Klimatické Scénáře a GCM Modely: Vysvětlení

Voda je nezbytným zdrojem pro život na Zemi a zároveň hraje klíčovou roli ve všech oblastech lidské činnosti od zemědělství přes průmysl, výrobu elektřiny a tepla až po provoz domácností.

Se změnou klimatu a měnícími se požadavky na vodu ze strany různých sektorů se otázka budoucí potřeby vody stává stále naléhavější.

Problematika budoucí dostupnosti vodních zdrojů je komplexní téma, jež zahrnuje řadu klíčových aspektů, jako jsou např. změny rozložení srážek v čase a prostoru (některé oblasti mohou zažívat období sucha, jiné naopak období přívalových dešťů), zvýšení teploty, zvýšení výparu vody z vegetace a vodních ploch, ekonomický rozvoj a industrializace vyžadující více vody pro průmysl a energetiku, zvyšující se životní úroveň obyvatelstva a s ní spojená vyšší spotřeba vody v domácnostech nebo rostoucí potřeba vody pro zemědělství k zajištění potravinové bezpečnosti.

Základním předpokladem řešení uvedené problematiky je získání informací o budoucí potřebě vody v různých odvětvích a jejím rozložení na území České republiky (ČR) s následným porovnáním s budoucími dostupnými zdroji.

Výsledkem by pak mělo být efektivnější využívání vody v zemědělství, průmyslu, energetice i v domácnostech spojené s rozvojem technologií pro čištění a recyklaci vody, budováním vodní infrastruktury pro zadržování a přepravu vody a také se zlepšením předpovědních systémů pro hospodaření s vodou.

Čtěte také: Klimatické modely: co nám říkají?

Jde o klíčový integrovaný přístup, který bere v úvahu všechny výše zmíněné aspekty a hledá vyvážená řešení pro zajištění udržitelného hospodaření s vodními zdroji v budoucnosti.

Klimatické Modely a Emisní Scénáře

Možný budoucí vývoj klimatu vypočítávají tzv. klimatické modely.

Jedná se o složité matematické modely zemského a planetárního systému, kterých existuje celá řada a stále se vyvíjejí.

Pokud všechny země dosáhnou svých současných cílů a závazků stanovených v rámci Pařížské klimatické dohody, odhaduje se, že průměrné oteplení do roku 2100 dosáhne 2,5 až 2,8 °C.

Existuje celá řada emisních scénářů, které by vedly k omezení průměrného oteplení na 2 °C do roku 2100.

Čtěte také: Klimatické podmínky

Socioekonomické Scénáře (SSP)

Globální klimatické modely (GCM) jsou navázány na tzv. socioekonomické scénáře.

Ty reflektují různé možné budoucí trajektorie vývoje světa nejen z pohledu emisí či výsledných koncentrací skleníkových plynů v atmosféře, nýbrž i z hlediska různého hospodářského a společenského vývoje na planetě.

Poslední 6. hodnotící zpráva IPCC (AR6) pracuje se scénáři socioekonomického vývoje, tzv. Shared Socioeconomics Pathways (SSP).

V jednoduchosti lze jednotlivé scénáře změny klimatu používané na vstupu GCM simulací interpretovat takto:

• SSP1-2.6: Udržitelná cesta vývoje, jsou realizována úspěšná opatření na ochranu klimatu, koncentrace CO2 v roce 2100 je očekávána na mírně vyšší něž současné hodnotě 446 ppm, nárůst globální (světové) teploty je na úrovni 1,6 °C.
• SSP2-4.5: Střední cesta, degradace environmentálních systémů, ale jsou některá zlepšení týkající se využívání zdrojů a energie, realizována částečně úspěšná opatření na ochranu klimatu, a koncentrace CO2 v roce 2100 by měla být 603 ppm, nárůst globální (světové) teploty je na úrovni 2,8 °C.
• SSP3-7.0: Regionální rivalita a konflikty umožňující jen malý ekonomický rozvoj, velmi nízká ochrana klimatu, koncentrace CO2 v roce 2100 je předpokládána na úrovni 867 ppm, nárůst globální (světové) teploty je na úrovni 4,4 °C.
• SSP5-8.5: Vývoj založený na fosilních palivech, žádná ochrana klimatu, koncentrace CO2 v roce 2100 je předpokládána na úrovni 1135 ppm, nárůst globální (světové) teploty je na úrovni 5,8 °C.

Označení SSP5-8.5 a SSP3-7.0 signalizují, že na konci století bude radiační působení větší než 8,5 W/m2, respektive 7,0 W/m2.

Čtěte také: Změny v jet streamu v důsledku klimatu

V SSP1-2.6 a SSP2-4.5 je však radiační působení sníženo na 2,6 W/m2, resp. 4,5 W/m2, prostřednictvím dodatečných opatření na ochranu klimatu.

Pro získání robustnějších výsledků jsou jednotlivé modely a scénáře zpracovány ve společném ansámblu, a uživateli je tak předložena nejpravděpodobnější očekávaná změna, včetně vyjádření nejistoty.

Emisní Scénáře a Pařížská Dohoda

Pařížská dohoda navazuje na mnoho předchozích mezinárodních setkání, smluv a opatření.

Emisní scénáře jsou možné varianty budoucího vývoje emisí lidstva, které často počítají se spoustou proměnných - od vývoje počtu lidí na planetě a poptávky po elektřině, až po možné rozšíření větrných elektráren a dalších technologií.

Z vývoje emisí skleníkových plynů lze spočítat budoucí vývoj koncentrací skleníkových plynů v atmosféře (například RCP), které pak slouží jako základní vstup dat pro modely klimatu.

Porovnání emisních scénářů a cíle Pařížské dohody

Jakou metodou byly připraveny klimatické scénáře?

Analýza budoucích klimatických podmínek je založena na simulacích klimatických modelů.

V posledních desetiletích došlo k rychlému rozvoji odpovídajících metod vytváření klimatických scénářů, které vycházejí z hodnotících zpráv IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change).

Primárními nástroji používanými pro tento účel jsou klimatické modely.

Bohužel klimatické simulace s vysokým rozlišením stále nejsou výpočetně dostupné v případě globálních klimatických modelů (GCM).

K získání informací o změně klimatu v regionálním až místním měřítku lze využít metody dynamického (viz zmíněné RCM) či statistického downscalingu, jako je např.

Vzhledem k tomu, že výstupy klimatických modelů obsahují systematické chyby (v důsledku nutného zjednodušení složitých procesů v reálném světě), je nutné je opravit, aby byly získány smysluplné výsledky o simulovaných vlastnostech klimatického systému.

Obecně platí, že při práci se středními hodnotami meteorologických prvků (jako jsou sezónní a roční) lze se změnami danými modely zacházet tak, jak jsou, bez úprav.

Dosavadní zkušenosti autorů této předkládané metodiky vedou k preferenci statisticky downscalovaných GCM oproti RCM.

Důvodem jsou zejména systematické chyby (vlhčí a chladnější klima během kontrolního historického běhu RCM) a také skutečnost, že zatímco u GCM máme k disposici simulace z poslední generace klimatických modelů CMIP6 (použité v rámci poslední, AR6, zprávy IPCC), tak u RCM jsou pro Evropu k dispozici Euro-CORDEX simulace, řízené starší generací globálních klimatických modelů - CMIP5 (tedy modely z předešlé zprávy IPCC).

V současnosti jsou dostupné nejnovější klimatické scénáře vycházejících z CMIP 6 simulací.

Tyto simulace jsou dostupné v rozlišení 50 km (pouze pár simulací, většinou končících v polovině 21. století), dále jsou dostupné simulace ve 100 a 250 km rozlišení do konce 21.

Existují desítky modelových simulací poskytované renomovanými vědeckými institucemi a centry rozmístěnými po celém světě.

Tyto simulace jsou dostupné pro celou planetu a zahrnují navzájem provázané procesy nejenom z atmosféry, ale rovněž z kryosféry, oceánů, půdy, vegetace atp. (tzv. Earth system models).

Jelikož jsou tyto procesy velmi komplexní, pracujeme s různými úrovněmi zjednodušení, ke kterému se přidává nejistota ve zjištění stavu celého systému (např. v atmosféře je nutné popsat stav nejenom v přízemní vrstvě a v různých výškách).

Zákonitě pak dochází k tomu, že se do určité míry rozchází skutečný stav s realitou.

Ta je pro různé modely a různá místa na planetě různá (je logické, že centra ve východní Asii budou preferovat přesnější popis pro svá území).

Za tímto účelem byla naším týmem vyladěná a aplikována metodika, která tyto dva kroky popisuje na příkladu Euro-CORDEX simulací (řízených CMIP5 simulacemi), ale byla rovněž aplikována na novější CMIP6 simulace, které jsou prezentovány na tomto webu.

Podrobnosti k metodice jsou popsané v této práci:Meitner, J., Štěpánek, P., Skalák, P., Dubrovský, M., Lhotka, O., Penčevová, R., Zahradníček, P., Farda, A., Trnka, M. (2023): Validation and Selection of a Representative Subset from the Ensemble of EURO-CORDEX EUR11 Regional Climate Model Outputs for the Czech Republic. Atmosphere 2023, 14, 1442.

V souladu s uvedenou metodikou byly ze zhruba 20 CMIP6 simulací na základě validace vyloučeny ty, které nejsou v hodné pro oblast Střední Evropy.

Ze zbylého „širšího“ ensemblu potom bylo vybráno 7 modelů tak, aby tento užší výběr statistickými vlastnostmi reprezentoval celý ensemble ale při menším počtu údajů.

Jsou situace, kdy se modely používají jednotlivě, např. jako vstup do hydrologických modelů (denní data), kde by použití celého ensemblu bylo výpočetně neřešitelné (velmi náročné).

Výběr modelů byl proveden s ohledem na všechny základní meteorologické prvky, neboť ty jsou následně použity pro výpočet referenční evapotranpisrace a půdní vlhkosti modelem SoilClim.

Výběr modelů spolu s dostupnými emisními scénáři je uveden v následující tabulce.

Výstupy klimatických modelů, pokud se nezabýváme pouze relativní změnou, nelze přímo použít, ale tyto výstupy je nutné nejprve korigovat za účelem odstranění systematické chyby nebo transformovat pozorované řady tak, aby změny mezi pozorovanou a transformovanou řadou odpovídaly změnám v simulaci klimatických modelů.

Druhý uvedený přístup se označuje jako “přírůstková metoda” nebo “přímá modifikace” a je v ČR tradičně používán pro modelování dopadů klimatické změny např. na hydrologickou bilanci, jelikož je modelovaná hydrologická bilance robustnější ve srovnání s využitím korigovaných simulací.

Pro využití v denním kroku je vhodné aplikovat transformace, které uvažují nejen změny průměrů ale i variability.

To umožňuje například pokročilá přírůstková (“Advanced Delta Change” - ADC) metoda.

ADC metoda umožňuje zahrnout do transformace i změnu variability.

To zjednodušeně znamená, že extrémy se mohou měnit jinak než průměr (což správně reflektuje situaci, jak ji zaznamenáváme ve skutečném světě).

Při odvození změn srážek z klimatického modelu ADC metoda uvažuje i systematické chyby simulace, které nemusí být lineární.

Další podrobnosti lze nalézt v práci van Pelt et al.

tags: #klimatické #scénáře #GCM #modely #vysvětlení

Oblíbené příspěvky:

• Ochrana přírody
• Průvodce pro zdravý domov: Odvod odpadu WC
• Kytice z Dejvic
• Recepty na ekologický sprchový gel
• Továrna na recyklaci v Uherském Brodě