Ponowna analiza historycznych danych klimatycznych jest kluczem do zrozumienia przyszłych zmian klimatu
Kluczem do opracowania dobrych strategii łagodzenia zmiany klimatu w przyszłości jest analiza danych z przeszłości i poznanie sposobu, w jaki klimat ewoluował. Zasadniczym punktem rozpoczęcia badań jest XX wiek. Powodzenie projektu zależy od znalezienia danych opartych na obserwacjach atmosfery, lądu, oceanów i lodu morskiego. Możliwość zrozumienia zmian klimatu w minionym wieku zależy również od opracowania sprzężonych modeli ocean-ziemia-atmosfera i systemów asymilacji, które mogą przetwarzać te dane. Dzięki wielu dedykowanym inicjatywom badawczym Europa wiedzie prym w tych działaniach. Celem finansowanego ze środków UE projektu ERA-CLIM2 (European Reanalysis of the Global Climate System) było gromadzenie i przetwarzanie danych z obserwacji poczynionych w ubiegłym stuleciu. Naukowcy chcieli zdigitalizować znalezione dane i przygotować je do wykorzystania w modelach opracowanych przez zespół badawczy. „Im bardziej cofamy się w czasie, tym mniejsza jest liczba dostępnych obserwacji, a dane są mniej dokładne”, mówi koordynator projektu ERA-CLIM2, dr Roberto Buizza. „Łączymy je z naszymi trójwymiarowymi modelami Ziemi, z wykorzystaniem modeli sprzężonych, które symulują wszystkie procesy zachodzące w oceanach, na lądzie i w atmosferze”. Poprzez wykorzystanie bardzo ograniczonej liczby obserwacji w połączeniu z opracowanymi przez siebie modelami zespół ERA-CLIM2 może zrekonstruować klimat obszarów, dla których dane są skąpe lub niedostępne. „Ponowne analizy są najlepszym źródłem informacji o klimacie w przeszłości, ponieważ łączą wszystkie dostępne źródła danych z obserwacji z modelami”, wyjaśnia Buizza. „Zestawy do ponownej analizy opracowane w ramach projektu ERA-CLIM2 umożliwiają nam oszacowanie niepewności klimatu w przeszłości i opracowanie rozwiązań w celu radzenia sobie z niepewnością w przyszłych projektach klimatycznych”. Osiąganie celów Projekt ERA-CLIM2 pomógł poszerzyć wiedzę z zakresu przeprowadzania ponownych analiz poprzez postępy w obszarach, takich jak odzyskiwanie danych z obserwacji i przetwarzanie końcowe. Naukowcy prowadzili intensywne prace w celu odzyskania danych dotyczących historycznych obserwacji pogodowych in situ na całym świecie oraz przygotowali satelitarne systemy do rejestracji danych klimatycznych. Zespół opracował i przetestował połączone metody asymilacji, pozwalające na uwzględnienie obserwacji z różnych systemów ziemskich, w tym lodu morskiego. Naukowcy stworzyli te metody, aby precyzyjniej oszacować ewolucję systemu Ziemi, zwłaszcza na jej powierzchni. Zespół projektu ERA-CLIM2 przeprowadził pierwszą w Europie analizę łączonych danych dotyczących oceanów, lądu i atmosfery w XX wieku, która uwzględniła również zużycie węgla. Zespół poszerzył wiedzę na temat niepołączonych i połączonych ponownych analiz, dzięki czemu opracował metody szacowania niepewności w ramach ponownej analizy. Trzy innowacje Po pierwsze zespół projektu ERA-CLIM2 stworzył pierwszy w swoim rodzaju europejski system do łączonej ponownej analizy systemu Ziemi w XX wieku. System ten, o nazwie CERA-20C, obejmuje dane dotyczące oceanów, lodu morskiego, lądu i atmosfery. Zespół wykorzystał również system asymilacji CERA do wygenerowania drugiego zestawu danych, CERA-SAT, który ma wyższą rozdzielczość i obejmuje około 10 lat ery satelitarnej. Po drugie, badacze zastosowali system asymilacji CERA do oceny wpływu obserwacji oceanów na modelowanie temperatury w dolnej części atmosfery i odwrotnie. „Biorąc pod uwagę, że na początku XX wieku obserwacje były bardzo rzadkie, oznaczało to, że mogliśmy generować dokładniejsze zestawy danych”, zauważa Buizza. Trzecią innowacją było dostarczenie nowego oszacowania niepewności danych z ponownej analizy, wygenerowanych przy wykorzystaniu metod opartych na zestawach. Systemy CERA-20C, CERA-SAT zawierały zestaw 10 analiz zamiast tylko jednej. Umożliwiło to naukowcom uwzględnienie niepewności obserwacji i modeli oraz oszacowanie dokładności naszej wiedzy na temat zmienności klimatu. To nowe podejście pozwoli na lepsze zrozumienie zmian klimatu, ponieważ podobne metody mogą być stosowane w przyszłości. Plany na przyszłość System CERA będzie wykorzystywany do przyszłych ponownych analiz danych, takich jak te, które mają zostać wygenerowane przez usługę Copernicus Climate Change Service (C3S). Dane odzyskane i ponownie przetworzone przez zespół projektu ERA-CLIM2 zostaną udostępnione całemu społeczeństwu, tak aby można je było uwzględnić w ewentualnych ponownych analizach. „System C3S w naturalny sposób umożliwił kontynuowanie niektórych działań rozpoczętych w ramach projektu ERA-CLIM2, przekształcając je w trwałe usługi operacyjne”, mówi Buizza.
Słowa kluczowe
ERA-CLIM2, zmiana klimatu, ocean, lód morski, modele klimatyczne, dane klimatyczne