Tổng quan về thiết kế thí nghiệm và tổ chức của Dự án So sánh Mô hình Liên kết Giai đoạn 6 (CMIP6)
Tóm tắt
Tóm tắt. Bằng cách phối hợp thiết kế và phân phối các mô phỏng mô hình khí hậu toàn cầu về khí hậu trong quá khứ, hiện tại và tương lai, Dự án So sánh Mô hình Liên kết (CMIP) đã trở thành một trong những yếu tố nền tảng của khoa học khí hậu. Tuy nhiên, nhu cầu giải quyết một loạt các câu hỏi khoa học ngày càng mở rộng xuất phát từ nhiều cộng đồng nghiên cứu đã làm cho việc điều chỉnh tổ chức của CMIP là cần thiết. Sau một quá trình tham vấn cộng đồng lâu dài và rộng rãi, một cấu trúc mới và phân quyền hơn đã được thiết lập. Nó bao gồm ba yếu tố chính: (1) một số thí nghiệm chung, DECK (Chẩn đoán, Đánh giá và Đặc trưng khí hậu) và các mô phỏng lịch sử CMIP (1850 - gần hiện tại) sẽ duy trì tính liên tục và giúp ghi lại các đặc điểm cơ bản của các mô hình qua các giai đoạn khác nhau của CMIP; (2) các tiêu chuẩn chung, sự phối hợp, cơ sở hạ tầng và tài liệu sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân phối đầu ra của mô hình và đặc trưng của tập hợp các mô hình; và (3) một tập hợp các Dự án So sánh Mô hình Được CMIP phê duyệt (MIPs) sẽ cụ thể cho một giai đoạn nhất định của CMIP (nay là CMIP6) và sẽ dựa trên DECK và các mô phỏng lịch sử CMIP để giải quyết một loạt các câu hỏi cụ thể và lấp đầy các khoảng trống khoa học của các giai đoạn CMIP trước. DECK và các mô phỏng lịch sử CMIP, cùng với việc sử dụng các tiêu chuẩn dữ liệu CMIP, sẽ là thẻ vào cho các mô hình tham gia vào CMIP. Sự tham gia vào các MIPs Được CMIP6 phê duyệt của các nhóm mô hình sẽ tùy thuộc vào quyết định của chính họ và sẽ phụ thuộc vào các lĩnh vực và ưu tiên khoa học của họ. Với những Thách thức Khoa học Lớn trong Chương trình Nghiên cứu Khí hậu Thế giới (WCRP) làm bối cảnh khoa học, CMIP6 sẽ giải quyết ba câu hỏi rộng: – Hệ thống Trái đất phản ứng như thế nào đối với tác động? – Nguồn gốc và hậu quả của các sai lệch mô hình có hệ thống là gì? – Làm thế nào chúng ta có thể đánh giá các thay đổi khí hậu trong tương lai khi xem xét biến đổi khí hậu nội tại, khả năng dự đoán và những bất định trong các kịch bản? Bài báo tổng quan về CMIP6 này trình bày bối cảnh và lý do cho cấu trúc mới của CMIP, cung cấp một mô tả chi tiết về DECK và các mô phỏng lịch sử CMIP6, và bao gồm một giới thiệu ngắn gọn về 21 MIPs Được CMIP6 phê duyệt.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Bony, S., Bellon, G., Klocke, D., Sherwood, S., Fermepin, S., and Denvil, S.: Robust direct effect of carbon dioxide on tropical circulation and regional precipitation, Nat. Geosci., 6, 447–451, 2013.
Bony, S., Stevens, B., Frierson, D. M. W., Jakob, C., Kageyama, M., Pincus, R., Shepherd, T. G., Sherwood, S. C., Siebesma, A. P., Sobel, A. H., Watanabe, M., and Webb, M. J.: Clouds, circulation and climate sensitivity, Nat. Geosci., 8, 261–268, 2015.
Brasseur, G. and Carlson, D.: Future directions for the World Climate Research Programme, Eos, Transactions American Geophysical Union, 96, https://doi.org/10.1029/2015EO033577, 2015.
CMIP Panel: WCRP Coupled Model Intercomparison Project (CMIP), available at: http://www.wcrp-climate.org/index.php/wgcm-cmip/about-cmip, 2016.
Cubasch, U., Wuebbles, D., Chen, D., Facchini, M. C., Frame, D., Mahowald, N., and Winther, J.-G.: Introduction, in: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, edited by: Stocker, T. F., Qin, D., Plattner, G.-K., Tignor, M., Allen, S. K., Boschung, J., Nauels, A., Xia, Y., Bex, V., and Midgley, P. M., Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, 2013.
Deser, C., Knutti, R., Solomon, S., and Phillips, A. S.: Communication of the role of natural variability in future North American climate, Nat. Clim. Change, 2, 775–779, 2012.
Eyring, V., Righi, M., Lauer, A., Evaldsson, M., Wenzel, S., Jones, C., Anav, A., Andrews, O., Cionni, I., Davin, E. L., Deser, C., Ehbrecht, C., Friedlingstein, P., Gleckler, P., Gottschaldt, K.-D., Hagemann, S., Juckes, M., Kindermann, S., Krasting, J., Kunert, D., Levine, R., Loew, A., Mäkelä, J., Martin, G., Mason, E., Phillips, A. S., Read, S., Rio, C., Roehrig, R., Senftleben, D., Sterl, A., van Ulft, L. H., Walton, J., Wang, S., and Williams, K. D.: ESMValTool (v1.0) – a community diagnostic and performance metrics tool for routine evaluation of Earth system models in CMIP, Geosci. Model Dev., 9, 1747–1802, https://doi.org/10.5194/gmd-9-1747-2016, 2016.
Ferraro, R., Waliser, D. E., Gleckler, P., Taylor, K. E., and Eyring, V.: Evolving obs4MIPs to Support the Sixth Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6), B. Am. Meteorol. Soc., https://doi.org/10.1175/BAMS-D-14-00216.1, online first, 2015.
Flato, G., Marotzke, J., Abiodun, B., Braconnot, P., Chou, S. C., Collins, W., Cox, P., Driouech, F., Emori, S., Eyring, V., Forest, C., Gleckler, P., Guilyardi, E., Jakob, C., Kattsov, V., Reason, C., and Rummukainen, M.: Evaluation of Climate Models, in: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, edited by: Stocker, T. F., Qin, D., Plattner, G.-K., Tignor, M., Allen, S. K., Boschung, J., Nauels, A., Xia, Y., Bex, V., and Midgley, P. M., Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, 2013.
Gates, W. L., Boyle, J. S., Covey, C., Dease, C. G., Doutriaux, C. M., Drach, R. S., Fiorino, M., Gleckler, P. J., Hnilo, J. J., Marlais, S. M., Phillips, T. J., Potter, G. L., Santer, B. D., Sperber, K. R., Taylor, K. E., and Williams, D. N.: An Overview of the Results of the Atmospheric Model Intercomparison Project (AMIP I), B. Am. Meteorol. Soc., 80, 29–55, 1999.
Geoffroy, O., Saint-Martin, D., Olivie, D. J. L., Voldoire, A., Bellon, G., and Tyteca, S.: Transient Climate Response in a Two-Layer Energy-Balance Model. Part I: Analytical Solution and Parameter Calibration Using CMIP5 AOGCM Experiments, J. Climate, 26, 1841–1857, 2013.
Gleckler, P. J., Doutriaux, C., Durack P. J., Taylor K. E., Zhang, Y., Williams, D. N., Mason, E., and Servonnat, J.: A More Powerful Reality Test for Climate Models, Eos Trans. AGU, https://doi.org/10.1029/2016EO051663, 2016.
Gregory, J. and Webb, M.: Tropospheric adjustment induces a cloud component in CO2 forcing, J. Climate, 21, 58–71, 2008.
Gregory, J. M.: Long-term effect of volcanic forcing on ocean heat content, Geophys. Res. Lett., 37, L22701, https://doi.org/10.1029/2010gl045507, 2010.
Gregory, J. M., Ingram, W. J., Palmer, M. A., Jones, G. S., Stott, P. A., Thorpe, R. B., Lowe, J. A., Johns, T. C., and Williams, K. D.: A new method for diagnosing radiative forcing and climate sensitivity, Geophys. Res. Lett., 31, L03205, https://doi.org/10.1029/2003gl018747, 2004.
Gregory, J. M., Bi, D., Collier, M. A., Dix, M. R., Hirst, A. C., Hu, A., Huber, M., Knutti, R., Marsland, S. J., Meinshausen, M., Rashid, H. A., Rotstayn, L. D., Schurer, A., and Church, J. A.: Climate models without preindustrial volcanic forcing underestimate historical ocean thermal expansion, Geophys. Res. Lett., 40, 1600–1604, 2013.
Hegerl, G. C., Zwiers, F. W., Braconnot, P., Gillett, N. P., Luo, Y., Marengo Orsini, J. A., Nicholls, N., Penner, J. E., and Stott, P. A.: Understanding and Attributing Climate Change, in: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, edited by: Solomon, S., Qin, D., Manning, M., Chen, Z., Marquis, M., Averyt, K. B., Tignor, M., and Miller, H. L., Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, 2007.
Houghton, R. A.: How well do we know the flux of CO2 from land-use change?, Tellus B, 62, 337–351, 2010.
Hurtt, G. C., Chini, L. P., Frolking, S., Betts, R. A., Feddema, J., Fischer, G., Fisk, J. P., Hibbard, K., Houghton, R. A., Janetos, A., Jones, C. D., Kindermann, G., Kinoshita, T., Goldewijk, K. K., Riahi, K., Shevliakova, E., Smith, S., Stehfest, E., Thomson, A., Thornton, P., van Vuuren, D. P., and Wang, Y. P.: Harmonization of land-use scenarios for the period 1500–2100: 600 years of global gridded annual land-use transitions, wood harvest, and resulting secondary lands, Climatic Change, 109, 117–161, 2011.
IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, 2013.
Kamae, Y. and Watanabe, M.: Tropospheric adjustment to increasing CO2: its timescale and the role of land-sea contrast, Clim. Dynam., 41, 3007–3024, 2013.
Lawrence, B. N., Balaji, V., Bentley, P., Callaghan, S., DeLuca, C., Denvil, S., Devine, G., Elkington, M., Ford, R. W., Guilyardi, E., Lautenschlager, M., Morgan, M., Moine, M.-P., Murphy, S., Pascoe, C., Ramthun, H., Slavin, P., Steenman-Clark, L., Toussaint, F., Treshansky, A., and Valcke, S.: Describing Earth system simulations with the Metafor CIM, Geosci. Model Dev., 5, 1493–1500, https://doi.org/10.5194/gmd-5-1493-2012, 2012.
Li, C., Stevens, B., and Marotzke, J.: Eurasian winter cooling in the warming hiatus of 1998–2012, Geophys. Res. Lett., 42, 8131–8139, 2015.
Meehl, G. A., Boer, G. J., Covey, C., Latif, M., and Stouffer, R. J.: Intercomparison makes for a better climate model, Eos, Transactions American Geophysical Union, 78, 445–451, 1997.
Meehl, G. A., Boer, G. J., Covey, C., Latif, M., and Stouffer, R. J.: The Coupled Model Intercomparison Project (CMIP), B. Am. Meteorol. Soc., 81, 313–318, 2000.
Meehl, G. A., Covey, C., Taylor, K. E., Delworth, T., Stouffer, R. J., Latif, M., McAvaney, B., and Mitchell, J. F. B.: THE WCRP CMIP3 Multimodel Dataset: A New Era in Climate Change Research, B. Am. Meteorol. Soc., 88, 1383–1394, 2007.
Meehl, G. A., Moss, R., Taylor, K. E., Eyring, V., Stouffer, R. J., Bony, S., and Stevens, B.: Climate Model Intercomparisons: Preparing for the Next Phase, Eos Trans. AGU, 59, 77, https://doi.org/10.1002/2014EO090001, 2014.
Moss, R. H., Edmonds, J. A., Hibbard, K. A., Manning, M. R., Rose, S. K., van Vuuren, D. P., Carter, T. R., Emori, S., Kainuma, M., Kram, T., Meehl, G. A., Mitchell, J. F. B., Nakicenovic, N., Riahi, K., Smith, S. J., Stouffer, R. J., Thomson, A. M., Weyant, J. P., and Wilbanks, T. J.: The next generation of scenarios for climate change research and assessment, Nature, 463, 747–756, 2010.
Murphy, J. M. and Mitchell, J. F. B.: Transient-Response of the Hadley-Center Coupled Ocean-Atmosphere Model to Increasing Carbon-Dioxide. 2. Spatial and Temporal Structure of Response, J. Climate, 8, 57–80, 1995.
Myhre, G., Shindell, D., Breìon, F.-M., Collins, W., Fuglestvedt, J., Huang, J., Koch, D., Lamarque, J.-F., Lee, D., Mendoza, B., Nakajima, T., Robock, A., Stephens, G., Takemura, T., and Zhang, H.: Anthropogenic and Natural Radiative Forcing, in: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, edited by: Stocker, T. F., Qin, D., Plattner, G.-K., Tignor, M., Allen, S. K., Boschung, J., Nauels, A., Xia, Y., Bex, V., and Midgley, P. M., Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, 2013.
O'Neill, B. C., Kriegler, E., Ebi, K. L., Kemp-Benedict, E., Riahi, K., Rothman, D. S., van Ruijven, B. J., van Vuuren, D. P., Birkmann, J., Kok, K., Levy, M., and Solecki, W.: The roads ahead: Narratives for shared socioeconomic pathways describing world futures in the 21st century, Global Environ. Chang., https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2015.01.004, online first, 2015.
Phillips, A. S., Deser, C., and Fasullo, J.: Evaluating Modes of Variability in Climate Models, Eos Trans. AGU, 95, 453–455, 2014.
Rauser, F., Gleckler, P., and Marotzke, J.: Rethinking the Default Construction of Multimodel Climate Ensembles, B. Am. Meteorol. Soc., 96, 911–919, 2014.
Sentman, L. T., Shevliakova, E., Stouffer, R. J., and Malyshev, S.: Time Scales of Terrestrial Carbon Response Related to Land-Use Application: Implications for Initializing an Earth System Model, Earth Interact., 15, 1–16, 2011.
Sherwood, S. C., Bony, S., Boucher, O., Bretherton, C., Forster, P. M., Gregory, J. M., and Stevens, B.: Adjustments in the Forcing-Feedback Framework for Understanding Climate Change, B. Am. Meteorol. Soc., 96, 217–228, 2015.
Stevens, B.: Rethinking the Lower Bound on Aerosol Radiative Forcing, J. Climate, 28, 4794–4819, 2015.
Stott, P. A., Mitchell, J. F. B., Allen, M. R., Delworth, T. L., Gregory, J. M., Meehl, G. A., and Santer, B. D.: Observational constraints on past attributable warming and predictions of future global warming, J. Climate, 19, 3055–3069, 2006.
Stouffer, R. J., Weaver, A. J., and Eby, M.: A method for obtaining pre-twentieth century initial conditions for use in climate change studies, Clim. Dynam., 23, 327–339, 2004.
Stouffer, R. J., Eyring, V., Meehl, G. A., Bony, S., Senior, C., Stevens, B., and Taylor, K. E.: CMIP5 Scientific Gaps and Recommendations for CMIP6, B. Am. Meteorol. Soc., submitted, 2015.
Taylor, K. E., Stouffer, R. J., and Meehl, G. A.: A Summary of the CMIP5 Experiment Design, available at: http://cmip.llnl.gov/cmip5/docs/Taylor_CMIP5_design.pdf (last access: 13 May 2016), 2009.
Taylor, K. E., Stouffer, R. J., and Meehl, G. A.: An Overview of Cmip5 and the Experiment Design, B. Am. Meteorol. Soc., 93, 485–498, 2012.
Teixeira, J., Waliser, D., Ferraro, R., Gleckler, P., Lee, T., and Potter, G.: Satellite Observations for CMIP5: The Genesis of Obs4MIPs, B. Am. Meteorol. Soc., 95, 1329–1334, 2014.
Trenberth, K. and Asrar, G.: Challenges and Opportunities in Water Cycle Research: WCRP Contributions, Surv. Geophys., 35, 515–532, 2014.
van Vuuren, D. P., Edmonds, J., Kainuma, M., Riahi, K., Thomson, A., Hibbard, K., Hurtt, G. C., Kram, T., Krey, V., Lamarque, J. F., Masui, T., Meinshausen, M., Nakicenovic, N., Smith, S. J., and Rose, S. K.: The representative concentration pathways: an overview, Climatic Change, 109, 5–31, 2011.
Williams, D. N., Balaji, V., Cinquini, L., Denvil, S., Duffy, D., Evans, B., Ferraro, R., Hansen, R., Lautenschlager, M., and Trenham, C.: A Global Repository for Planet-Sized Experiments and Observations, B. Am. Meteorol. Soc., https://doi.org/10.1175/bams-d-15-00132.1, online first, 2015.