Уникальная техника калибровки раскрывает детали осадков в климатической модели

Ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL), Океанографического института Скриппса и Нанкинского университета применили уникальный метод количественной оценки неопределенности (UQ) для калибровки соотношения между ливневыми и обложными дождями в популярной атмосферной модели. Команда под руководством доктора Юнь Цяня из PNNL протестировала чувствительность моделирования осадков и атмосферной циркуляции к ключевым параметрам. Новые результаты модели значительно лучше соответствуют реальным наблюдениям.

Осадки — один из самых сложных для моделирования климатических элементов. Уверенность в прогнозах будущих климатических сценариев напрямую зависит от точности моделирования текущего состояния. Метод UQ позволяет охарактеризовать и снизить уровень неопределенности в модели, данных и вычислениях сложных климатических переменных. Это критически важно для понимания влияния человека на глобальные циклы воды и энергии.

Исследователи работали с атмосферным компонентом (CAM5) модели Community Earth System Model (CESM). Их цель — выяснить, почему результаты модели по раздельному учету конвективных и стратиформных осадков сильно расходятся с данными наблюдений, хотя суммарные осадки воспроизводятся удовлетворительно. Это несоответствие означает, что модель дает слишком много конвективных осадков. Ученые предположили, что правдоподобный итог может быть результатом компенсирующих ошибок в некорректно представленных процессах. Калибровка параметризаций и точность каждого процесса в модели критически важны для надежных прогнозов.

Команда использовала стохастический подход с важностью выборки для калибровки параметров в расчете глубокой конвекции в CAM5. Их алгоритм Simulated Stochastic Approximation Annealing эффективно находит оптимальные решения. Впервые ученые смогли объединить данные о типах и интенсивности осадков из двух источников наблюдений, чтобы рассчитать соотношение конвективных осадков и сравнить его с результатами CAM5. Они также оценили влияние улучшенных симуляций на глобальную циркуляцию и климатическое моделирование.