Forskare om hur den globala klimatmodellen EC-Earth utvecklats

De senaste årens forskning och utveckling har gjort att klimatmodellen EC-Earth finns i en ny version färdig för att utföra nya beräkningar av hur klimatet förändras. Möt några av SMHIs forskare som berättar mer om hur modellen utvecklats för att kunna svara på nya forskningsfrågor och ge mer kunskap om ett klimat i förändring.

På Rossby Centre, SMHIs enhet för klimatmodellering, har utvecklingen av den nya versionen av klimatmodellen EC-Earth pågått i flera år. Som del av ett internationellt nätverk av forskare har de utvecklat modellen så att den är redo att användas för nya beräkningar av hur klimatet kan komma att förändras i framtiden.

Klaus Wyser, Ralf Döscher, Torben Koenigk och Uwe Fladrich, några av SMHIs forskare som arbetat med utveckling av EC-Earth
Klaus Wyser, Ralf Döscher, Torben Koenigk och Uwe Fladrich som lett olika delar av utvecklingen av klimatmodellen EC-Earth, ser nu fram emot att få bidra till det stora arkivet av klimatberäkningar för nästa klimatrapport från FN:s klimatpanel IPCC och börja analysera beräkningarna från den nya versionen av EC-Earth.

Grundläggande förändringar i uppbyggnaden

Själva grundstrukturen av modellen har gått ifrån att vara en ihopkopplad modell över atmosfären och haven, till att vara en modell som är uppbyggd av flera olika komponenter som kan användas i olika kombinationer i olika beräkningar. Tillsammans bildar de modellen EC-Earth, som är en typ av klimatmodell som inom forskningen kallas klimatsystemmodell. En klimatsystemmodell kan beräkna hur fysikaliska och biogeokemiska processer i klimatsystemet påverkas när klimatet förändras och hur de i sin tur också påverkar klimatförändringen.

I en klimatmodell delas området som ska beräknas in i ett antal rutor. Nu har forskarna minskat storleken på rutorna i EC-Earth, så att upplösningen ökat från ca 120 km till ca 80 km i atmosfären. Med högre upplösning visar modellen fler detaljer. De har också utvecklat modellen så att den beräknar fler processer i klimatsystemet som tidigare beskrevs på ett förenklat sätt.

– Med den nya versionen av EC-Earth har vi en mer kompetent modell som återskapar den klimatförändring vi sett hittills på ett bra sätt. Med den kunskapen kan vi nu beräkna hur klimatet kan komma att förändras i framtiden, säger Klaus Wyser, forskare på SMHIs klimatmodelleringsenhet Rossby Centre.

Beräkning av vegetation

Utvecklingen av EC-Earth har skett i ett internationellt konsortium som de senaste åren letts från SMHI. I Sverige har SMHI samarbetat med universiteten i Lund, Stockholm, Göteborg och Uppsala. På Lunds universitet har de utvecklat en dynamisk vegetationsmodell, som nu är en del av EC-Earth.

– Vegetationen reagerar på förändringar i klimatet och ger feedback till klimatet. När vegetationen förändras så ändras albedo, det vill säga hur mycket strålning som reflekteras från ytan. Tidigare hade vi förenklade beskrivningar av det, men nu beräknar modellen detta själv, förklarar Klaus Wyser.

Utvecklade processer för Arktis

I Arktis stiger temperaturen snabbare än på någon annan plats på jorden. Det påverkar isutbredningen. När havsisen försvinner sker ett kraftigare värmeutbyte mellan hav och atmosfär. Torben Koenigk, forskningsledare på SMHIs Rossby Centre, berättar att svårigheten med Arktis är att klimatförändringen går så snabbt där. Hittills har många modeller underskattat utvecklingen.

– Vi har utvecklat modellen så att den i varje beräkningsruta kan ha fem olika istjocklekar, istället för att som tidigare ha enbart en istjocklek per ruta. Därför återskapar modellen nu en mycket mer realistisk årscykel för klimatet i Arktis, säger Torben Koenigk.

Den vertikala omblandningen i havet är också utvecklad i modellen, vilket gör att EC-Earth nu visar en förbättrad storskalig cirkulation i havet.

Superdatorer viktiga för utvecklingen

En förutsättning för att kunna driva den avancerade typ av klimatmodell som EC-Earth tillhör är att de avancerade superdatorerna som används för att köra modellen också blivit snabbare och kraftfullare.

– Modellerna är nu så komplexa att de kräver en genomarbetad struktur och metoder för att hantera de stora datamängder de producerar. Samtidigt delar vi alla beräkningar som öppna data. Det ger maximal nytta i samhället då många forskningsaktörer världen över kan använda dessa data, säger Uwe Fladrich, vetenskaplig programmerare på SMHI Rossby Centre.

SMHI ska nu göra en rad klimatberäkningar med EC-Earth enligt en ordning som är koordinerat inom CMIP6, ett internationellt samarbete kring klimatmodellering där forskare bland annat beräknar hur klimatet förändras, jämför resultat från olika klimatmodeller och tillgängliggör beräkningar i ett stort öppet internationellt dataarkiv för klimatmodellering. Datamängderna kommer att göras öppet tillgängliga för forskning via den datanod inom Earth System Grid Federation, ESGF, som SMHI driver tillsammans med Nationellt superdatorcentrum, NSC, vid Linköpings universitet.