نمذجة المناخ
المحاكاة العددية لنظام المناخ، من أعمدة الإشعاع والحمل الحراري إلى نماذج نظام الأرض المقترنة، تُستخدم لفهم المناخ وتوقع مستقبله.
Definition
نمذجة المناخ هي تمثيل نظام المناخ من خلال معادلات رياضية تُحل عدديًا على أجهزة الكمبيوتر، وتتراوح من النماذج المثالية التي تعزل عمليات فردية إلى نماذج نظام الأرض المقترنة التي تحاكي النظام بأكمله وتتوقع مستقبله.
Scope
يغطي هذا المجال بناء نماذج المناخ العددية واستخدامها وتقييمها. ويتناول تسلسل النماذج الهرمي من صيغ توازن الطاقة البسيطة والإشعاعية-الحملية إلى نماذج الدوران العام الشاملة ونماذج نظام الأرض، ومعايرة العمليات غير المحلولة (parameterization)، وسيناريوهات الانبعاثات التي تدفع التوقعات، وتصغير المخرجات الخشنة إلى مقاييس إقليمية، والتقييم المنهجي ومقارنة النماذج مقابل الملاحظات.
Sub-topics
Core questions
- كيف تُحوّل القوانين الفيزيائية التي تحكم المناخ إلى نموذج عددي قابل للحل؟
- كيف تُمثّل العمليات الأصغر من أن تُحل من خلال المعايرة (parameterization)؟
- كيف تُستخدم سيناريوهات الانبعاثات لتوقع المناخ المستقبلي؟
- كيف تُقيّم النماذج وتُحدد أوجه عدم اليقين فيها؟
Key theories
- التسلسل الهرمي لنماذج المناخ
- تتراوح النماذج في تسلسل هرمي من صيغ توازن الطاقة البسيطة والإشعاعية-الحملية التي تبني الفهم إلى نماذج مقترنة شاملة تحاكي النظام بأكمله، كل منها مناسب لأسئلة مختلفة.
- معايرة العمليات تحت الشبكية (subgrid processes)
- تُمثّل العمليات الأصغر من شبكة النموذج، مثل السحب والحمل الحراري والاضطراب، بواسطة معايرات يؤثر صياغتها بقوة على سلوك النموذج وتُعد مصدرًا رئيسيًا لعدم اليقين.
Mechanisms
تقسم نماذج المناخ الغلاف الجوي والمحيطات واليابسة إلى شبكة ثلاثية الأبعاد وتدمج معادلات الحركة والديناميكا الحرارية والإشعاع إلى الأمام في الزمن، وتربط المكونات بحيث تتبادل الطاقة والمياه والزخم. تُعاير العمليات الأدق من الشبكة؛ وتُشغل النماذج بواسطة قوى محددة مسبقًا أو سيناريوهات انبعاثات، وتُقيّم مقابل الملاحظات والسجل التاريخي، وتُقارن في مشاريع مقارنة منسقة لقياس المتانة والانتشار.
Clinical relevance
تُعد نماذج المناخ الأدوات الأساسية لتوقع المناخ المستقبلي في ظل مسارات انبعاثات مختلفة ولإسناد التغير الملاحظ، مما يجعلها الأساس العلمي لسياسة المناخ، وتخطيط التكيف، وتقييم المخاطر.
Evidence & guidelines
يعتمد تقرير التقييم السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) بشكل كبير على مقارنات النماذج المنسقة لتوقع التغير المستقبلي، ويُقيّم أن النماذج تعيد إنتاج العديد من سمات المناخ المرصود، وتستخدم القيود الرصدية لتضييق النطاقات المتوقعة.
History
نمذجة المناخ نشأت من أولى التنبؤات الجوية العددية ومن نموذج مانابي وويذرالد الإشعاعي-الحملي لعام 1967، وتوسعت خلال السبعينيات والثمانينيات لتشمل نماذج الدوران العام المقترنة للغلاف الجوي والمحيطات، ومؤخرًا، إلى نماذج نظام الأرض التي تتضمن دورة الكربون والكيمياء الحيوية الجيولوجية.
Debates
- معالجة السحب وانتشار النماذج
- تُعد الاختلافات في كيفية معايرة النماذج للسحب والحمل الحراري محركًا كبيرًا لانتشار حساسيتها المناخية وتوقعاتها، مما يثير نقاشًا حول أفضل السبل لتقييدها وتقليلها.
Key figures
- Syukuro Manabe
- Warren Washington
- Ann Henderson-Sellers
- Klaus Hasselmann
Related topics
Seminal works
- manabewetherald1967
- mcguffie2014
Frequently asked questions
- كيف يعمل نموذج المناخ؟
- يقسم الأرض إلى شبكة ويتقدم بالمعادلات الفيزيائية للغلاف الجوي والمحيطات واليابسة إلى الأمام في الزمن، ممثلاً العمليات صغيرة النطاق مثل السحب من خلال المعايرات.
- هل يمكن الوثوق بنماذج المناخ؟
- إنها تعيد إنتاج العديد من السمات المرصودة للمناخ الماضي والحاضر وتتفق على الاستجابة الواسعة لغازات الاحتباس الحراري، على الرغم من أن أوجه عدم اليقين لا تزال قائمة، خاصة في السحب والتفاصيل الإقليمية.