Rysunek: Porównanie wartości wskaźnika susza SPEI dla obserwowanego 1993–2022, 3-miesięcznego kumulatywnego D Wartości: Panel (A) SPEI na podstawie obserwacji 1981–2010, panel (B) SPEI oparte na LOCA2 przewidywane warunki na 2031–2060 i panel (C) SPEI oparte na warunkach 2031–2060 z wysyłką WG. SPEI ≤ -1,5 reprezentuje poważne warunki suszy. Zgodnie z obserwowanym opisem klimatu z lat 1981–2010 w panelu (A), poważne warunki suszy wystąpiły 17 razy w latach 1993–2022 z minimalnym obliczonym SPEI -2,1. Stosując warunki LOCA2 2031–2060, ciężka susza wystąpiła czterokrotnie w latach 1993–2022, przy minimalnym SPEI -1,9. W przypadku obserwacji z lat 1993–2022 analizowanych przy użyciu warunków WG 2031–2060 nie wystąpiły ciężkie susze, a minimalny SPEI wynosił -1,4. Porównanie to pokazuje, że opis klimatu WG 2031–2060 jest średnio cieplejszy i suchszy niż opis LOCA2 2031–2060.
Zmiany klimatu przekształcają nasz świat w sposób, który dopiero zaczynamy rozumieć. Jednym z najbardziej palących wyzwań jest przewidzieć, w jaki sposób zmiany te wpłyną na zasoby wodne, kluczowe dla rolnictwa, przemysłu i codziennego życia. Pojęcie przypisywania pogody, które bada prawdopodobieństwo konkretnych zdarzeń pogodowych występujących w różnych warunkach klimatycznych, stała się istotnym narzędziem w tym wysiłku. Rozumiejąc rolę indukowanych przez człowieka zmian klimatu w zmieniającym wzorce pogodowe, naukowcy mogą lepiej przewidzieć i przygotować się na przyszłość. Takie podejście jest szczególnie istotne w zarządzaniu zasobami wodnymi, ponieważ pomaga prognozować warunki takie jak susze, które mogą mieć poważne skutki gospodarcze i środowiskowe.
Przypisanie pogody staje się coraz ważniejsze wraz ze wzrostem skutków zmian klimatu. Ostatnie badania prowadzone przez Nicka Martina, wcześniej Southwest Research Institute w San Antonio w Teksasie, bada, w jaki sposób włączenie przypisywania pogody do prognoz budżetu wody może zwiększyć nasze zrozumienie przyszłych warunków suszy. Praca ta, opublikowana w czasopiśmie Hydrology, porównuje oczekiwania dotyczące przyszłej poważnej suszy wśród obserwacji historycznych, LOCA2-DOWNSCALED CMIP6 Przyszłe wyniki symulacji klimatu oraz statystycznie przewidywane statystycznie klimat. Stochastyczne generatory pogody (WG) to statystyczne narzędzie symulacyjne używane do przewidywania atrybucji pogody ograniczonego przyszłego klimatu.
Przypisanie pogody Szacuje prawdopodobieństwo zaobserwowanych zdarzeń pogodowych występujących w różnych scenariuszach klimatycznych, a tym samym zmianę prawdopodobieństwa występowania poważnej suszy w ramach zmian klimatu wywołanego przez człowieka. . Badanie przypisywania pogody Zatrudniony w celu prowadzenia statystycznej prognozy przyszłego klimatu w tej pracy sugeruje, że ciężka trzymiesięczna susza jest pięciokrotnie bardziej prawdopodobne, że wystąpiły indukowane przez człowieka zmiany klimatu. Pod względem koncepcyjnym pięć razy bardziej prawdopodobne oznacza, że 1 na 25-letnią suszę w 2000 r. Jest obecnie 1 na 5-letnią suszę w latach 2020. WG produkowane syntetycznym przyszłym klimatem jest ograniczone lub „skalibrowane”, aby wytwarzać pięciokrotnie bardziej prawdopodobne, że ciężka susza w latach 2031–2060. Ta metoda symuluje przyszłe wzorce pogodowe, w tym susze, w sposób odzwierciedlający dane historyczne, niedawno zaobserwowaną pogodę i przewidywane przyszłe zmiany klimatu.
„Przypisanie pogody zapewnia obserwowaną zmianę prawdopodobieństwa ekstremalnych zdarzeń, w tym suszę, która jest wymagana do oceny, zaplanowania i przygotowania łagodzenia na przyszłe ryzyko dla zasobów wodnych z indukowanych przez człowieka zmian klimatu. Po przypisaniu zmiany prawdopodobieństwa syntetyczne projekcje statystyczne przyszłego klimatu, ucieleśniające nowe ekstremalne prawdopodobieństwo zdarzenia, zapewniają ramy dla planowania zasobów wodnych i oceny ryzyka ”, powiedział Martin, podkreślając potencjał tego podejścia do zapewnienia prognoz budżetu wody, które opisują, które opisują prognozy budżetu wodnego, które opisują prognozy budżetu na wodę nieodłączna niepewność i ryzyko związane z przyszłymi warunkami.
Miejsce wdrażania było Basin Frio River w południowo-środkowym Teksasie, obszar kluczowy dla zarządzania zasobami wodnymi ze względu na bezpośrednią komunikację między wodą powierzchniową a warstwą wodonośną Edwards. WG skalibrowano do syntetycznie wytwarzania stochastycznej pogody w latach 2031–2060, która zapewnia opis klimatu, w którym ciężka trzymiesięczna susza jest pięciokrotnie bardziej prawdopodobne, że występuje w stosunku do obserwacji historycznych. To zwiększone prawdopodobieństwo suszy opiera się na oczekiwaniach dotyczących znacznie wyższych temperatur i zmniejszonej wilgotności gleby w przyszłości w porównaniu z normami historycznymi. Oczekiwania dotyczące zwiększonej temperatury i zmniejszonej wilgoci gleby są wspierane przez przyszłe wyniki symulacji klimatu CMIP6 i badania atrybucji pogody na podstawie niedawno zaobserwowanej pogody.
W tym badaniu opisano wielkość i prawdopodobieństwo trzymiesięcznej suszy Wskaźnik ewapotranspiracji standaryzowany (SPEI). SPEI opiera się na danych o opadach i temperaturze i zapewnia wskaźnik suszy klimatycznego, który jest wrażliwy na globalne ocieplenie. Zaobserwowany trzymiesięczny deficyt wody (D), obliczony jako głębokość opadów, mniej potencjalna głębokość ewapotranspiracji, jest pomiarem suszy, który jest przekształcony, standaryzowany i znormalizowany w celu wygenerowania SPEI. Część „standaryzacja” zapewnia prawdopodobieństwo lub prawdopodobieństwo, dla trzymiesięcznych wielkości suszonych w oparciu o zestaw danych opadów i temperatury użyty do obliczenia SPEI. Kategorie suszy według zakresu wartości SPEI i skumulowane prawdopodobieństwa dla wybranych wartości SPEI pokazano w poniższej tabeli.
Znaczny wzrost prawdopodobieństwa zaobserwowane warunki suszy w przypadku ostatnich ekstremalnych zdarzeń jest krytycznym czynnikiem prowadzącym planowanie zasobów wodnych. Różnica w prawdopodobieństwie zaobserwowanej trzymiesięcznej suszy w styczniu 2000 r., Wykazana na powyższym rysunku, identyfikuje rozbieżne oczekiwania między warunkami historycznymi, przyszłe wyniki symulacji klimatu CMIP6 z LOCA2, a także atrybucja pogody przewidywana przyszły klimat. Zaobserwowany trzymiesięczny deficyt wody (D) w styczniu 2000 r. Wynosi -217 mm. Po obliczeniu na podstawie obserwacji 1981–2010 SPEI dla -217 mm wynosi -1,9 z kumulatywnym prawdopodobieństwem 0,03 odpowiadającym ciężkiej suszy. Po ustaleniu przy użyciu przypisywania pogody ograniczonych projekcji WG dla 2031–2060, SPEI dla d -217 mm wynosi -0,9 z skumulowanym prawdopodobieństwem 0,17 odpowiadającym łagodnej suszy. Określa to, że trzysięczny D -217 mm na listopad, grudzień i styczeń wynosi 5,7 (0,17 / 0,03 = 5,67) razy więcej prawdopodobnych w klimacie prognozowanym WG dla 2031–2060 niż w obserwowanym klimacie w latach 1981–2010 . Po obliczeniu przy użyciu wyników symulacji klimatu CMIP6 LOCA2 -DownScale CMIP6 w 2031–2060, SPEI dla d -217 mm wynosi -1,6, przy czym skumulowane prawdopodobieństwo 0,05 oznaczającego ciężką suszę. Historycznie zaobserwowano, że ciężka susza (listopad, grudzień i styczeń D -217 mm) wynosi 3,4 (0,17 / 0,05 = 3,4) razy bardziej prawdopodobne w wynikach symulacji klimatu CMIP6 z LOCA2 -DownScalec CMIP6 z 2031–2060.
Znaczenie tych ustaleń polega na ich potencjalnych zastosowaniach w zakresie zarządzania i planowania zasobów wodnych. Zapewniając zwiększony opis prawdopodobieństwa przyszłych ekstremalnych zdarzeń, metodologia badania może informować o strategiach ochrony i alokacji wody, pomagając złagodzić wpływ ciężkich suszy. Takie podejście można rozszerzyć na inne regiony i systemy wodne, oferując cenne narzędzie do rozwiązywania wyzwań i ryzyka związanego z zmianami klimatu.
Podsumowując, badanie to pokazuje kluczową rolę przypisywania pogody w zwiększaniu charakterystyki niepewności w przyszłych projekcjach budżetu wody. Odkrycia podkreślają potrzebę innowacyjnych podejść do zarządzania zasobami wodnymi, szczególnie w przypadku zmian klimatu na częstotliwości i intensywności ekstremalnych zdarzeń pogodowych. Jak stwierdził Martin, zdolność do przewidywania i przygotowywania ciężkich suszy jest niezbędna do zrównoważonego zarządzania wodą i odporności społeczności zależnych od tych istotnych zasobów.
Referencje dziennika
Martin, Nick. „Włączanie przypisywania pogody z przyszłymi prognozami budżetu wody”. Hydrology, 2023, 10, 219. DOI: https://doi.org/10.3390/hydrology10120219
O autorze
Nick Martin jest naukowcem wodnym z Vodanube LLC i Respec z siedzibą w Fort Collins, Koloradę. Jego pochodzenie jest jako woda powierzchniowa i hydrolog wód gruntowych i programista. Koncentruje się na ocenach ryzyka, ograniczeniu ryzyka, niezawodności, odporności i analiz zrównoważonego rozwoju związanych ze zmianami klimatu i starszej infrastruktury w systemach naturalnych i zaprojektowanych. Nick specjalizuje się w analizie probabilistycznej i modelowaniu w celu kwantyfikacji niepewności i zdefiniowania ryzyka środowiskowego i ekonomicznego. Jego interesy techniczne obejmują analizę niepewności pod względem wsparcia decyzji i asymilacji danych w ramach ruchu wody, modelowania transportu, uczenia maszynowego i badań głębokiego uczenia się.
