс, также известный как power-to-X, представляет собой способ хранения энергии в различных формах. Инженеры пропускают электрический ток через воду и собирают отколовшиеся молекулы водорода. Их можно сжигать для получения тепла, хранить в топливных элементах или превращать в химические вещества, такие как метан, для процессов, требующих ископаемого топлива.

«Это отличный способ обезуглерожить секторы отопления, транспорта и химии», — сказал Дэвид Вортманн, член правления Energy Watch Group, немецкой неправительственной организации. «Это масштабируемое — все технологии есть.Промышленность молода, у вас есть производители, выпускающие электролизеры. Но спроса еще нет, нормативов нет ».

Водород также может помочь декарбонизировать сектор с высоким уровнем загрязнения, который в основном игнорировался: тяжелая промышленность.

Высокая температура, необходимая для обработки промышленных материалов, таких как бетон, железо, сталь и нефтехимия — на него приходится около 10% глобальных выбросов CO2, согласно отчету Центра глобальной энергетической политики в октябре.На одну только цементную промышленность приходится около 8% выбросов CO2, в основном при производстве. Это более чем в три раза превышает выбросы CO2 в авиационной отрасли.

Сжигание водорода из возобновляемых источников энергии может полностью удовлетворить потребности в промышленном отоплении, сказал Джефф Риссманн, руководитель отдела моделирования исследовательской фирмы Energy Innovation. «Переход на водород может оказать огромное влияние на многие сектора и стать одним из самых больших способов декарбонизации мировой экономики».

Улавливание CO2 на электростанциях рассматривается как все более необходимое для достижения целей по выбросам

Улавливание и хранение углерода

Ученые говорят, что даже при оптимистичных сценариях сокращения выбросов парниковых газов мы не сможем достичь целей по ограничению глобального потепления до 1.5 градусов по Цельсию, не удаляя часть уже выделенного углекислого газа. По прогнозам МГЭИК, в этом столетии необходимо будет удалить от 100 миллиардов до 1 триллиона тонн CO2.

Деревья и растения, которые извлекают CO2 из атмосферы и превращают его в кислород посредством фотосинтеза, являются одним из способов сделать это. Но они занимают большие участки земли, которые необходимы для других целей, таких как выращивание продуктов питания, и не являются безопасным способом хранения углерода, поскольку их можно вырубить на дрова или сжечь в лесных пожарах.

Некоторые компании экспериментируют с улавливанием CO2 от электростанций и хранением его глубоко под землей. Делая это с заводами, работающими на биомассе, где сжигаются недавно выращенные растительные вещества, а не древние окаменелости, можно производить энергию, уменьшая при этом количество CO2 в атмосфере.

Но, согласно отчету Глобального института по улавливанию и хранению углерода, при наличии всего 19 предприятий, работающих с такими системами, их развертывание происходит недостаточно быстро для достижения целей по сокращению выбросов.

• 7 вещей, на которые вы даже представить себе не можете, может повлиять изменение климата

  Осторожно: бум медуз!

  Несмотря на то, что многочисленные медузы, которые достигают таких мест отдыха, как побережье Средиземного моря, обусловлены сочетанием факторов, отчасти в этом виновато изменение климата. Повышение температуры моря открывает новые области, где медузы могут размножаться, и увеличивает доступность их любимой пищи: планктона.

• 7 вещей, которые вы даже представить себе не могли, может повлиять на изменение климата

  Идеальное дерево исчезает

  Оригинальный Stradivarius, ценимый за превосходное качество звука, можно продать за миллионы долларов.Тем не менее, экстремальные погодные явления, такие как необычно сильные штормы, убивают миллионы деревьев, подвергая опасности знаменитый лес в лесу Паневеджио на севере Италии. Пересадка деревьев не поможет в краткосрочной перспективе. Ели должно быть не менее 150 лет, прежде чем она сможет стать скрипкой.

• 7 вещей, которые вы даже представить себе не могли, может повлиять изменение климата

  Забудьте о сне

  В очень жаркие ночи люди спят хуже, особенно в больших городах.К 2050 году в европейских мегаполисах летом может быть примерно на 3,5 градуса Цельсия выше. Он влияет не только на сон, но и на настроение, продуктивность и психическое здоровье. Единственный способ спастись — это перебраться в небольшие города и поселения, где ночи прохладнее, потому что здесь меньше зданий и больше зелени.

• 7 вещей, которые вы даже представить себе не могли, может повлиять на изменение климата

  Извините за свой нос

  Весна начинается в начале года из-за глобального потепления — плохие новости для аллергиков.При более продолжительном безморозном сезоне у растений появляется больше времени для роста, цветения и производства пыльцы. Следовательно, пыльца будет свободно перемещаться гораздо раньше, что приведет к удлинению периода страданий и увеличению годовой нагрузки пыльцы. Будет ли это век масок от загрязнения воздуха и аллергии?

• 7 вещей, которые вы даже представить себе не могли, может повлиять изменение климата

  Бактерии и комары

  Тепло не только заставляет нас потеть; это также влияет на наше здоровье. Ожидается, что к концу этого столетия три четверти населения мира будут подвержены опасным и смертоносным волнам жары.Повышение температуры означает увеличение числа диарейных заболеваний, поскольку бактериям легче размножаться в теплой пище и воде. Количество комаров также, вероятно, будет расти вместе с распространением таких болезней, как малярия.

• 7 вещей, которые вы даже представить себе не могли, может повлиять на изменение климата

  Дома рушатся

  Почва в районе Северного полюса в летние месяцы все больше тает, что имеет драматические локальные и глобальные последствия. Более высокие температуры приводят к тому, что полы становятся нестабильными, а дома и дороги трескаются, что приводит к появлению большого количества насекомых.Более того, если вечная мерзлота — мерзлая почва — тает, это приведет к выделению CO2 и метана, что может еще больше усугубить глобальное потепление. Получается замкнутый круг.

• 7 вещей, которые вы даже представить себе не могли, может повлиять изменение климата

  Мужчина или женщина? Задайте вопрос об изменении климата

  Температура может влиять на пол некоторых видов. Для морских черепах тепло песка, на котором инкубируются яйца, определяет пол новорожденного. Низкие температуры приносят пользу самцам черепах, тогда как самки лучше развиваются в более теплых местах.Исследователи обнаружили, что более 99% птенцов черепах в северной Австралии уже являются самками, что затрудняет выживание вида.

  Автор: Геро Рутер, Ирен Банос Руис

10 адаптационных технологий — Climate Action

После переговоров по изменению климата в Канкуне преобладали дискуссии о необходимости сосредоточить внимание на адаптации к изменению климата.

Отрасль зеленых технологий провела работу, касающуюся методов смягчения последствий изменения климата и способов сокращения выбросов углерода.Однако, учитывая, что мало что было сделано для уменьшения процента выбросов, выделяемых каждой страной в ходе международных переговоров, ученые просят правительства и отрасль зеленых технологий сосредоточить свое внимание на адаптации к изменению климата.

Адаптационные технологии часто вызывают неодобрение, поскольку многие считают, что мы должны изобретать методы для ограничения наших выбросов, а не создавать методы адаптации стран к изменениям окружающей среды и погоды.

В недавней статье журнала The Economist они отмечают, что мир потеплеет на 3.5C к 2100 году, если страны достигнут целей по сокращению выбросов, поставленных в Копенгагенском соглашении. Требуется более радикальное соглашение, но вряд ли это произойдет, поэтому все большее значение приобретают методы адаптации.

Ниже приведены 10 технологий, представленных Reuters, которые помогут правительствам всего мира адаптироваться к изменению климата в следующем столетии. Если страны выделят средства в Зеленый климатический фонд, который является частью Канкунского соглашения, эти технологии могут быть созданы и использованы некоторыми из наиболее уязвимых стран.

1. Инновации в области инфекционных болезней. Согласно Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН), более высокие глобальные температуры приведут к распространению большего числа инфекционных заболеваний, таких как малярия, лихорадка денге, клещевой энцефалит и болезнь Лайма. По большей части это произойдет в тропических регионах или регионах, близких к тропическим географическим регионам. Более высокие температуры также приведут к росту болезней пищевого происхождения, таких как сальмонелла, в более развитых регионах. Потребуются инновации в доставке лекарств, самих лекарствах и профилактике.

2. Меры защиты от наводнений. Владельцы собственности и фермеры в уязвимых регионах будут все больше обращать внимание на технологии, которые могут помочь им адаптироваться к потенциальным наводнениям. Это может включать строительство домов на сваях, создание барьеров вокруг рек в густонаселенных регионах, а также использование семян и сельскохозяйственных культур, более устойчивых к наводнениям.

3. Технологии прогнозирования погоды. Экстремальные погодные условия, от наводнений до ураганов, станут более обычным явлением в некоторых регионах из-за потепления Земли.Прогнозирование погоды было областью небольших инноваций и будет в значительной степени зависеть от инструментов информационных технологий (спутников, программного обеспечения, вычислений, датчиков) для внедрения некоторых столь необходимых инноваций в сектор.

4. Страховые инструменты. Чтобы способствовать распространению риска экстремальных погодных явлений и повышения температуры, фермеры и правительства в развивающихся странах могли бы инвестировать в программы страхования, которые выплачивались бы в случае стихийных бедствий, связанных с погодой. Страховые компании в некоторых регионах уже наблюдают больше событий, связанных с наводнениями из-за изменения климата.В частности, обратите внимание на инструменты страхования, появившиеся в Интернет-индустрии, такие как WeatherBill, чтобы найти решения.

5. Более устойчивые культуры. Высокие температуры могут резко снизить годовую урожайность сельскохозяйственных культур, могут привести к засухам, большему количеству осадков и могут привести к удлинению или сокращению сельскохозяйственных сезонов. Фермеры, выращивающие зерновые на подверженных риску землях, будут искать семена, которые могут выдерживать более высокие температуры, переменную подачу воды и колеблющуюся продолжительность цикла урожая. Генетически модифицированные культуры могут сыграть ключевую роль в этом движении.

6. Суперкомпьютерные вычисления. Прогнозирование погоды и данные об изменении климата получат огромную выгоду от более мощных и быстрых суперкомпьютеров, которые могут обрабатывать данные и делать важные прогнозы в режиме реального времени.

7. Очистка воды. Более суровые и более широкие засухи создадут нагрузку на общины и фермеров, нуждающихся в пресной воде. В то же время повышение уровня моря затронет прибрежные районы, что может привести к увеличению содержания соли в грунтовых водах. Сообщество венчурных капиталистов не инвестирует в так называемую технологию опреснения воды, поскольку венчурные капиталисты не знакомы с рынками водных технологий.

8. Оборот воды. Помимо опреснения, другие водные технологии включают использование сточных вод и сбор дождевой воды для сельскохозяйственных культур и повседневного использования человеком. Ключ к этому типу технологий в том, что он должен быть недорогим.

9. Эффективные системы орошения. Хотя это не самая передовая технология, фермеры в пострадавших регионах быстро воспользуются ирригационными системами, которые намного эффективнее, чем они используют в настоящее время. Упаковка продукта, привлекательного для этого сегмента, может стать популярной.

10. Датчики. Со всеми потенциальными проблемами и колебаниями в окружающей среде из-за глобального потепления будет расти потребность в точных данных об окружающей среде, особенно от датчиков. Независимо от того, расположены ли они в океане, в атмосфере, в почве, в зонах затопления или на засушливых землях, пострадавших от засухи, организации, правительства и компании захотят отслеживать изменения, чтобы разработать решения для решения проблемы.

Автор: Благотворительный рыцарь | Climate Action

Изображение: IRRI изображений | flickr

6 Изменения в климатической системе | Развитие науки об изменении климата

Также было выявлено множество других закономерностей естественной изменчивости климата, и многие из них связаны с сильными региональными климатическими колебаниями.Колебания на более высоких широтах, такие как северный и южный кольцевые режимы (Thompson and Wallace, 2000, 2001), декадное колебание в Тихом океане (Guan and Nigam, 2008; Mantua et al., 1997), североатлантическое колебание и атлантическое колебание. Многодесятилетние колебания (Guan and Nigam, 2009) оказывают большое влияние на региональный климат в десятилетних временных масштабах, оказывая влияние, например, на промысел лосося на северо-западе Тихого океана (Hare et al., 1999; Mantua and Hare, 2002) и количество ураганов, обрушивающихся на берег в Северной Америке (Dailey et al., 2009). Исключительно холодная и снежная зима на восточном побережье США в 2009-2010 гг., Которая уравновешивалась более высокими, чем обычно, температурами на большей части северо-востока Канады и высоких арктических широтах, частично может быть отнесена на счет сильной Северной Атлантики. Событие колебания. Могут также существовать естественные климатические колебания в многомесячных и более длительных временных масштабах (например, Enfield et al., 2001; Schlesinger and Ramankutty, 1994), хотя инструментальные данные слишком короткие и слишком разреженные, чтобы однозначно приписать их причинные механизмы (например, Enfield et al., 2001; Schlesinger and Ramankutty, 1994).г., Чжан и др., 2007а).

Изменения климата также могут быть вызваны естественными процессами, включая извержения вулканов, изменения излучения Солнца и изменения орбиты Земли вокруг Солнца. Крупные взрывные извержения вулканов, такие как Тамбора в 1815 году, Кракатау в 1883 году, Эль-Чичон в 1983 году и Пинатубо в 1991 году, выбрасывают в стратосферу обильные количества сульфатных аэрозолей, охлаждая Землю на несколько лет (Briffa et al., 1998). Извержение Пинатубо заслуживает особого внимания, поскольку оно произошло в эпоху широкого распространения спутниковых и наземных наблюдений, которые позволили точно количественно оценить результирующее распределение аэрозолей и реакцию климата.Эти данные показывают, что аэрозоли вызвали пиковое воздействие на климат -22,5 Вт / м ² через несколько месяцев после извержения Пинатубо (Harries and Futyan, 2006) и что глобальные приземные температуры упали примерно на 0,9 ° F (0,5 ° C) 2 года спустя. , затем восстановились в течение следующих нескольких лет по мере постепенного снижения уровней аэрозоля (Trenberth and Dai, 2007). Данные из Пинатубо и других вулканических извержений использовались для оценки силы климатических обратных связей, которые действуют в относительно коротких временных масштабах, таких как обратная связь, связанная с корреляцией между температурой и водяным паром в атмосфере, а также для калибровки и проверки результатов климатической модели. (е.г., Soden et al., 2002).

Несмотря на то, что за последние несколько десятилетий не произошло чистого увеличения выработки солнечной энергии (см. Рис. 6.9), небольшие изменения в солнечной энергии, связанные с 11-летним циклом солнечной активности, действительно приводят к изменению температуры и циркуляции в верхних слоях. атмосферы (Shindell et al., 1999), может влиять на погодные условия в тропической части Тихого океана (Meehl et al., 2009a) и потенциально может быть связан с небольшими колебаниями средней температуры поверхности Земли (Camp and Tung, 2007; Lean and Woods , в прессе).Есть

Q&A: Как работают климатические модели?

В первой статье недельной серии, посвященной моделированию климата, Carbon Brief подробно объясняет, как ученые используют компьютеры для понимания нашего меняющегося климата…

Серия Carbon Brief по моделированию климата

Использование компьютерных моделей пронизывает самую суть науки о климате.

От помощи ученым в разгадывании циклов ледниковых периодов сотни тысяч лет назад до составления прогнозов на этот век или следующий — модели являются важным инструментом для понимания климата Земли.

Но что такое климатическая модель? На что это похоже? Что он на самом деле делает? Это все вопросы, которые может задать любой человек, не занимающийся климатологией.

Carbon Brief обратился к ряду ученых-климатологов, чтобы ответить на эти и другие вопросы. Далее следует подробные вопросы и ответы о климатических моделях и о том, как ученые их используют. Вы можете использовать ссылки ниже, чтобы перейти к конкретному вопросу.

Что такое климатическая модель?

Модель глобального климата обычно содержит достаточно компьютерного кода, чтобы заполнить 18 000 страниц печатного текста; сотням ученых потребуется много лет, чтобы построить и улучшить; и для работы может потребоваться суперкомпьютер размером с теннисный корт.

Сами модели бывают разных форм — от моделей, охватывающих только один конкретный регион мира или часть климатической системы, до моделей, имитирующих атмосферу, океаны, лед и сушу для всей планеты.

Результаты этих моделей продвигают науку о климате, помогая ученым понять, как деятельность человека влияет на климат Земли. Эти достижения лежали в основе решений по климатической политике в национальном и международном масштабах на протяжении последних пяти десятилетий.

Во многих отношениях моделирование климата — это просто расширение прогнозов погоды, но с упором на изменения за десятилетия, а не за часы. Фактически, Центр Хэдли Метеорологического бюро Великобритании использует одну и ту же «Унифицированную модель» в качестве основы для обеих задач.

Огромная вычислительная мощность, необходимая для моделирования погоды и климата, означает, что современные модели запускаются с использованием огромных суперкомпьютеров.

Например, три новых суперкомпьютера Cray XC40 в метеорологическом бюро Hadley Centre вместе способны выполнять 14 000 триллионов вычислений в секунду.На замедленном видео ниже показан третий из этих суперкомпьютеров, установленный в 2017 году.

Основные физические принципы

Итак, что именно входит в климатическую модель? На самом базовом уровне климатические модели используют уравнения для представления процессов и взаимодействий, определяющих климат Земли. Они покрывают атмосферу, океаны, сушу и покрытые льдом регионы планеты.

Модели основаны на тех же законах и уравнениях, которые лежат в основе понимания ученых физических, химических и биологических механизмов, происходящих в системе Земля.

Например, ученые хотят, чтобы модели климата подчинялись фундаментальным физическим принципам, таким как первый закон термодинамики (также известный как закон сохранения энергии), который гласит, что в закрытой системе энергия не может быть потеряна или создана, только переходил из одной формы в другую.

Другой — закон Стефана-Больцмана, на основе которого ученые показали, что естественный парниковый эффект сохраняет поверхность Земли примерно на 33 ° C теплее, чем она была бы без него.

Кроме того, существуют уравнения, описывающие динамику того, что происходит в климатической системе, например, уравнение Клаузиуса-Клапейрона, которое характеризует связь между температурой воздуха и максимальным давлением водяного пара в нем.

Наиболее важными из них являются уравнения движения жидкости Навье-Стокса, которые фиксируют скорость, давление, температуру и плотность газов в атмосфере и воды в океане.

Уравнения Навье-Стокса для «несжимаемого» потока в трех измерениях (x, y и z). (Хотя воздух в нашей атмосфере технически сжимаем, он относительно медленно движется и поэтому считается несжимаемым для упрощения уравнений.) Примечание: этот набор уравнений проще, чем те, которые будут использоваться в климатической модели, потому что они должны рассчитывать потоки через вращающуюся сферу.

Однако эта система дифференциальных уравнений в частных производных настолько сложна, что для них нет известного точного решения (за исключением нескольких простых случаев). Это остается одной из величайших математических задач (и тот, кому удастся доказать, что решение всегда существует, ждет приз в миллион долларов). Вместо этого эти уравнения решаются в модели «численно», что означает, что они являются приближенными.

Ученые переводят каждый из этих физических принципов в уравнения, которые составляют строку за строкой компьютерного кода — часто более миллиона строк для глобальной модели климата.

Код в глобальных климатических моделях обычно пишется на языке программирования Fortran. Разработанный IBM в 1950-х годах, Fortran был первым языком программирования «высокого уровня». Это означает, что вместо того, чтобы быть написанным на машинном языке — обычно это поток чисел — код написан во многом как человеческий язык.

Вы можете увидеть это в примере ниже, который показывает небольшой фрагмент кода одной из моделей Центра Хэдли Метеорологического офиса. Код содержит такие команды, как «IF», ​​«THEN» и «DO».Когда модель запускается, она сначала переводится (автоматически) в машинный код, который понимает компьютер.

Часть кода из HadGEM2-ES (используемого для CMIP5) на языке программирования Fortran. Код взят из раздела физиологии растений, который начинает изучать, как различные типы растительности поглощают свет и влагу. Предоставлено: д-р Крис Джонс, Метеорологическое бюро Hadley Center

.

В настоящее время климатологам доступны многие другие языки программирования, такие как C, Python, R, Matlab и IDL.Однако последние четыре из них — это приложения, которые сами написаны на более фундаментальном языке (таком как Фортран) и, следовательно, относительно медленно работают. Сегодня Fortran и C обычно используются для быстрого запуска глобальной модели на суперкомпьютере.

Пространственное разрешение

В коде модели климата есть уравнения, которые управляют физикой, лежащей в основе климатической системы, от того, как морской лед образуется и тает в арктических водах, до обмена газов и влаги между поверхностью суши и воздухом над ней.

На рисунке ниже показано, как все больше и больше климатических процессов было включено в глобальные модели на протяжении десятилетий, с середины 1970-х годов до четвертого оценочного отчета («AR4») Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), опубликованного в 2007.

Иллюстрация процессов, добавленных к глобальным климатическим моделям на протяжении десятилетий, с середины 1970-х годов, через первые четыре оценочных отчета МГЭИК: первый («FAR») опубликован в 1990 году, второй («SAR») в 1995 году, третий (« TAR ») в 2001 году и четвертый (« AR4 ») в 2007 году.(Обратите внимание, есть еще пятый отчет, который был завершен в 2014 году). Источник: ДО4 МГЭИК, рис. 1.2

Итак, как модель вычисляет все эти уравнения?

Из-за сложности климатической системы и ограничений вычислительной мощности модель не может рассчитать все эти процессы для каждого кубического метра климатической системы. Вместо этого климатическая модель делит Землю на ряд ячеек или «ячеек сетки». Глобальная модель может иметь десятки слоев по высоте и глубине атмосферы и океанов.

На изображении ниже показано, как это выглядит в трехмерном виде. Затем модель рассчитывает состояние климатической системы в каждой ячейке с учетом температуры, атмосферного давления, влажности и скорости ветра.

Иллюстрация ячеек сетки, используемых в моделях климата, и климатических процессов, которые модель будет рассчитывать для каждой ячейки (нижний угол). Источник: NOAA GFDL

Для процессов, которые происходят в масштабах, меньших, чем ячейка сетки, таких как конвекция, модель использует «параметризации», чтобы заполнить эти пробелы.По сути, это приближения, упрощающие каждый процесс и позволяющие включить их в модель. (Параметризация рассматривается в вопросе настройки модели ниже.)

Размер ячеек сетки в модели известен как «пространственное разрешение». Относительно грубая модель глобального климата обычно имеет ячейки сетки, которые составляют около 100 км по долготе и широте в средних широтах. Поскольку Земля является сферой, ячейки для сетки, основанной на долготе и широте, больше на экваторе и меньше на полюсах.Однако ученые все чаще используют альтернативные методы построения координатной сетки, такие как кубическая сфера и икосаэдр, которые не имеют этой проблемы.

Модель с высоким разрешением будет иметь больше коробок меньшего размера. Чем выше разрешение, тем более конкретную климатическую информацию модель может предоставить для конкретного региона, но это требует больше времени для выполнения, поскольку модель требует больше вычислений.

На рисунке ниже показано, как улучшилось пространственное разрешение моделей между первым и четвертым оценочными отчетами МГЭИК.Вы можете увидеть, как детали в топографии поверхности суши проявляются при улучшении разрешения.

Повышение пространственного разрешения климатических моделей, используемых в первых четырех оценочных отчетах МГЭИК: первый («FAR») опубликован в 1990 г., второй («SAR») в 1995 г., третий («TAR») в 2001 г. и четвертый («AR4») в 2007 году. (Обратите внимание, есть также пятый отчет, который был завершен в 2014 году). Источник: ДО4 МГЭИК, рис. 1.2

В общем, увеличение пространственного разрешения модели в два раза потребует примерно в 10 раз большей вычислительной мощности для работы за то же время.

Шаг по времени

Аналогичный компромисс должен быть сделан в отношении «временного шага», заключающегося в том, как часто модель рассчитывает состояние климатической системы. В реальном мире время непрерывно, но модель должна разбивать время на небольшие куски, чтобы сделать вычисления управляемыми.

Каждая модель климата делает это тем или иным образом, но наиболее распространенным подходом является «метод скачка», — объясняет профессор Пол Уильямс, профессор атмосферных наук в Университете Рединга, в главе книги, посвященной именно этой теме:

«Роль чехарда в моделях состоит в том, чтобы продвигать погоду вперед во времени, позволяя делать прогнозы о будущем.Точно так же, как ребенок на игровой площадке перепрыгивает через другого ребенка, чтобы попасть сзади вперед, модель перепрыгивает через настоящее, чтобы перейти из прошлого в будущее ».

Другими словами, модель берет климатическую информацию, полученную от предыдущего и настоящего временных шагов, для экстраполяции вперед к следующему, и так далее во времени.

Как и в случае с размером ячеек сетки, меньший временной шаг означает, что модель может производить более подробную климатическую информацию. Но это также означает, что модели нужно выполнять больше вычислений при каждом запуске.

Например, для расчета состояния климатической системы для каждой минуты целого столетия потребуется более 50 миллионов вычислений для каждой ячейки сетки, тогда как только расчет для каждого дня потребует 36 500. Это довольно большой диапазон — так как же ученые решают, какой временной шаг использовать?

Ответ сводится к поиску баланса, говорит Уильямс Carbon Brief:

.

«С математической точки зрения, правильным подходом было бы продолжать уменьшать временной шаг до тех пор, пока симуляции не сойдутся и результаты не перестанут меняться.Однако обычно нам не хватает вычислительных ресурсов для запуска моделей с таким маленьким временным шагом. Поэтому мы вынуждены допускать больший временной шаг, чем нам хотелось бы в идеале ».

Для атмосферного компонента климатических моделей временной шаг около 30 минут «кажется разумным компромиссом» между точностью и временем компьютерной обработки, говорит Уильямс:

«Меньшего размера и повышенной точности будет недостаточно, чтобы оправдать дополнительную вычислительную нагрузку.Если увеличить размер, модель будет работать очень быстро, но качество моделирования будет низким ».

Объединив все эти части вместе, климатическая модель может дать представление всей климатической системы с 30-минутными интервалами на протяжении многих десятилетий или даже столетий.

Как описывает доктор Гэвин Шмидт, директор Института космических исследований имени Годдарда НАСА в своем выступлении на TED в 2014 году, взаимодействие мелкомасштабных процессов в модели означает, что она создает имитацию нашего климата — все, начиная от испарения влаги из поверхность Земли и образование облаков, куда их уносит ветер и где в конце концов выпадает дождь.

Шмидт в своем выступлении называет эти «эмерджентные свойства» — особенности климата, которые специально не кодируются в модели, но моделируются моделью в результате всех отдельных встроенных процессов.

Сродни тренеру футбольной команды. Он или она выбирает команду, выбирает расстановку и определяет тактику, но как только команда выходит на поле, менеджер не может диктовать, когда и когда команда забьет или пропустит гол. В модели климата ученые устанавливают основные правила, основанные на физике земной системы, но именно сама модель создает штормы, засухи и морской лед.

Итак, подведем итоги: ученые поместили фундаментальные физические уравнения климата Земли в компьютерную модель, которая затем может воспроизвести — среди прочего — циркуляцию океанов, годовой цикл времен года и потоки углерода. между земной поверхностью и атмосферой.

Вы можете полностью просмотреть выступление Шмидта ниже.

Хотя вышесказанное в общих чертах объясняет, что такое климатическая модель, существует много разных типов.Прочтите вопрос ниже, чтобы изучить их более подробно.

^{К началу}

Какие бывают типы климатических моделей?

Самыми ранними и базовыми численными моделями климата являются модели энергетического баланса (EBM). EBM не моделируют климат, а вместо этого рассматривают баланс между энергией, поступающей в атмосферу Земли от солнца, и теплом, возвращаемым в космос. Единственная климатическая переменная, которую они вычисляют, — это температура поверхности.Для простейших EBM требуется всего несколько строк кода, и их можно запускать в электронной таблице.

Многие из этих моделей являются «нуль-мерными», что означает, что они рассматривают Землю как единое целое; по сути, как единое целое. Другие являются одномерными, например, те, которые также учитывают перенос энергии через разные широты поверхности Земли (преимущественно от экватора к полюсам).

Следующим шагом от EBM являются радиационно-конвективные модели, которые имитируют передачу энергии через высоту атмосферы — например, за счет конвекции при подъеме теплого воздуха.Радиационно-конвективные модели могут рассчитывать температуру и влажность различных слоев атмосферы. Эти модели, как правило, одномерные (учитывают только перенос энергии через атмосферу), но они также могут быть двухмерными.

Следующий уровень — это модели общей циркуляции (GCM), также называемые глобальными климатическими моделями, которые имитируют физику самого климата. Это означает, что они улавливают потоки воздуха и воды в атмосфере и / или океанах, а также передачу тепла.

Ранние ГКМ моделировали только один аспект системы Земли — например, в моделях «только для атмосферы» или «только для океана» — но они делали это в трех измерениях, включая многие километры высоты в атмосфере или глубины океанов в десятки слоев модели.

Более сложные «связанные» модели объединили эти различные аспекты, связав вместе несколько моделей, чтобы обеспечить полное представление климатической системы. Совместные модели общей циркуляции атмосферы и океана (или «МОЦАО») могут моделировать, например, обмен теплом и пресной водой между сушей и поверхностью океана и воздухом над ними.

Инфографика ниже показывает, как разработчики моделей постепенно включали отдельные компоненты модели в глобальные связанные модели за последние десятилетия.

Графика Розамунд Пирс; основан на работе доктора Гэвина Шмидта.

Со временем ученые постепенно добавляли к GCM и другие аспекты системы Земли. Когда-то они были бы смоделированы в автономных моделях, таких как гидрология суши, морской лед и наземный лед.

Самая последняя подгруппа GCM теперь включает биогеохимические циклы — перенос химических веществ между живыми существами и окружающей их средой — и то, как они взаимодействуют с климатической системой.Эти «модели системы Земли» (ESM) могут моделировать углеродный цикл, азотный цикл, химию атмосферы, экологию океана и изменения в растительности и землепользовании, которые все влияют на то, как климат реагирует на антропогенные выбросы парниковых газов. У них есть растительность, которая реагирует на температуру и осадки и, в свою очередь, изменяет поглощение и выброс углерода и других парниковых газов в атмосферу.

Проф Пит Смит, профессор почв и глобальных изменений в Университете Абердина, описывает ESM как «сутенерские» версии GCM:

«GCM были моделями, которые использовались, возможно, в 1980-х годах.Итак, они были в значительной степени собраны физиками атмосферы, так что все связано с энергией, массой и сохранением воды, и это вся физика их перемещения. Но у них было относительно ограниченное представление о том, как атмосфера затем взаимодействует с океаном и поверхностью суши. В то время как ESM пытается учесть эти взаимодействия с сушей и с океаном, поэтому вы можете рассматривать ESM как «надутую» версию GCM ».

Существуют также региональные климатические модели («RCM»), которые выполняют ту же работу, что и GCM, но для ограниченного участка Земли.Поскольку они покрывают меньшую площадь, RCM обычно можно запускать быстрее и с более высоким разрешением, чем GCM. Модель с высоким разрешением имеет меньшие ячейки сетки и, следовательно, может давать более подробную информацию о климате для конкретной области.

RCM

— это один из способов «уменьшить масштаб» глобальной климатической информации до местного масштаба. Это означает использование информации, полученной с помощью GCM или крупномасштабных наблюдений, и ее применение к определенной области или региону. Более подробно уменьшение масштаба рассматривается в следующем вопросе.

Глоссарий

Интегрированные модели оценки: IAM — это компьютерные модели, которые анализируют широкий спектр данных, например физический, экономический и социальный — для получения информации, которую можно использовать для принятия решений. В частности, для исследований климата IAM обычно используются для прогнозирования будущих выбросов парниковых газов и воздействия на климат, а также выгод и затрат на варианты политики, которые могут быть реализованы для их решения.

Интегрированные модели оценки: IAM — это компьютерные модели, которые анализируют широкий спектр данных — e.грамм. физический, экономический и социальный — для получения информации, которую можно использовать для принятия решений. В частности, для исследования климата… Подробнее

Наконец, часть моделирования климата включает модели комплексной оценки (IAM). Они добавляют аспекты общества к простой модели климата, моделируя, как население, экономический рост и использование энергии влияют на физический климат и взаимодействуют с ним.

IAM создают сценарии того, как выбросы парниковых газов могут измениться в будущем. Затем ученые могут запускать эти сценарии с помощью ESM для составления прогнозов изменения климата, предоставляя информацию, которую можно использовать для информирования о климатической и энергетической политике во всем мире.

В исследованиях климата IAM обычно используются для прогнозирования будущих выбросов парниковых газов, а также выгод и затрат на варианты политики, которые могут быть реализованы для их решения. Например, они используются для оценки социальной стоимости углерода — денежной оценки воздействия, как положительного, так и отрицательного, каждой дополнительной тонны выбрасываемого СО2.

Какие входы и выходы для климатической модели?

Если в предыдущем разделе рассматривалось то, что находится внутри климатической модели, то в этом основное внимание уделяется тому, что ученые вкладывают в модель и получают другую сторону.

Модели климата запускаются с использованием данных о факторах, влияющих на климат, и прогнозов о том, как они могут измениться в будущем. Результаты климатической модели могут достигать петабайт данных, включая показания каждые несколько часов для тысяч переменных в пространстве и времени, от температуры до облаков и солености океана.

Входы

Основными входными данными в модели являются внешние факторы, которые изменяют количество солнечной энергии, поглощаемой Землей, или количество поглощаемой атмосферой.

Извержение холмов Суфриер, остров Монтсеррат, Карибские острова, 1/2/2010. Предоставлено: Stocktrek Images, Inc./Alamy Stock Photo.

Эти внешние факторы называются «принуждениями». К ним относятся изменения в солнечной энергии, долгоживущие парниковые газы, такие как CO2, метан (Ch5), оксиды азота (N2O) и галоидоуглероды, а также крошечные частицы, называемые аэрозолями, которые выделяются при сжигании ископаемого топлива и от лесных пожаров. и извержения вулканов. Аэрозоли отражают падающий солнечный свет и влияют на формирование облаков.

Как правило, все эти индивидуальные воздействия проходят через модель либо как наилучшую оценку прошлых условий, либо как часть будущих «сценариев выбросов». Это потенциальные пути концентрации парниковых газов в атмосфере в зависимости от того, как технологии, энергия и землепользование изменятся на протяжении столетий.

Сегодня в большинстве модельных прогнозов используется один или несколько «Репрезентативных путей концентрации» (RCP), которые обеспечивают правдоподобное описание будущего на основе социально-экономических сценариев роста и развития глобального общества.Вы можете узнать больше о различных путях в этой более ранней статье Carbon Brief.

Модели

также используют оценки прошлых воздействий, чтобы изучить, как изменился климат за последние 200, 1000 или даже 20 000 лет. Прошлые воздействия оцениваются с использованием данных об изменениях орбиты Земли, исторических концентрациях парниковых газов, прошлых извержениях вулканов, изменениях в количестве солнечных пятен и других записях далекого прошлого.

Кроме того, существуют «контрольные прогоны» климатической модели, в которых радиационное воздействие остается постоянным в течение сотен или тысяч лет.Это позволяет ученым сравнивать смоделированный климат с изменениями в антропогенных или естественных воздействиях и без них, а также оценивать, насколько велико «невынужденное» естественное изменение.

Выходы

Климатические модели создают почти полную картину климата Земли, включая тысячи различных переменных в часовых, дневных и ежемесячных временных рамках.

Эти выходные данные включают температуру и влажность различных слоев атмосферы от поверхности до верхних слоев стратосферы, а также температуры, соленость и кислотность (pH) океанов от поверхности до морского дна.

Модели также производят оценки снегопадов, осадков, снежного покрова и протяженности ледников, ледяных щитов и морского льда. Они генерируют скорость, силу и направление ветра, а также климатические особенности, такие как струйное течение и океанские течения.

Более необычные выходные данные модели включают облачный покров и высоту, а также более технические переменные, такие как длинноволновое излучение приповерхностного апвеллинга — сколько энергии излучается поверхностью обратно в атмосферу — или сколько морской соли выходит из океана во время испарения и накапливается на суше.

Климатические модели также дают оценку «чувствительности климата». То есть они рассчитывают, насколько чувствительна Земля к увеличению концентрации парниковых газов, принимая во внимание различные обратные связи климата, такие как водяной пар и изменения отражательной способности или «альбедо» поверхности Земли, связанные с потерей льда.

Полный список общих результатов климатических моделей, запускаемых для следующего отчета МГЭИК, доступен в проекте CMIP6 (Проект взаимного сравнения связанных моделей 6 или CMIP6; CMIP более подробно объясняется ниже).

Разработчики моделей

хранят петабайты климатических данных в таких местах, как Национальный центр атмосферных исследований (NCAR), и часто предоставляют данные в виде файлов netCDF, которые легко анализировать исследователям.

^{К началу}

Какие типы экспериментов проводят ученые с моделями климата?

Климатические модели используются учеными для ответа на множество различных вопросов, в том числе почему климат Земли меняется и как он может измениться в будущем, если выбросы парниковых газов продолжатся.

Модели

могут помочь выяснить, что вызывало наблюдаемое потепление в прошлом, а также насколько большую роль играют природные факторы по сравнению с человеческими факторами.

Ученые проводят множество различных экспериментов для моделирования климата прошлого, настоящего и будущего. Они также разрабатывают тесты, чтобы проверить работу определенных частей различных климатических моделей. Разработчики моделей проводят эксперименты, выясняя, что произойдет, если, скажем, мы внезапно увеличим выбросы CO2 в 4 раза или если для охлаждения климата будут использованы подходы геоинженерии.

Многие разные группы проводят одни и те же эксперименты над своими моделями климата, создавая так называемый модельный ансамбль. Эти модельные ансамбли позволяют исследователям изучать различия между климатическими моделями, а также лучше отражать неопределенность в будущих прогнозах. Эксперименты, которые моделисты проводят в рамках проектов взаимного сравнения связанных моделей (CMIP), включают:

Исторические пробеги

Климатические модели создаются за исторический период, примерно с 1850 года до настоящего времени.Они используют наилучшую оценку факторов, влияющих на климат, включая концентрации CO2, Ch5 и N2O, изменения в солнечной энергии, аэрозоли от извержений вулканов, аэрозоли от деятельности человека и изменения в землепользовании.

Эти исторические расчеты не «подходят» к фактическим наблюдаемым температурам или осадкам, а, скорее, вытекают из физики модели. Это означает, что они позволяют ученым сравнивать модельные прогнозы («ретроспективные прогнозы») прошлого климата с зарегистрированными климатическими наблюдениями. Если климатические модели могут успешно ретроспективно прогнозировать прошлые климатические переменные, такие как температура поверхности, это дает ученым больше уверенности в модельных прогнозах будущего

Исторические прогоны также полезны для определения того, насколько большую роль играет человеческая деятельность в изменении климата (так называемая «атрибуция»).Например, на приведенной ниже диаграмме сравниваются два варианта модели с наблюдаемым климатом — только с естественными воздействиями (синяя заливка) и с прогонами моделей как с человеческими, так и с естественными воздействиями (розовая заливка).

Рисунок из Четвертого оценочного доклада IPCC (Hegerl et al 2007).

Прогоны только на естественных условиях включают только естественные факторы, такие как изменения солнечной энергии и извержения вулканов, но они предполагают, что парниковые газы и другие человеческие факторы остаются неизменными на доиндустриальных уровнях. Прогоны, предназначенные только для людей, сохраняют естественные факторы неизменными и включают только последствия деятельности человека, такие как повышение концентрации парниковых газов в атмосфере.

Сравнивая эти два сценария (и комбинированный прогон «всех факторов»), ученые могут оценить относительный вклад в наблюдаемые изменения климата антропогенных и природных факторов. Это помогает им выяснить, какая доля современных климатических изменений связана с деятельностью человека.

Сценарии будущего потепления

Пятый оценочный отчет МГЭИК сосредоточен на четырех сценариях будущего потепления, известных как сценарии репрезентативной траектории концентрации (RCP). Они смотрят на то, как климат может измениться с настоящего времени до 2100 года и далее.

Многие факторы, определяющие выбросы в будущем, такие как население и экономический рост, трудно предсказать. Таким образом, эти сценарии охватывают широкий спектр вариантов будущего: от обычного мира, в котором мало или вообще не предпринимаются меры по смягчению последствий (RCP6.0 и RCP8.5), до мира, в котором агрессивные меры по смягчению воздействий обычно ограничивают потепление не более чем 2C (RCP2.6). Вы можете узнать больше о различных RCP здесь.

Эти сценарии RCP определяют различные величины радиационных воздействий.Модели используют эти силы, чтобы исследовать, как система Земли будет меняться в зависимости от каждого из путей. Предстоящие учения CMIP6, связанные с шестым оценочным отчетом МГЭИК, добавят четыре новых сценария RCP, чтобы заполнить пробелы вокруг четырех уже используемых, включая сценарий, который соответствует температурному пределу 1,5 ° C.

Контрольные прогоны

Контрольные прогоны полезны для изучения того, как естественная изменчивость выражается в моделях при отсутствии других изменений.Они также используются для диагностики «дрейфа модели», когда в модели происходят ложные долгосрочные изменения, не связанные ни с естественной изменчивостью, ни с изменениями внешнего воздействия.

Если модель «дрейфует», в ней будут происходить изменения, выходящие за рамки обычной естественной изменчивости от года к году и от десятилетия к десятилетию, даже если факторы, влияющие на климат, такие как концентрации парниковых газов, остаются неизменными.

Управляющие прогоны модели запускают модель в период до того, как современная промышленная деятельность резко увеличила выбросы парниковых газов.Затем они позволяют модели работать в течение сотен или тысяч лет без изменения парниковых газов, солнечной активности или любых других внешних факторов, влияющих на климат. Это отличается от естественного пробега, поскольку человеческие и природные факторы не меняются.

Выполнение проекта взаимного сравнения моделей атмосферы (AMIP):

Климатические модели включают атмосферу, сушу и океан. AMIP эффективно «выключает» все, кроме атмосферы, используя фиксированные значения для суши и океана, основанные на наблюдениях.Например, прогоны AMIP используют наблюдаемые температуры поверхности моря в качестве входных данных для модели, позволяя реагировать на температуру поверхности суши и температуру различных слоев атмосферы.

Обычно климатические модели имеют собственную внутреннюю изменчивость — краткосрочные климатические циклы в океанах, такие как явления Эль-Ниньо и Ла-Нинья, — которые происходят в разное время, чем то, что происходит в реальном мире. Прогоны AMIP позволяют разработчикам моделей сопоставлять температуру океана с наблюдениями, так что внутренняя изменчивость в моделях происходит одновременно с наблюдениями, а изменения во времени в обоих случаях легче сравнивать.

Резкие 4-кратные выбросы CO2

Проекты сравнения климатических моделей, такие как CMIP5, обычно требуют, чтобы все модели выполняли набор «диагностических» сценариев для проверки производительности по различным критериям.

Один из этих тестов — «резкое» увеличение выбросов CO2 от доиндустриальных уровней до четырехкратного повышения — с 280 частей на миллион (ppm) до 1120ppm — при сохранении всех других факторов, влияющих на климатическую константу. (Для контекста, текущая концентрация CO2 составляет около 400 частей на миллион.) Это позволяет ученым увидеть, насколько быстро температура Земли реагирует на изменения содержания CO2 в их модели по сравнению с другими.

• Одна из 42 панелей, выставленных на всей станции метро Gare du Nord в Париже, в честь Сюкуро Манабе и его вклада в науку о климате в ознаменование конференции ООН по изменению климата COP21 в 2015 году. Уравнения были использованы Манабе в его основополагающей климатической модели в конец 1960-х гг. Предоставлено: NOAA / Рори О’Коннор.

• Одна из 42 панелей, выставленных на всей станции метро Gare du Nord в Париже, в честь Сюкуро Манабе и его вклада в науку о климате в ознаменование конференции ООН по изменению климата COP21 в 2015 году.Уравнения были использованы Манабе в его основополагающей климатической модели в конце 1960-х годов. Предоставлено: Розамунд Пирс / Carbon Brief.

• Одна из 42 панелей, выставленных на всей станции метро Gare du Nord в Париже, в честь Сюкуро Манабе и его вклада в науку о климате в ознаменование конференции ООН по изменению климата COP21 в 2015 году. Уравнения были использованы Манабе в его основополагающей климатической модели в конец 1960-х гг. Предоставлено: NOAA / Рори О’Коннор.

1% CO2 работает

Другой диагностический тест увеличивает выбросы CO2 по сравнению с доиндустриальными уровнями на 1% в год, пока CO2 в конечном итоге не увеличится в четыре раза и не достигнет 1120 ppm.В этих сценариях также остаются неизменными все другие факторы, влияющие на климат.

Это позволяет разработчикам моделей отделить эффекты постепенного увеличения CO2 от всего остального, что происходит в более сложных сценариях, таких как изменения в аэрозолях и других парниковых газах, таких как метан.

Палеоклиматические трассы

Здесь модели запускаются для климата прошлого (палеоклимат). Модели были запущены для нескольких различных периодов: последние 1000 лет; голоцен, охватывающий последние 12 000 лет; последний ледниковый максимум 21 000 лет назад, во время последнего ледникового периода; последнее межледниковье около 127 000 лет назад; теплый период среднего плиоцена 3.2 млн лет назад; и необычный период быстрого потепления, названный палеоцен-эоценовым термальным максимумом около 55 миллионов лет назад.

В этих моделях используются наилучшие имеющиеся оценки факторов, влияющих на прошлый климат Земли, включая солнечную энергию и вулканическую активность, а также долгосрочные изменения орбиты Земли и расположения континентов.

Эти прогоны палеоклиматических моделей могут помочь исследователям понять, насколько большие прошлые колебания климата Земли происходили, например, во время ледниковых периодов, и как уровень моря и другие факторы менялись в периоды потепления и похолодания.Эти прошлые изменения указывают на будущее, если потепление продолжится.

Специализированные испытания моделей

В рамках CMIP6 исследовательские группы по всему миру проводят множество различных экспериментов. К ним относятся изучение поведения аэрозолей в моделях, формирование облаков и обратные связи, реакция ледяного покрова на потепление, сезонные изменения, повышение уровня моря, изменения в землепользовании, океаны и воздействие вулканов.

Ученые также планируют проект по взаимному сравнению геоинженерных моделей.Здесь будет рассмотрено, как модели реагируют на закачку сульфидных газов в стратосферу для охлаждения климата, среди других возможных вмешательств.

^{К началу}

Кто занимается моделированием климата во всем мире?

В мире существует более двух десятков научных институтов, разрабатывающих модели климата, причем каждый центр часто строит и уточняет несколько различных моделей одновременно.

Модели, которые они производят, как правило, хотя и довольно банально, носят имена самих центров.Поэтому, например, Центр Хэдли метеорологического бюро разработал семейство моделей «HadGEM3». Тем временем лаборатория геофизической гидродинамики NOAA разработала модель системы Земли «GFDL ESM2M».

Тем не менее, модели становятся все более совместными усилиями, что часто отражается в их названиях. Например, Центр Хэдли и более широкое сообщество Совета по исследованиям окружающей среды (NERC) в Великобритании совместно разработали модель системы Земли UKESM1. В ее основе лежит модель HadGEM3 Метеорологического бюро Hadley Centre.

Другой пример — Модель системы Земли сообщества (CESM), созданная Национальным центром атмосферных исследований (NCAR) в США в начале 1980-х годов. Как следует из названия, модель является продуктом сотрудничества тысяч ученых (и ее можно бесплатно загрузить и запустить).

Тот факт, что существует множество центров моделирования по всему миру, проходящих аналогичные процессы, является «действительно важным направлением климатических исследований», — говорит д-р Крис Джонс, который возглавляет исследования Центра Хэдли Метеорологического бюро по моделированию растительности и углеродного цикла и их взаимодействию с климат.Он сообщает Carbon Brief:

.

«Существует порядка 10 или 15 крупных центров глобального моделирования климата, которые производят моделирование и результаты. И, сравнивая то, что говорят разные модели и различные наборы исследований, вы можете судить, в каких вещах можно доверять, где они согласны, а где у нас меньше уверенности, где есть разногласия. Это направляет процесс разработки модели ».

«Если бы была только одна модель или один центр моделирования, было бы гораздо меньше представления о ее сильных и слабых сторонах», — говорит Джонс.И хотя разные модели связаны между собой — между группами ведется много совместных исследований и дискуссий — они обычно не доходят до использования одних и тех же строк кода. Он объясняет:

«Когда мы разрабатываем новую схему [моделирования], мы опубликуем уравнения этой схемы в научной литературе, чтобы она прошла рецензирование. Это общедоступно, и другие центры могут сравнить это с тем, что они используют ».

Ниже Carbon Brief нанесла на карту центры моделирования климата, которые внесли свой вклад в пятый проект по взаимному сравнению связанных моделей (CMIP5), который вошел в пятый оценочный отчет МГЭИК.Наведите указатель мыши на отдельные центры на карте, чтобы узнать о них больше.

Большинство модельных центров находится в Северной Америке и Европе. Однако стоит отметить, что список CMIP5 не является исчерпывающим перечнем центров моделирования, особенно потому, что он ориентирован на учреждения с глобальными климатическими моделями. Это означает, что в список не включены центры, занимающиеся региональным моделированием климата или прогнозированием погоды, — говорит Джонс:

«Например, мы много сотрудничаем с Бразилией, которая концентрирует свои GCM на погодных и сезонных прогнозах.В прошлом они даже использовали версию HadGEM2 для отправки данных в CMIP5. Для CMIP6 они надеются использовать модель системы Земли Бразилии («BESM») ».

Степень открытости компьютерного кода каждого центра моделирования в разных учреждениях различается. Многие модели доступны по лицензии научному сообществу бесплатно. Обычно для этого требуется подписание лицензии, определяющей условия использования и распространения кода.

Например, ECHAM6 GCM, разработанный Институтом метеорологии Макса Планка в Германии, доступен в соответствии с лицензионным соглашением (pdf), в котором оговаривается, что использование его программного обеспечения «разрешено только для законных научных целей в исследованиях и образовании», а «не в коммерческих целях ».

Институт указывает, что основная цель лицензионного соглашения — сообщить ему, кто использует модели, и установить способ связи с пользователями. Там написано:

«[T] разработанное программное обеспечение MPI-M должно оставаться управляемым и документированным. Это дух следующего лицензионного соглашения … Также важно предоставлять обратную связь разработчикам моделей, сообщать об ошибках и предлагать улучшения кода ».

Другие примеры моделей, доступных по лицензии, включают: модели NCAR CESM (как упоминалось ранее), GCM ModelE Института космических исследований имени Годдарда NASA и различные модели Центра моделирования климата Института Пьера Симона Лапласа (IPSL) во Франции.

^{К началу}

Что такое CMIP?

При таком большом количестве организаций, разрабатывающих и использующих климатические модели, существует риск того, что каждая группа будет подходить к моделированию по-своему, что снижает сопоставимость их результатов.

Именно здесь на помощь приходит Проект взаимного сравнения связанных моделей («CMIP»). CMIP — это основа для экспериментов с климатическими моделями, позволяющая ученым систематически анализировать, проверять и улучшать GCM.

«Связанный» в названии означает, что все климатические модели в проекте связаны с МОГ атмосферы и океана. Доктор Крис Джонс из Метеорологического бюро объясняет значение части названия «взаимное сравнение»:

«Идея взаимного сравнения возникла из того факта, что много лет назад разные группы моделирования имели разные модели, но они также настраивали их немного по-другому и проводили с ними разные численные эксперименты.Когда вы приходите к сравнению результатов, вы никогда не совсем уверены, вызваны ли различия тем, что модели разные, или потому, что они были настроены по-другому ».

Итак, CMIP был разработан, чтобы привести в соответствие все эксперименты с климатическими моделями, которые проводились различными центрами моделирования.

С момента своего создания в 1995 году CMIP пережила несколько поколений, и каждая итерация становится все более сложной в разрабатываемых экспериментах. Новое поколение приходит каждые 5-6 лет.

В первые годы своего существования эксперименты CMIP включали, например, моделирование воздействия ежегодного увеличения концентрации CO2 в атмосфере на 1% (как упоминалось выше). В более поздних итерациях эксперименты включали более подробные сценарии выбросов, такие как Репрезентативные траектории концентрации («RCP»).

Установка моделей одинаковым образом и с использованием одних и тех же входных данных означает, что ученые знают, что различия в прогнозах изменения климата, исходящих из моделей, обусловлены различиями в самих моделях.Это первый шаг в попытке понять, что вызывает эти различия.

Выходные данные, создаваемые каждым центром моделирования, затем загружаются на центральный веб-портал, управляемый Программой диагностики и взаимного сравнения климатических моделей (PCMDI), к которой ученые из многих дисциплин и со всего мира могут получить свободный и открытый доступ.

CMIP находится в ведении Комитета Рабочей группы по совместному моделированию, который является частью Всемирной программы исследований климата (ВПИК), базирующейся во Всемирной метеорологической организации в Женеве.Кроме того, группа CMIP наблюдает за разработкой экспериментов и наборов данных, а также решает любые проблемы.

Число исследователей, публикующих статьи, основанные на данных CMIP, «выросло с нескольких десятков до более тысячи», — заявила профессор Вероника Айринг, председатель комиссии CMIP, в недавнем интервью журналу Nature Climate Change.

По словам Айринга, моделирование модели для CMIP5 завершено, и в настоящее время ведется работа над CMIP6, в которой будет задействовано более 30 центров моделирования по всему миру.

Помимо основного набора экспериментов по моделированию «DECK» (Диагностика, Оценка и Характеристика Климы), CMIP6 также будет иметь набор дополнительных экспериментов для ответа на конкретные научные вопросы. Они делятся на отдельные проекты взаимного сравнения моделей, или «MIP». По словам Айринга, на данный момент одобрен 21 MIP:

.

«Предложения были представлены в комиссию CMIP и получили одобрение, если они соответствовали 10 критериям, установленным сообществом, в целом: продвижение вперед по пробелам, выявленным на предыдущих этапах CMIP, участие в основных задачах ВПИК и наличие как минимум восьми модельных групп, желающих участвовать .”

Вы можете увидеть 21 MIP и общий план эксперимента CMIP6 на схеме ниже.

Схема экспериментального проекта CMIP / CMIP6 и 21 MIP, одобренного CMIP6. Воспроизведено с разрешения Simpkins (2017).

Существует специальный выпуск журнала «Разработка геонаучных моделей по CMIP6», в котором опубликовано 28 статей, посвященных проекту в целом и конкретным MIP.

Результаты прогонов модели CMIP6 лягут в основу большей части исследований, которые будут включены в шестой оценочный отчет МГЭИК.Однако стоит отметить, что CMIP полностью независим от IPCC.

^{К началу}

Как ученые проверяют климатические модели? Как они их проверяют?

Ученые тестируют или «подтверждают» свои модели, сравнивая их с реальными наблюдениями. Это может включать, например, сравнение прогнозов модели с фактическими глобальными температурами поверхности за последнее столетие.

Климатические модели можно тестировать на основе прошлых изменений климата Земли.Эти сравнения с прошлым, как упоминалось выше, называются «ретроспективными прогнозами».

Ученые не «рассказывают» своим моделям, как климат менялся в прошлом — например, они не используют исторические показания температуры. Вместо этого они вводят информацию о прошлых климатических воздействиях, а модели создают «ретроспективный прогноз» исторических условий. Это может быть полезным способом проверки моделей.

Ретроспективные прогнозы климатической модели различных климатических факторов, включая температуру (на поверхности, в океанах и атмосфере), дождь и снег, образование ураганов, протяженность морского льда и многие другие климатические переменные, были использованы, чтобы показать, что модели могут точно моделировать климат Земли. .

Имеются ретроспективные прогнозы исторического рекорда температуры (с 1850 г. по настоящее время) за последние 2000 лет с использованием различных климатических прокси и даже за последние 20 000 лет.

Конкретные события, которые имеют большое влияние на климат, такие как извержения вулканов, также могут использоваться для проверки работоспособности модели. Климат относительно быстро реагирует на извержения вулканов, поэтому разработчики моделей могут увидеть, точно ли модели отражают то, что происходит после сильных извержений, после ожидания всего несколько лет.Исследования показывают, что модели точно прогнозируют изменения температуры и содержания водяного пара в атмосфере после крупных извержений вулканов.

Модели климата также сравниваются со средним состоянием климата, известным как «климатология». Например, исследователи проверяют, схожа ли средняя температура Земли зимой и летом в моделях и реальности. Они также сравнивают протяженность морского льда между моделями и наблюдениями и могут использовать модели, которые лучше представляют текущее количество морского льда, пытаясь спрогнозировать будущие изменения.

Эксперименты, в которых запускается множество различных моделей с одинаковыми концентрациями парниковых газов и другими «воздействиями», как в проектах взаимного сравнения моделей, дают возможность взглянуть на сходства и различия между моделями.

Для многих частей климатической системы среднее значение для всех моделей может быть более точным, чем для большинства отдельных моделей. Исследователи обнаружили, что прогнозы могут демонстрировать более высокую квалификацию, более высокую надежность и согласованность при объединении нескольких независимых моделей.

Один из способов проверить надежность моделей — сравнить прогнозируемые будущие изменения с тем, как обстоят дела в реальном мире. Однако это может быть сложно сделать с помощью долгосрочных прогнозов, потому что потребуется много времени, чтобы оценить, насколько хорошо работают текущие модели.

Недавно Carbon Brief обнаружила, что модели, созданные учеными с 1970-х годов, в целом хорошо справляются с прогнозированием будущего потепления. На видео ниже показан пример модельных ретроспективных прогнозов и прогнозов в сравнении с фактическими температурами поверхности.

^{К началу}

Каким образом модели климата «параметризуются» и настраиваются?

Как упоминалось выше, ученые не имеют в своем распоряжении безграничных вычислительных мощностей, и поэтому в моделях необходимо разделить Землю на ячейки сетки, чтобы сделать вычисления более управляемыми.

Это означает, что на каждом этапе модели во времени вычисляется средний климат каждой ячейки сетки. Однако существует множество процессов в климатической системе и на поверхности Земли, которые происходят в масштабах в пределах одной ячейки.

Например, высота поверхности земли будет усреднена по всей ячейке сетки модели, что означает, что она потенциально не учитывает детали любых физических объектов, таких как горы и долины. Точно так же облака могут образовываться и рассеиваться в масштабах, намного меньших, чем ячейка сетки.

Для решения этой проблемы эти переменные «параметризованы», то есть их значения определяются в компьютерном коде, а не рассчитываются самой моделью.

На приведенном ниже рисунке показаны некоторые процессы, которые обычно параметризуются в моделях.

Параметризация также может использоваться в качестве упрощения, когда климатический процесс не совсем понятен. Параметризация — один из основных источников неопределенности в климатических моделях.

Список из 20 климатических процессов и свойств, которые обычно необходимо параметризовать в глобальных климатических моделях. Изображение любезно предоставлено MetEd, программой COMET, UCAR.

Во многих случаях невозможно сузить параметризованные переменные до одного значения, поэтому модель должна включать оценку.Ученые проводят тесты с моделью, чтобы найти значение или диапазон значений, которые позволяют модели наилучшим образом представить климат.

Этот сложный процесс известен как «настройка» или «калибровка» модели. Хотя это необходимая часть моделирования климата, это не специфический для него процесс. В 1922 году, например, в документе Королевского общества по теоретической статистике «оценка параметров» была определена как один из трех этапов моделирования.

Доктор Джеймс Скрин, доцент кафедры климатологии Университета Эксетера, описывает, как ученые могут настроить свою модель на альбедо (отражательную способность) морского льда.Он сообщает Carbon Brief:

.

«Во многих моделях морского льда альбедо морского льда является параметром, которому присвоено определенное значение. Мы не знаем «правильного» значения альбедо льда. Существует некоторый диапазон неопределенности, связанный с наблюдениями за альбедо. Таким образом, при разработке своих моделей центры моделирования могут экспериментировать с немного разными, но правдоподобными значениями параметров, пытаясь смоделировать некоторые основные характеристики морского льда как можно ближе к нашим лучшим оценкам по наблюдениям.Например, они могут захотеть убедиться, что сезонный цикл выглядит правильным или имеется примерно необходимое количество льда в среднем. Это тюнинг ».

Если бы все параметры были определены на 100%, то в калибровке не было бы необходимости, отмечает экран. Но знания ученых о климате несовершенны, потому что доказательства, которые они получают в результате наблюдений, неполны. Следовательно, им необходимо проверить значения своих параметров, чтобы получить разумные выходные данные модели для ключевых переменных.

Глоссарий

Альбедо: Альбедо — это показатель того, какая часть солнечной энергии отражается от поверхности.Оно образовано от латинского слова albus, что означает белый. Альбедо измеряется в процентах или долях солнечной энергии, которая отражается. Снег и лед, как правило, имеют более высокое альбедо, чем, например, почва, леса и открытая вода.

Альбедо: Альбедо — это мера того, какая часть солнечной энергии отражается от поверхности. Оно образовано от латинского слова albus, что означает белый. Альбедо измеряется в процентах… Подробнее

Поскольку большинство глобальных моделей будут содержать схемы параметризации, практически все центры моделирования выполняют те или иные настройки модели.Обзор, проведенный в 2014 году (pdf), показал, что в большинстве случаев разработчики моделей настраивают свои модели для обеспечения точности долгосрочного среднего состояния климата, включая такие факторы, как абсолютные температуры, концентрация морского льда, альбедо поверхности и протяженность морского льда. .

Наиболее часто настраиваемый фактор — в 70% случаев — это радиационный баланс в верхней части атмосферы. Этот процесс включал настройку параметров, в частности, облаков — микрофизики, конвекции и облачности, а также снега, альбедо морского льда и растительности.

Эта настройка не предполагает простой «подгонки» исторических наблюдений. Скорее, если разумный выбор параметров приводит к результатам модели, которые резко отличаются от наблюдаемой климатологии, разработчики моделей могут решить использовать другой. Точно так же, если обновления модели приводят к большому расхождению с наблюдениями, разработчики моделей могут искать ошибки или другие факторы, объясняющие разницу.

Как сообщил директор Института космических исследований имени Годдарда НАСА доктор Гэвин Шмидт Carbon Brief:

«Глобальные средние тенденции отслеживаются на предмет здравомыслия, но (как правило) не учитываются точно.В сообществе по этому поводу ведется много дискуссий, но все понимают, что это нужно сделать более прозрачным ».

Что такое коррекция смещения?

Хотя климатические модели хорошо моделируют климат Земли в целом, включая знакомые климатические особенности, такие как штормы, муссонные дожди, реактивные течения, пассаты и циклы Эль-Ниньо, они не идеальны. Это особенно верно в региональном и местном масштабах, где моделирование может иметь существенные отклонения от наблюдаемого климата, известные как «систематические ошибки».

Эти отклонения возникают из-за того, что модели представляют собой упрощение климатической системы, а крупномасштабные ячейки сетки, которые используют глобальные модели, могут упускать детали местного климата.

В этих случаях ученые применяют методы «коррекции смещения» к модельным данным, объясняет д-р Дуглас Мараун, руководитель исследовательской группы по моделированию и анализу регионального климата в Университете Граца и соавтор книги «Статистическое масштабирование и смещение. Поправка на исследования климата ». Он сообщает Carbon Brief:

.

«Представьте, что вы инженер-гидротехник и должны защищать долину от внезапных наводнений из близлежащего горного ручья.Предполагается, что защита продлится в течение следующих десятилетий, поэтому вы должны учитывать будущие изменения количества осадков в вашем бассейне реки. Климатические модели, даже если они определяют соответствующие погодные системы, могут быть искажены по сравнению с реальным миром ».

Для инженера по водоснабжению, который использует выходные данные климатической модели в качестве входных данных для модели риска наводнений в долине, такие смещения могут иметь решающее значение, говорит Мараун:

«Предположим, что в действительности у вас низкие температуры, идет снег и поверхностный сток в результате сильных дождей очень низкий.Но модель имитирует положительные температуры, дожди и ливневые паводки ».

Другими словами, если взять результаты крупномасштабной климатической модели как есть и пропустить их через модель наводнения, это может создать неверное представление о риске наводнения в этой конкретной долине.

Для решения этой проблемы — и создания климатических прогнозов, которые инженер-гидротехник может использовать при проектировании защиты от наводнений, — ученый применяет «коррекцию смещения» к выходным данным климатической модели.

Профессор Эд Хокинс, профессор климатологии в Университете Рединга, объясняет Carbon Brief:

«Коррекция смещения — иногда называемая« калибровкой »- это процесс учета смещений в имитационных моделях климата для получения прогнозов, которые более согласуются с имеющимися наблюдениями.”

По сути, ученые сравнивают долгосрочную статистику в выходных данных модели с наблюдаемыми климатическими данными. Затем, используя статистические методы, они исправляют любые ошибки в выходных данных модели, чтобы убедиться, что они соответствуют текущим знаниям о климатической системе.

Коррекция смещения часто основана на усредненной климатической информации, отмечает Мараун, хотя более сложные подходы корректируют и крайние значения.

Этап коррекции смещения в процессе моделирования особенно полезен, когда ученые рассматривают аспекты климата, для которых важны пороговые значения, — говорит Хокинс.

В качестве примера можно привести исследование 2016 года, в соавторстве с Хокинсом, о том, как морские пути могут открываться через арктический морской лед из-за изменения климата. Он объясняет:

«Жизнеспособность арктического судоходства в будущем зависит от прогнозируемой толщины морского льда, поскольку различные типы судов не могут путешествовать, если лед достигает критической толщины в любой точке маршрута. Если климатическая модель имитирует слишком много или слишком мало льда для сегодняшнего дня в конкретном месте, тогда прогнозы жизнеспособности маршрута судна также будут неверными.

«Тем не менее, мы можем использовать наблюдения за толщиной льда, чтобы скорректировать пространственные отклонения в моделируемой толщине морского льда в Арктике и создать прогнозы, которые более согласованы, чем без коррекции смещения».

Другими словами, используя коррекцию смещения для правильного отображения смоделированного морского льда в модели на сегодняшний день, Хокинс и его коллеги могут иметь больше уверенности в своих прогнозах на будущее.

Российский ледокол на Северном полюсе.Предоставлено: Кристофер Мишель через Flickr.

Как правило, коррекция смещения применяется только к выходным данным модели, но в прошлом она также использовалась в прогонах моделей, объясняет Мараун:

«Примерно десять лет назад было довольно обычным делом регулировать потоки между различными компонентами модели — например, океаном и атмосферой — на каждом шаге модели в сторону наблюдаемых полей с помощью так называемых« поправок на поток »».

Недавние успехи в моделировании поправок к среднему потоку больше не нужны.Тем не менее, некоторые исследователи выдвинули предположение, что поправки на поток все еще могут использоваться для устранения оставшихся смещений в моделях, говорит Мараун:

«Например, большинство GCM имитируют слишком холодную Северную Атлантику, проблему, которая имеет косвенное влияние, например, на атмосферную циркуляцию и характер осадков в Европе».

Таким образом, подталкивая модель к тому, чтобы моделирование северной части Атлантического океана продолжалось (на основе данных наблюдений), идея состоит в том, что это может дать, например, более точное моделирование осадков для Европы.

Однако при использовании поправок на поток есть потенциальные подводные камни, добавляет он:

«Обратной стороной таких подходов является то, что в модели присутствует искусственная сила, которая тянет модель к наблюдениям, и такая сила может даже ослабить моделируемое изменение климата».

Другими словами, если модель не производит достаточного количества осадков в Европе, это может быть по причинам, не связанным с Северной Атлантикой, — объясняет Мараун. Например, это может быть связано с тем, что смоделированные следы шторма посылают ливни не в тот регион.

Это подтверждает тот момент, что ученые должны быть осторожны, чтобы не применять коррекцию смещения, не понимая основной причины смещения, заключает Мараун:

«Исследователям климата необходимо приложить гораздо больше усилий, чтобы понять причины систематических ошибок модели, а исследователи, выполняющие коррекцию систематических ошибок, должны включить эту информацию в свои исследования».

В недавней статье о перспективах в Nature Climate Change, Мараун и его соавторы утверждают, что «текущие методы коррекции смещения могут улучшить применимость моделирования климата», но они не могут — и не должны — использоваться для преодоления более значительных ограничений с помощью климатические модели.

^{К началу}

Насколько точны прогнозы температуры климатической моделью?

Одним из наиболее важных результатов климатических моделей является проекция глобальных приземных температур.

Чтобы оценить, насколько хорошо работают их модели, ученые сравнивают наблюдения за климатом Земли с прогнозами будущей температуры моделей и историческими «ретроспективными прогнозами». Затем ученые могут оценить точность прогнозов температуры, посмотрев, как отдельные климатические модели и среднее значение всех моделей сравниваются с наблюдаемым потеплением.

Исторические изменения температуры с конца 1800-х годов обусловлены рядом факторов, включая повышение концентрации парниковых газов в атмосфере, аэрозоли, изменения солнечной активности, извержения вулканов и изменения в землепользовании. Естественная изменчивость также играет роль в более короткие сроки.

Если модели хорошо фиксируют реакцию климата в прошлом, исследователи могут быть более уверены в том, что они будут точно реагировать на изменения тех же факторов в будущем.

В недавнем аналитическом материале

Carbon Brief более подробно исследовано, как климатические модели сравниваются с наблюдениями, и показано, как прогнозы приземной температуры в климатических моделях с 1970-х годов совпадают с реальностью.

Модельные оценки атмосферных температур немного теплее, чем наблюдения, в то время как модели теплосодержания океана достаточно хорошо соответствуют нашим лучшим оценкам наблюдаемых изменений.

Сравнение моделей и наблюдений может быть довольно сложной задачей.Наиболее часто используемые значения из климатических моделей относятся к температуре воздуха чуть выше поверхности. Однако наблюдаемые температурные рекорды представляют собой комбинацию температуры воздуха непосредственно над поверхностью, над сушей и температуры поверхностных вод океана.

Сравнение глобальной температуры воздуха из моделей с комбинацией температур воздуха и температуры поверхности моря в наблюдениях может создать проблемы. Чтобы учесть это, исследователи создали то, что они называют «смешанными полями» из климатических моделей, которые включают температуру поверхности океана в океанах и температуру приземного воздуха над сушей, чтобы соответствовать тому, что фактически измеряется в наблюдениях.

Эти смешанные поля из моделей показывают немного меньшее потепление, чем глобальные температуры приземного воздуха, поскольку в последние годы воздух над океаном нагревается быстрее, чем температура поверхности моря.

На приведенном ниже рисунке

Carbon Brief показано как среднее значение температуры воздуха для всех моделей CMIP5 (пунктирная черная линия), так и среднее значение смешанных полей для всех моделей CMIP5 (сплошная черная линия). Серая область показывает неопределенность результатов модели, известную как 95% доверительный интервал. Отдельные цветные линии представляют различные оценки температуры, полученные в результате наблюдений, от таких групп, как Центр Хэдли Метеорологического бюро, NOAA и NASA.

Среднее значение смешанной модели суши и океана RCP4.5 CMIP5 (черным цветом), модельный диапазон двух сигм (серым цветом) и данные наблюдений о температуре от NASA, NOAA, HadCRUT, Cowtan and Way и Земли Беркли с 1970 по 2020 год. линия показывает исходное (несмешанное) многомодельное среднее CMIP5. Предварительное значение на 2017 год основано на температурных аномалиях до конца августа. Диаграмма от Carbon Brief с использованием Highcharts.

Смешанные поля из моделей в целом довольно хорошо соответствуют потеплению, наблюдаемому в наблюдениях, в то время как температуры воздуха из моделей показывают немного большее потепление, поскольку они включают температуру воздуха над океаном, а не самой поверхности моря.Все наблюдения находятся в пределах 95% доверительного интервала прогонов моделей, что позволяет предположить, что модели хорошо отражают краткосрочную естественную изменчивость, вызванную Эль-Ниньо и другими факторами.

Более длительный период прогнозов модели с 1880 по 2100 год показан на рисунке ниже. Он показывает как долгосрочное потепление с конца 19 века, так и прогнозы потепления в будущем при сценарии относительно быстрого сокращения выбросов (так называемый «RCP4.5») с глобальными температурами, достигающими около 2.На 5C выше доиндустриальных уровней к 2100 году (и примерно на 2C выше базового уровня 1970-2000 годов, показанного на рисунке).

То же, что и предыдущий рисунок, но с 1880 по 2100 год. В прогнозах до 2100 года используется RCP4.5. Обратите внимание, что этот и предыдущий графики используют базовый период 1970–2000 годов. Диаграмма от Carbon Brief с использованием Highcharts.

Проекции климата с середины 1800-х годов довольно хорошо согласуются с наблюдениями. Есть несколько периодов, например, начало 1900-х годов, когда Земля была немного холоднее, чем прогнозировалось моделями, или 1940-е годы, когда наблюдения были немного теплее.

В целом, однако, четкое соответствие между смоделированными и наблюдаемыми температурами повышает уверенность ученых в том, что модели точно отражают как факторы, вызывающие изменение климата, так и уровень краткосрочной естественной изменчивости климата Земли.

За период с 1998 года, когда наблюдения были немного ниже модельных прогнозов, в недавней статье Nature исследуются причины, по которым это произошло.

Исследователи обнаружили, что некоторые различия устраняются за счет использования смешанных полей из моделей.Они предполагают, что остальная часть расхождения может быть объяснена сочетанием краткосрочной естественной изменчивости (в основном в Тихом океане), небольших вулканов и более низкой, чем ожидалось, солнечной энергии, которая не была включена в модели после 2005 прогнозы.

Глобальная средняя приземная температура — лишь одна из многих переменных, включенных в климатические модели, и модели можно оценивать по многим другим климатическим показателям. Например, существуют определенные «отпечатки пальцев» человеческого потепления в нижних слоях атмосферы, которые видны как в моделях, так и в наблюдениях.

Прогнозы модели были проверены на основе данных наблюдений за температурой на поверхности, в океанах и атмосфере, исторических данных о дождях и снегах, образовании ураганов, протяженности морского льда и многих других климатических переменных.

Модели обычно хорошо справляются с сопоставлением наблюдений в глобальном масштабе, хотя некоторые переменные, такие как осадки, труднее получить на региональном уровне.

^{К началу}

Каковы основные ограничения в моделировании климата на данный момент?

Стоит повторить, что климатические модели не являются идеальным представлением климата Земли — и не могут быть такими.Поскольку климат по своей природе хаотичен, невозможно смоделировать со 100% точностью, но модели довольно хорошо справляются с задачей получения правильного климата.

Точность прогнозов, сделанных моделями, также зависит от качества входящих в них прогнозов. Например, ученые не знают, упадут ли выбросы парниковых газов, и поэтому делают оценки, основанные на различных сценариях будущего социально-экономического развития. Это добавляет еще один уровень неопределенности к климатическим прогнозам.

Точно так же есть аспекты будущего, которые были бы настолько редкими в истории Земли, что их чрезвычайно сложно спрогнозировать. Одним из примеров является то, что ледяные щиты могут дестабилизироваться по мере их таяния, ускоряя ожидаемое повышение уровня мирового океана.

Тем не менее, несмотря на то, что модели становятся все более сложными и изощренными, в климатической системе все еще есть аспекты, которые они пытаются уловить так хорошо, как хотелось бы ученым.

Облака

Одним из основных ограничений моделей климата является то, насколько хорошо они представляют облака.

Облака — постоянная заноза для климатологов. Они покрывают около двух третей Земли одновременно, но отдельные облака могут образовываться и исчезать в течение нескольких минут; они могут как согревать, так и охлаждать планету в зависимости от типа облаков и времени суток; а у ученых нет записей о том, какими были облака в далеком прошлом, что затрудняет определение того, изменились ли они и как.

Конкретный аспект трудностей моделирования облаков сводится к конвекции.Это процесс, при котором теплый воздух у поверхности Земли поднимается через атмосферу, охлаждается, а затем содержащаяся в нем влага конденсируется с образованием облаков.

В жаркие дни воздух быстро нагревается, что вызывает конвекцию. Это может вызвать интенсивные кратковременные дожди, часто сопровождающиеся громом и молнией.

Конвекционные дожди могут выпадать в короткие сроки и в очень определенных областях. Таким образом, глобальные климатические модели имеют слишком грубое разрешение, чтобы фиксировать эти ливневые явления.

Вместо этого ученые используют «параметризации» (см. Выше), которые представляют средние эффекты конвекции по отдельной ячейке сетки. Это означает, что GCM не моделируют отдельные штормы и местные сильные ливни, объясняет д-р Лиззи Кендон, старший научный сотрудник метеорологического бюро Hadley Center, для Carbon Brief:

«Как следствие, GCM не могут фиксировать интенсивность осадков в субсуточных временных масштабах и экстремальные значения осадков в летнее время. Таким образом, у нас будет низкая уверенность в будущих прогнозах почасовых осадков или экстремальных конвективных явлений на основе МОК или РКМ грубого разрешения.”

(Позднее на этой неделе Carbon Brief опубликует статью, в которой исследуются прогнозы осадков с помощью климатической модели).

Чтобы помочь решить эту проблему, ученые разработали климатические модели с очень высоким разрешением. Они имеют ячейки сетки шириной несколько километров, а не десятки километров. Эти «разрешающие конвективные» модели могут моделировать более крупные конвективные бури без необходимости параметризации.

Однако недостатком большей детализации является то, что модели еще не могут охватывать весь земной шар.Несмотря на меньшую площадь и использование суперкомпьютеров, эти модели по-прежнему требуют очень много времени для запуска, особенно если ученые хотят запустить множество вариаций модели, известных как «ансамбль».

Например, моделирование, которое является частью проекта «Будущий климат для Африки» IMPALA («Улучшение модельных процессов для африканского климата»), использует модели, допускающие конвекцию, охватывающие всю Африку, но только для одного члена ансамбля, — говорит Кендон. Точно так же следующий набор климатических прогнозов Великобритании, который должен быть опубликован в следующем году («UKCP18»), будет проводиться для 10 членов ансамбля, но только для Великобритании.

Но до распространения этих моделей, допускающих конвекцию, до глобального масштаба еще далеко, отмечает Кендон:

«Вероятно, пройдет много лет, прежде чем мы сможем позволить себе [вычислительную мощность], позволяющую моделировать глобальный климат с учетом конвекции, особенно для нескольких членов ансамбля».

Двойной ITCZ ​​

С проблемой облаков в глобальных моделях связана проблема «двойного ITCZ». Зона межтропической конвергенции, или ITCZ, представляет собой огромный пояс низкого давления, который окружает Землю около экватора.Он определяет годовое количество осадков в большей части тропиков, что делает его чрезвычайно важным элементом климата для миллиардов людей.

Иллюстрация зоны межтропической конвергенции (ITCZ) и основных моделей глобальной циркуляции в атмосфере Земли. Источник: Creative Commons

ITCZ ​​каждый год путешествует на север и юг по тропикам, примерно отслеживая положение солнца в зависимости от времени года. Глобальные климатические модели воссоздают ITCZ ​​в своих симуляциях, которые возникают в результате взаимодействия между отдельными физическими процессами, закодированными в модели.Однако, как объясняется в статье Journal of Climate, подготовленной учеными Калифорнийского технологического института в США, есть некоторые области, в которых климатические модели не могут правильно представить положение ITCZ:

«[В восточной части Тихого океана] ITCZ ​​большую часть года располагается к северу от экватора, изгибаясь на несколько градусов широты вокруг [линии] шести [градуса широты]. Однако на короткий период весной он разделяется на две ITCZ, расположенные по обе стороны экватора. Текущие климатические модели преувеличивают это разделение на два ITCZ, что приводит к хорошо известному смещению моделей в два-ITCZ.”

Большинство GCM демонстрируют некоторую степень проблемы двойного ITCZ, которая заставляет их моделировать слишком много осадков над большей частью тропиков южного полушария, а иногда и недостаточное количество осадков над экваториальной частью Тихого океана.

Двойной ITCZ ​​«является, пожалуй, наиболее значительным и наиболее устойчивым отклонением в современных климатических моделях», — говорит д-р Баоцян Сян, главный научный сотрудник Лаборатории геофизической гидродинамики Национального управления океанических и атмосферных исследований США.

Основным следствием этого является то, что разработчики моделей не верят в прогнозы того, как ITCZ ​​может измениться по мере потепления климата.Но есть и детонационные удары, — сказал Сян в интервью Carbon Brief:

.

«Например, большинство современных климатических моделей предсказывают ослабление пассата вместе с замедлением циркуляции Уокера. Существование двойной проблемы ITCZ ​​может привести к недооценке этого ослабленного пассата ».

(Пассаты — это почти постоянные восточные ветры, которые кружат вокруг Земли по обе стороны от экватора.)

Кроме того, исследование 2015 года, опубликованное в Geophysical Research Letters, предполагает, что, поскольку двойная ITCZ ​​влияет на обратную связь облаков и водяного пара в моделях, она играет роль в чувствительности климата.

Глоссарий

Чувствительность климата: Степень потепления, которую мы можем ожидать, когда двуокись углерода в атмосфере удвоится по сравнению с тем, что было до промышленной революции. Есть два способа выразить чувствительность климата: временная реакция климата (TCR) — это потепление на поверхности Земли, которое мы можем ожидать в точке удвоения, а равновесная чувствительность климата (ECS) — это общая сумма потепления, когда Земля успела полностью приспособиться к дополнительному углекислому газу.

Чувствительность климата: Степень потепления, которую мы можем ожидать, когда уровень углекислого газа в атмосфере удвоится по сравнению с тем, что было до промышленной революции. Есть два способа выразить чувствительность климата: Переходный климат… Подробнее

Они обнаружили, что модели с сильным двойным ITCZ ​​имеют более низкое значение равновесной чувствительности климата (ECS), что указывает на то, что «большинство моделей могли недооценивать ECS». Если модели недооценивают ECS, климат будет более теплым в ответ на антропогенные выбросы, чем предполагают их текущие прогнозы.

Причины двойного ITCZ ​​в моделях сложны, сказал Сян в интервью Carbon Brief, и они стали предметом многочисленных исследований. По словам Сян, вероятно, есть ряд факторов, в том числе способ параметризации конвекции в моделях.

Например, в документе Proceedings of the National Academy of Sciences в 2012 году было высказано предположение, что проблема возникает из-за того, что большинство моделей не создают достаточно плотных облаков над «часто пасмурным Южным океаном», что приводит к более высоким, чем обычно, температурам в Южном полушарии. в целом, а также смещение тропических осадков к югу.

Что касается вопроса о том, когда ученые могут решить эту проблему, Сян говорит, что на него сложно ответить:

«С моей точки зрения, я думаю, что мы не сможем полностью решить эту проблему в ближайшее десятилетие. Однако мы добились значительного прогресса в улучшении понимания физики модели, увеличении разрешения модели и более надежных наблюдениях ».

Реактивные потоки

Наконец, еще одна распространенная проблема в моделях климата — это положение струйных течений в моделях климата.Реактивные потоки — это извилистые реки скоростных ветров, текущих высоко в атмосфере. Они могут направлять погодные системы с запада на восток через Землю.

Как и в случае с ITCZ, климатические модели воссоздают струйные течения в результате фундаментальных физических уравнений, содержащихся в их коде.

Однако струйные течения в моделях часто кажутся слишком «зональными» — другими словами, они слишком сильные и слишком прямые, — объясняет д-р Тим Вуллингс, преподаватель физики климата в Оксфордском университете и бывший руководитель объединения. Метеорологическая служба — Группа оценки процессов университетов для блокирования и штормовых путей.Он сообщает Carbon Brief:

.

«В реальном мире реактивный самолет немного поворачивает на север, пересекая Атлантический океан (и немного Тихий океан). Поскольку модели недооценивают это, джет в среднем часто находится слишком далеко от экватора ».

В результате модели не всегда точно ориентируются на пути, по которым идут погодные условия с низким давлением, известные как «следы шторма». По словам Вуллингса, штормы в моделях часто бывают слишком вялыми, они не становятся достаточно сильными и стихают слишком быстро.

Есть способы улучшить это, говорит Вуллингс, но некоторые из них более простые, чем другие.В целом, по словам Вуллингса, может помочь увеличение разрешения модели:

«Например, когда мы увеличиваем разрешение, вершины гор становятся немного выше, и это способствует отклонению струи немного на север. Бывают и более сложные вещи; если мы сможем улучшить, более активные штормы в модели, это может оказать влияние на реактивный поток, который частично вызван штормами ».

(Горные вершины становятся выше по мере увеличения разрешения модели, потому что большая детализация позволяет модели «видеть» больше горы, когда она сужается к вершине.)

Другой вариант — улучшить то, как модель представляет физику атмосферы в ее уравнениях, добавляет Вуллингс, используя «новые умные схемы [для аппроксимации] механики жидкости в компьютерном коде».

^{К началу}

Каков процесс улучшения моделей?

Процесс разработки климатической модели — это долгосрочная задача, которая не заканчивается после публикации модели. Большинство центров моделирования будут обновлять и улучшать свои модели в непрерывном цикле, при этом в процессе разработки ученые потратят несколько лет на создание следующей версии своих моделей.

Специалист по моделированию климата за работой в Метеорологическом бюро, Эксетер, Великобритания. Предоставлено: Метеорологическое бюро.

После того, как будет готова, новая версия модели, включающая все улучшения, может быть выпущена, говорит д-р Крис Джонс из Метеорологического бюро Hadley Center:

«Это немного похоже на то, как автомобильные компании строят следующую модель конкретного автомобиля, так что они делали одну и ту же в течение многих лет, но затем внезапно выходит новая, которую они разрабатывали. То же самое мы делаем и с нашими климатическими моделями ».

В начале каждого цикла климат, воспроизводимый моделью, сравнивается с рядом наблюдений, чтобы выявить самые большие проблемы, — объясняет д-р Тим Вуллингс.Он сообщает Carbon Brief:

.

«После того, как они идентифицированы, внимание обычно переключается на оценку физических процессов, которые, как известно, влияют на эти области, и предпринимаются попытки улучшить представление этих процессов [в модели]».

Как это делается, варьируется от случая к случаю, говорит Вуллингс, но, как правило, в итоге получается новый улучшенный код:

«Это могут быть целые строки кода для обработки процесса немного по-другому, или иногда это может быть просто изменение существующего параметра на лучшее значение.Это может быть мотивировано новыми исследованиями или опытом других [центров моделирования] ».

Иногда в ходе этого процесса ученые обнаруживают, что одни проблемы компенсируют другие, добавляет он:

«Например, процесс A оказался слишком сильным, но, похоже, это компенсировалось тем, что процесс B был слишком слабым. В этих случаях процесс A обычно фиксируется, даже если он ухудшает модель в краткосрочной перспективе. Затем внимание переключается на исправление процесса B. В конце концов, модель лучше отражает физику обоих процессов, и в целом мы получаем лучшую модель.”

В Центре Хэдли метеостанции в процессе разработки участвуют несколько групп, или «групп оценки процесса», которые стремятся улучшить другой элемент модели, объясняет Вуллингс:

«Группы оценки процесса — это, по сути, рабочие группы, которые следят за определенными аспектами модели. Они отслеживают систематические ошибки в своей области по мере развития модели и тестируют новые методы их уменьшения. Эти группы регулярно встречаются для обсуждения своей области и часто состоят из представителей академического сообщества, а также ученых из Метеорологического бюро.

Усовершенствования, над которыми работает каждая группа, затем объединяются в новую модель. После завершения модель может начать работать всерьез, говорит Джонс:

«В конце двух- или трехлетнего процесса у нас есть модель нового поколения, которая, по нашему мнению, лучше, чем предыдущая, и затем мы можем начать использовать ее, чтобы вернуться к научным вопросам, которые мы я уже смотрел раньше, чтобы узнать, сможем ли мы ответить на них лучше ».

^{К началу}

Как ученые производят информацию о климатических моделях для конкретных регионов?

Одним из основных ограничений глобальных климатических моделей является то, что ячейки сетки, из которых они состоят, обычно составляют около 100 км по долготе и широте в средних широтах.Если учесть, что, например, Великобритания имеет ширину немногим более 400 км, это означает, что она представлена ​​в GCM в виде нескольких квадратов сетки.

Такое грубое разрешение означает, что GCM упускают из виду географические особенности, характеризующие конкретное местоположение. Некоторые островные государства настолько малы, что GCM может рассматривать их просто как клочок океана, отмечает профессор Майкл Тейлор, старший преподаватель Вест-Индского университета и ведущий автор-координатор специального доклада IPCC по состоянию на 1 января.5С. Он сообщает Carbon Brief:

.

«Если вы думаете о восточных Карибских островах, один восточный Карибский остров попадает в квадратную сетку, поэтому в этих глобальных климатических моделях он представлен как вода».

«Даже большие Карибские острова представлены в виде одного или, максимум, двух квадратов сетки — так что вы получаете информацию только для одного или двух квадратов сетки — это создает ограничение для малых островов Карибского региона и малых островов в целом. И поэтому вы не получите точную, более точную информацию в масштабе страны для малых островов.”

Ученые преодолевают эту проблему, «уменьшая» глобальную климатическую информацию до местного или регионального масштаба. По сути, это означает использование информации, полученной с помощью GCM или крупномасштабных наблюдений, и ее применение к определенному месту или региону.

Тобаго-Кейс и остров Мейро, Сент-Винсент и Гренадины. Предоставлено: robertharding / Alamy Stock Photo.

Для малых островных государств этот процесс позволяет ученым получать полезные данные для конкретных островов или даже областей внутри островов, — объясняет Тейлор:

«Весь процесс масштабирования — это попытка взять информацию, которую вы можете получить в крупном масштабе, и каким-то образом связать ее с местным масштабом, или масштабом острова, или даже масштабом субостровов.”

Есть две основные категории методов уменьшения масштаба. Первый — «динамическое масштабирование». По сути, это запущенные модели, похожие на GCM, но для определенных регионов. Поскольку эти региональные климатические модели (РКМ) охватывают меньшую территорию, они могут иметь более высокое разрешение, чем ГКМ, и при этом работать в разумные сроки. При этом, отмечает доктор Данн Митчелл, преподаватель Школы географических наук Бристольского университета, RCM могут работать медленнее, чем их глобальные аналоги:

«Для запуска RCM с ячейками сетки 25 км, покрывающими Европу, потребуется примерно в 5-10 раз больше времени, чем для GCM с разрешением ~ 150 км.”

«Климатические прогнозы Великобритании на 2009 год» (UKCP09), например, представляют собой набор климатических прогнозов специально для Великобритании, составленных на основе региональной климатической модели — модели HadRM3 Центра Хэдли Метеорологического бюро.

HadRM3 использует ячейки сетки размером 25 км на 25 км, тем самым разделяя Великобританию на 440 квадратов. Это было улучшением по сравнению с предшественником UKCP09 («UKCIP02»), который давал проекции с пространственным разрешением 50 км. На приведенной ниже карте показано, насколько более детализирована сетка 25 км (шесть карт справа), чем сетка 50 км (две карты слева),

RCM

, такие как HadRM3, могут лучше, хотя и в ограниченном масштабе, представить местные факторы, такие как влияние озер, горных хребтов и морского бриза.

Сравнение изменений средней сезонной температуры, зимы (вверху) и лета (внизу), к 2080-м годам в соответствии со сценариями высоких выбросов, из UKCIP02 (крайние левые панели) и по прогнозу UKCP09 на трех уровнях вероятности (10, 50 и 90%). ). Более темный красный оттенок показывает большее потепление. © Климатические прогнозы Великобритании, 2009 г.

Несмотря на то, что RCM ограничены определенной территорией, они все же должны учитывать более широкий климат, который на нее влияет. Ученые делают это, используя информацию из GCM или наблюдений.Тейлор объясняет, как это применимо к его исследованиям в Карибском бассейне:

«Для динамического масштабирования вы сначала должны определить домен, в котором вы собираетесь запустить модель — в нашем случае мы определяем своего рода домен Карибского региона / внутри Америки — поэтому мы ограничиваем моделирование этим доменом. Но, конечно, вы вводите в границы этой области результаты крупномасштабных моделей, так что именно информация крупномасштабной модели управляет затем более мелкомасштабной моделью. И это динамическое масштабирование — вы, по сути, делаете моделирование в более мелком масштабе, но в ограниченной области, получая информацию на границах.”

Также возможно «вкладывать» или встраивать RCM в GCM, что означает, что ученые могут запускать более одной модели одновременно и одновременно получать несколько уровней выходных данных.

Вторая основная категория масштабирования — «статистическое масштабирование». Это предполагает использование данных наблюдений для установления статистической взаимосвязи между глобальным и местным климатом. Используя это соотношение, ученые затем выводят локальные изменения на основе крупномасштабных прогнозов, полученных с помощью GCM или наблюдений.

Одним из примеров статистического масштабирования является погодный генератор. Генератор погоды создает синтетические временные ряды ежедневных и / или ежечасных данных для определенного местоположения. Он использует комбинацию наблюдаемых местных погодных данных и прогнозов будущего климата, чтобы дать представление о том, какими могут быть будущие погодные условия в краткосрочной перспективе. (Генераторы погоды также могут создавать временные ряды погоды в текущем климате.)

Его можно использовать для целей планирования — например, при оценке риска наводнений для моделирования того, справятся ли существующие средства защиты от наводнений с вероятными уровнями проливных дождей в будущем.

В целом, эти статистические модели можно запускать быстро, что позволяет ученым выполнять множество симуляций за время, необходимое для выполнения одного прогона GCM.

Стоит отметить, что уменьшенная информация по-прежнему сильно зависит от качества информации, на которой она основана, такой как наблюдаемые данные или вводимые данные GCM. Уменьшение масштаба предоставляет только больше данных, зависящих от местоположения, оно не компенсирует любые неопределенности, связанные с данными, на которые он опирается.

Статистическое масштабирование, в частности, зависит от данных наблюдений, используемых для получения статистической взаимосвязи.«Даунскейлинг» также предполагает, что отношения в текущем климате сохранятся и в более теплом мире, отмечает Митчелл. Он сообщает Carbon Brief:

.

«[Статистическое масштабирование] может быть приемлемым для хорошо наблюдаемых периодов времени или хорошо наблюдаемых интересных мест, но в целом, если вы слишком далеко продвинете локальную систему, статистическая взаимосвязь нарушится. По этой причине статистическое масштабирование плохо ограничивается для будущих климатических прогнозов ».

По словам Митчелла, динамическое масштабирование более надежно, но только в том случае, если RCM хорошо улавливает соответствующие процессы и данные, управляющие ими, надежны:

«Часто для моделирования климата реализация погодных и климатических процессов в динамической модели не слишком отличается от более грубой глобальной модели движения, поэтому динамическое масштабирование обеспечивает лишь ограниченную возможность улучшения данных.Однако, если все сделано правильно, динамическое масштабирование может быть полезно для локального понимания погоды и климата, но оно требует огромного количества валидации модели и в некоторых случаях разработки модели для представления процессов, которые могут быть отражены в новых более точных масштабах ».

^{К началу}

Обновлено 15 января 2018 г., чтобы уточнить, что приз в один миллион долларов за решение уравнений NS предназначен для доказательства существования решения при любых обстоятельствах, и что квадраты сетки сходятся к полюсам только тогда, когда сетка основана на широте и долгота.

Carbon Brief благодарит всех ученых, которые помогли в подготовке этой статьи.

Завтра: интерактивный график основных событий в области моделирования климата за последнее столетие.

Линии публикации из этой истории

Насколько далеко могут зайти технологии, чтобы предотвратить изменение климата?

Анализ

Поскольку выбросы углекислого газа продолжают расти, все большее число экспертов полагают, что для замедления глобального потепления потребуются крупные технологические прорывы, такие как улавливание CO2 в воздухе.Но без воли общества к декарбонизации даже самых лучших технологий будет недостаточно.

Дэвид Бьелло • 18 января 2017 г.

В США сейчас есть две угольные электростанции, которые избегают выброса углекислого газа в воздух. Петра Нова в Техасе и Кемпер в Миссисипи используют технологию, чтобы остановить выброс CO2 в дымовую трубу и перед сгоранием, соответственно. К сожалению, это две из более чем 400 угольных электростанций в США.S., остальная часть которых ежегодно выбрасывает в атмосферу 1,4 миллиарда метрических тонн бесцветного парникового газа без запаха. Даже Kemper и Petra Nova не улавливают весь CO2 из сжигаемого угля, а уловленный CO2 используется для вымывания большего количества нефти из земли, которая затем сжигается, добавляя еще больше CO2 в атмосферу. Углеродная загадка с каждым годом становится все более сложной и опасной.

Завод Petra Nova в Техасе будет улавливать более 1 миллиона тонн CO2 ежегодно.NRG Energy

В мире с тысячами угольных электростанций, почти 2 миллиардами автомобилей и грузовиков и миллиардами тонн угля, нефти и природного газа, добытых и сжигаемых, неудивительно, что выбрасывается около 40 миллиардов метрических тонн CO2. в атмосферу ежегодно. Океаны и мировые растения поглощают часть, однако концентрация СО2 в атмосфере неумолимо растет из года в год, превысив в 2016 году отметку в 400 частей на миллион по сравнению с 280 до промышленной революции.Это вызывает изменения — от таяния снегов в Арктике до таяния ледников во всем мире, странной погоды и повышения уровня моря. Действительно, в атмосфере накопилось достаточно CO2, чтобы предотвратить следующий ледниковый период на тысячелетия, и каждый человек на Земле теперь дышит воздухом, в отличие от того, который вдыхал любой предыдущий представитель нашего вида, Homo sapiens .

Чтобы иметь хоть какую-то надежду на замедление такого загрязнения и, в конечном итоге, обратить его вспять, потребуются энергетическая революция и некоторые революционные технологические прорывы.В конце концов, потребовалось появление дешевых методов разрушения подземных сланцевых пород водой и песком под высоким давлением — метод, известный как гидроразрыв, — чтобы высвободить природный газ и сделать его достаточно дешевым, чтобы начать уничтожать уголь в США. Это дешевый природный газ, высвобождаемый с помощью гидроразрыва, выбросы CO2 в США теперь снова снизились до уровней, которые в последний раз наблюдались в последнее десятилетие 20-го века. Конечно, природный газ по-прежнему является ископаемым топливом, и гидроразрыв приводит к значительным утечкам метана, мощного парникового газа.Таким образом, несмотря на то, что гидроразрыв природного газа является усовершенствованием по сравнению с углем, он все же способствует неуклонному накоплению CO2.

Ключевой вопрос: могут ли инженеры и предприниматели изобрести и внедрить достаточное количество технологий — а мировые правительства принять правильные стимулы и политику для устранения углерода в мировой экономике — и все это вовремя, чтобы предотвратить серьезные потрясения от изменения климата? Технологические достижения уже делают экологически чистые источники энергии, такие как солнечная и ветровая, более эффективными и дешевыми, что ведет к устойчивому росту их использования.Но рост использования возобновляемых источников энергии по-прежнему опережает еще более быстрый рост потребления ископаемого топлива, поскольку экономики развивающихся стран, таких как Китай и Индия, растут, а развитые страны, такие как США, делают слишком мало, чтобы отучить себя от нефти, угля и т. Д. натуральный газ.

Это отсутствие прогресса подчеркивает острую необходимость в технологических инновациях, хотя развертывание технологий в масштабах, необходимых для значительного замедления изменения климата, потребует крупных государственных расходов и, следовательно, огромной доли глобальной воли, которой до сих пор не хватало.Некоторые из этих технологий могут даже не появиться на горизонте, но один из инструментов, который, по мнению многих экспертов, придется использовать, — это удаление CO2 из атмосферы.

Оливер Геден, климатический аналитик и глава исследовательского отдела Европейского союза Немецкого института международных отношений и безопасности, говорит, что «совершенно очевидно», что без технологий удаления углерода мировое сообщество не достигнет целей, согласованных в Париже. предельной температуры увеличивается до 1,5 или 2 градусов С (2.От 7 до 3,6 F). Даже Межправительственная группа экспертов ООН по изменению климата (МГЭИК) считает, что в этом столетии потребуется огромное количество удаления CO2 — по крайней мере, 500 миллиардов метрических тонн, извлеченных из воздуха, — если мы хотим избежать худшего из глобального потепления. Но Геден добавляет: «В то же время вы можете наблюдать тенденцию избегать даже разговоров о стратегиях удаления углерода».

Внедрение технологий для значительного замедления изменения климата потребует больших государственных расходов.

IPCC зашла так далеко, что назвала предпочтительный технологический прорыв: биоэнергетика с улавливанием и хранением CO2, или сокращенно BECCS. Эти объекты напоминают электростанции, работающие на угле, но в качестве топлива используют недавно выращенные энергетические культуры, а не окаменелые болотные растения, и улавливают CO2 от сжигания. Поскольку для роста такие культуры, как быстрорастущие деревья и просо, должны были поглощать CO2 из атмосферы, такие электростанции могли поглощать CO2 из неба, а не добавлять давно захороненный углерод, как это делает уголь.

Но в настоящее время такой возможности нет. Ближайшим из них является пивоварня по производству кукурузного этанола в Иллинойсе, которая улавливает углекислый газ от ферментации, а затем закапывает его в глубокий соленый водоносный горизонт. Хуже того, замена всего сжигаемого в мире угля поставит такие энергетические культуры в конкуренцию с продовольственными культурами за имеющиеся сельскохозяйственные угодья.

Итак, каковы альтернативы BECCS для лечения CO2? Один из них — усовершенствовать естественные методы улавливания СО2. В конце концов, леса на суше и в море помогают вытягивать CO2 из воздуха и включать его в деревья, водоросли и даже микроскопические диатомовые водоросли.Более того, новые генетические методы или другие манипуляции могут позволить ученым улучшить сам фотосинтез, позволяя растениям улавливать больше CO2, а также производить больше пищи, клетчатки или топлива. Некоторые культурные растения, такие как кукуруза и сахарный тростник, уже более эффективно улавливают CO2, чем другие, такие как пшеница или рис. Простое повышение способности всех культур поглощать СО2 и использовать его могло бы помочь решить проблему СО2, равно как и увеличение количества углерода в плодородных почвах мира или захороненного под водой.Исследовательские проекты в этом направлении реализуются в университетах и ​​государственных лабораториях многих стран. Например, Министерство энергетики США разработало программу PETRO, что означает «установки, спроектированные для замены масла».

Но, как и в случае с BECCS, на суше и в море не так много места для даже усовершенствованных установок для удаления CO2 — и люди по-прежнему хотят топлива для выработки электроэнергии и продвижения путешествий по суше, на море и в воздухе. Биотопливо может оказаться адекватным решением для авиации, но представляет множество проблем, когда оно применяется к проблеме почти 2 миллиардов транспортных средств по всему миру.Искусственный фотосинтез или другие технологии преобразования CO2 в топливо могут замкнуть углеродную петлю для транспортировки, но остаются далеко не ускользнувшими от научной лаборатории. Электромобили и грузовики, которые уже находятся в дороге и, возможно, в конечном итоге могут стать беспилотными, могут оказаться ключом к отказу от использования масла на транспорте.

Конечно, это требует выработки электроэнергии из источников, которые не выделяют CO2, таких как ветер, солнце, раскаленные камни под землей или деление радиоактивных элементов, таких как уран и торий.Но для создания ветряной турбины или атомной электростанции по-прежнему требуются пластмассы, сталь и бетон, для производства которых в настоящее время требуются выбросы CO2. Таким образом, миру необходимо найти способы производства стали и бетона без выбросов углекислого газа.

Концепция Treepods (показанная здесь) — одна из различных технологий улавливания углерода, которые действуют как искусственные деревья, высасывая CO2 из воздуха через свои кроны.Influx_Studio / ShiftBoston

«Принимая во внимание только энергию, текущие выбросы приведут к израсходованию бюджета углерода на 1,5 ° C в период от трех до 13 лет», — говорит Кевин Андерсон, исследователь климата и энергетики из Манчестерского университета в Великобритании. есть какие-либо надежды сдержать глобальное потепление до 2 градусов Цельсия, такие страны, как США, Япония и Германия, должны будут ликвидировать выбросы CO2 от производства и транспортировки электроэнергии к 2035 году, а развивающиеся страны, такие как Китай, должны будут достичь максимальных выбросов к 2025 году, а затем начинают снижаться.

В результате мир нуждается в другом потенциальном спасителе технологий: машинах, высасывающих CO2 из воздуха, вроде искусственного дерева. Такие машины существуют, и их демонстрировали от гор Швейцарии до сухого воздуха пустыни Феникса и лесистых склонов Британской Колумбии, но их потребуется гораздо больше. Фактически, потребуется порядка 100 миллионов искусственных деревьев, чтобы противодействовать 40 миллиардам метрических тонн CO2, ежегодно добавляемым в атмосферу.Для сравнения: сейчас автопроизводители производят около 80 миллионов автомобилей в год.

Но есть новости и похуже. «В настоящее время практически нет бизнес-обоснований для удаления углерода», — отмечает Геден. Другими словами, выброс CO2 в небо по-прежнему ничего не стоит, поэтому у людей нет финансового стимула прекращать сброс, не говоря уже о том, чтобы платить за очистку воздуха. Эта реальность затруднила попытки построить угольные электростанции с улавливанием и хранением СО2, не говоря уже о машинах для улавливания более рассеянного СО2 в воздухе.

Чтобы изменить эту экономическую реальность, потребуется либо установить цену на CO2, что приведет к удорожанию его выбросов, либо потребовать сокращения или устранения загрязнения CO2 — и то, и другое подчеркивает необходимость политической воли для принятия мер. Этой воли определенно не хватает администрации Трампа, а также контролируемому республиканцами Конгрессу США, не говоря уже об остальном мире.

Будем надеяться, что не потребуется климатическая катастрофа, чтобы мотивировать такие действия, такие как затопление какого-нибудь прибрежного города или принятие более экстремальных мер «геоинженерии», таких как добавление серной дымки в стратосферу для охлаждения планеты.