気候モデリング
放射対流カラムから結合された地球システムモデルまで、気候システムを数値シミュレーションし、気候を理解しその将来を予測するために使用されます。
Definition
気候モデリングとは、単一のプロセスを分離する理想化されたモデルから、システム全体をシミュレートしその将来を予測する結合された地球システムモデルまで、コンピューター上で数値的に解かれる数学方程式を通じて気候システムを表現することです。
Scope
この分野は、数値気候モデルの構築、使用、評価を扱います。単純なエネルギー収支モデルや放射対流モデルから、包括的な大気大循環モデルや地球システムモデルに至るまでのモデルの階層、未解決プロセスのパラメーター化、予測を駆動する排出シナリオ、粗い出力から地域スケールへのダウンスケーリング、および観測データに対するモデルの系統的な評価と比較検討について論じます。
Sub-topics
Core questions
- 気候を支配する物理法則は、どのようにして解ける数値モデルに変換されるのでしょうか？
- 解像するには小さすぎるプロセスは、パラメーター化によってどのように表現されるのでしょうか？
- 排出シナリオは、将来の気候を予測するためにどのように使用されるのでしょうか？
- モデルはどのように評価され、その不確実性はどのように特徴付けられるのでしょうか？
Key theories
- 気候モデルの階層
- モデルは、理解を深めるための単純なエネルギー収支モデルや放射対流モデルから、システム全体をシミュレートする包括的な結合モデルまで、異なる問いに適した階層を形成しています。
- サブグリッドプロセスのパラメーター化
- 雲、対流、乱流など、モデルグリッドよりも小さいプロセスは、パラメーター化によって表現されます。その定式化はモデルの挙動に強く影響し、不確実性の主要な原因となっています。
Mechanisms
気候モデルは、大気、海洋、陸地を三次元グリッドに分割し、運動方程式、熱力学方程式、放射方程式を時間的に積分し、エネルギー、水、運動量を交換するように各コンポーネントを結合します。グリッドよりも細かいプロセスはパラメーター化され、モデルは所定の強制力または排出シナリオによって駆動され、観測データと過去の記録に対して評価され、堅牢性とばらつきを評価するために協調的なモデル間比較プロジェクトで比較されます。
Clinical relevance
気候モデルは、異なる排出経路の下での将来の気候を予測し、観測された変化を帰属させるための主要なツールであり、気候政策、適応計画、リスク評価の科学的基盤となっています。
Evidence & guidelines
IPCC第6次評価報告書は、将来の変化を予測するために協調的なモデル間比較に大きく依拠しており、モデルが観測された気候の多くの特徴を再現していると評価し、観測による制約を用いて予測範囲を狭めています。
History
気候モデリングは、最初の数値天気予報と真鍋淑郎とリチャード・ウェザラルドによる1967年の放射対流モデルから発展し、1970年代から1980年代にかけて結合された大気海洋大循環モデルへと拡大し、最近では炭素循環と生物地球化学を含む地球システムモデルへと進化しました。
Debates
- 雲の扱いとモデルのばらつき
- モデルが雲と対流をパラメーター化する方法の違いが、気候感度と予測のばらつきの多くを引き起こしており、これをどのように制約し、減らすのが最善かについて議論が続いています。
Key figures
- Syukuro Manabe
- Warren Washington
- Ann Henderson-Sellers
- Klaus Hasselmann
Related topics
Seminal works
- manabewetherald1967
- mcguffie2014
Frequently asked questions
- 気候モデルはどのように機能しますか？
- 地球をグリッドに分割し、大気、海洋、陸地の物理方程式を時間的に進め、雲のような小規模なプロセスはパラメーター化を通じて表現されます。
- 気候モデルは信頼できますか？
- 過去および現在の気候の多くの観測された特徴を再現し、温室効果ガスに対する広範な応答については一致していますが、特に雲や地域的な詳細については不確実性が残っています。