การสังเกตการณ์เมฆครั้งแรกด้วยดาวเทียมที่ดีแสดงให้เห็นว่าการจำลองสภาพอากาศที่ขับเคลื่อนด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์เคยทำนายภาวะโลกร้อนในอนาคตได้ถูกต้องมาก แต่การจำลองเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะสร้างเมฆน้อยเกินไปและทำให้เกิดการไตร่ตรองมากเกินไป แบบจำลองยังสร้างพายุมากเกินไปและไม่สามารถทำซ้ำรูปแบบสภาพอากาศที่สำคัญได้ปัญหาหลายอย่างเกิดจากการทำให้เข้าใจง่ายที่นักวิทยาศาสตร์ต้องทำเมื่อสร้างแบบจำลองสภาพภูมิอากาศ ผู้สร้างแบบจำลองเริ่มต้นด้วยการแบ่งพื้นผิวโลกออกเป็นสี่เหลี่ยม สี่เหลี่ยมจัตุรัสแต่ละอันจะกลายเป็นฐานของกองกล่องสี่เหลี่ยมที่ยื่นออกไปในชั้น
บรรยากาศ นักวิทยาศาสตร์ตัดสินใจเลือกชุดของตัวแปรทางกายภาพ
เพื่อสรุปสภาวะบรรยากาศ จากนั้นใช้ข้อมูลในโลกแห่งความเป็นจริงเพื่อกำหนดค่าเริ่มต้นสำหรับแต่ละปัจจัยในแต่ละช่อง จากนั้นผู้สร้างโมเดลจะเขียนโค้ดคอมพิวเตอร์เพื่อให้กล่องที่อยู่ใกล้เคียงโต้ตอบกันตามกฎของฟิสิกส์และพลศาสตร์ของไหล สุดท้ายนี้ นักวิจัยใช้เวลาก้าวไปข้างหน้าอย่างไม่ต่อเนื่องและศึกษาว่าโลกที่แปลงเป็นดิจิทัลของพวกเขาเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร
การจำลองสภาพอากาศ
เพื่อจำลองสภาพอากาศ นักวิทยาศาสตร์ได้แบ่งพื้นผิวและชั้นบรรยากาศของโลกออกเป็นกล่องที่ซ้อนกันหลายพันกล่อง นักวิทยาศาสตร์ใช้ข้อมูลในโลกแห่งความเป็นจริงกำหนดค่าให้กับแต่ละกล่องสำหรับตัวแปรบรรยากาศและมหาสมุทรที่แตกต่างกัน โปรแกรมคอมพิวเตอร์คำนวณว่ากล่องข้างเคียงมีปฏิสัมพันธ์อย่างไรตามกฎหมายทางกายภาพ เมฆอาจสร้างแบบจำลองแยกจากกัน แล้วเพิ่มเข้าไปในการจำลองสภาพภูมิอากาศโลก
NICOLLE RAGER FULLER, NSF
แบบจำลองสภาพภูมิอากาศในยุคแรก ๆ มีพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสด้านละ 500 กิโลเมตร ในแบบจำลองสภาพภูมิอากาศในปัจจุบัน สี่เหลี่ยมจัตุรัสได้หดตัวลงเหลือความกว้าง 100 กิโลเมตร ความละเอียดในแนวตั้งและเวลาก็ดีขึ้นเช่นกัน David Randall
นักวิทยาศาสตร์ด้านบรรยากาศจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโคโลราโดกล่าวว่าความละเอียดที่สูงกว่านั้นยังคงเป็นไปได้
แต่การไปที่รายละเอียดในระดับนั้นสำหรับการจำลองสภาพอากาศในระยะยาวจะกินเวลามากเกินไปแม้กระทั่งบนคอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในปัจจุบัน
ความละเอียดเป็นปัญหาใหญ่สำหรับการจำลองเมฆ ซึ่งอาจมีขนาดเล็กถึงหลายสิบเมตร และกระบวนการที่เมฆก่อตัวขึ้น – นิวเคลียสของน้ำรอบอนุภาคละอองลอย – เกิดขึ้นในระดับไมโครเมตร
ผลลัพธ์ของแบบจำลองที่ทำงานในระดับของเมฆแต่ละก้อนสามารถป้อนลงในแบบจำลองสภาพภูมิอากาศได้ แต่นี่หมายความว่าการจำลองสภาพภูมิอากาศโลกต้องประมาณหรือเพิกเฉยต่อกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับคลาวด์ที่สำคัญ
เพื่อหลีกเลี่ยงข้อจำกัดนี้ Randall ได้ช่วยบุกเบิกเทคนิคที่เรียกว่า superparameterization ซึ่งฝังโมเดลคลาวด์ขนาดเล็กไว้ในแบบจำลองสภาพภูมิอากาศโลก วิธีนี้ใช้พลังในการคำนวณมาก แต่น้อยกว่าการพยายามย่อเซลล์กริดของโมเดลทั่วโลกให้เหลือขนาดก้อนเมฆ “วิธีการ superparameterization เป็นการประนีประนอม” Randall กล่าว ที่จำลองกระบวนการในท้องถิ่นบางอย่างได้ดีขึ้น เช่น รูปแบบปริมาณน้ำฝนในตอนกลางคืนและวัฏจักรมรสุมประจำปีในมหาสมุทรอินเดีย เขาคาดการณ์ว่าเทคนิคนี้จะกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น
ความละเอียดที่สูงขึ้นช่วยได้ แอนโธนี่ เดล เจนิโอ ผู้พัฒนาแบบจำลองสำหรับสถาบันก็อดดาร์ดเพื่อการศึกษาอวกาศในนิวยอร์กซิตี้กล่าว แต่ไม่ใช่วิธีเดียว หรือแม้แต่วิธีที่ดีที่สุดในการสร้างแบบจำลองที่สมจริงยิ่งขึ้น “ในแง่ของปัญหาใหญ่ในเรื่องการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การแก้ปัญหาไม่จำเป็นต้องเป็นคำตอบเสมอไป” เขากล่าว “ฟิสิกส์ที่ดีกว่าคือคำตอบ”
แบบจำลองสภาพภูมิอากาศในปัจจุบันเป็นตัวแทนของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับเมฆด้วยตัวแปรหลายสิบตัว รวมถึงความชื้น ปริมาณน้ำที่ควบแน่นเป็นน้ำและน้ำแข็ง จำนวนหยดที่ตกลงมาที่ความเร็ว ความเข้มข้น และขนาดต่างๆ ของอนุภาคละอองลอยต่างๆ แบบจำลองที่เคยมองข้ามหรือลดความซับซ้อนของละอองลอยอย่างมาก ในตอนนี้ทำให้พวกมันสามารถโต้ตอบกับน้ำและก่อตัวเป็นหยดน้ำได้ แบบจำลองการพาความร้อนของแบบจำลองสภาพภูมิอากาศที่มีความเหมาะสมยิ่งขึ้น กระบวนการทางกายภาพที่ซับซ้อนซึ่งเคลื่อนน้ำขึ้นไปในชั้นบรรยากาศ ทำให้เกิดปริมาณน้ำฝนส่วนใหญ่ของโลก
การปรับปรุงเหล่านี้ Lohmann นักฟิสิกส์ของคลาวด์ตั้งข้อสังเกต ให้การแสดงความซับซ้อนของธรรมชาติที่สมจริงยิ่งขึ้น แต่ไม่จำเป็นต้องมีพลังในการทำนายที่ดีกว่า “มีแนวโน้มว่ายิ่งเรารู้มากเท่าไหร่ ความไม่แน่นอนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น” เธอกล่าว
Bjorn Stevens จากสถาบัน Max Planck สำหรับอุตุนิยมวิทยาในฮัมบูร์ก ซึ่งทำงานเกี่ยวกับแบบจำลองที่เรียกว่า ECHAM เน้นย้ำว่าการจำลองสภาพภูมิอากาศสำคัญเพียงใดเพื่อให้ได้สิ่งที่ทราบเกี่ยวกับเมฆถูกต้อง เมื่อเร็ว ๆ นี้เขาพบว่า ECHAM เป็นตัวแทนของเมฆด้วยวิธีที่ไม่สมจริง: แทนที่จะปล่อยให้ความขุ่นมัวแปรผันอย่างราบรื่นจาก 0 (ชัดเจนที่สุด) เป็น 1 (มืดครึ้ม) ค่าถูกบังคับให้ครอบครองหนึ่งในสุดขั้ว เมื่อ Stevens และเพื่อนร่วมงานเปลี่ยนรหัสคอมพิวเตอร์เพื่อให้เกิดเมฆครึ้ม การคาดคะเนของแบบจำลองสำหรับอุณหภูมิในอนาคตจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า
Credit : emediaworld.net corsaworkshop.com komikuindo.net elegantimagesblog.com jeffandsabrinawilliams.com floridawakeboarding.com snowsportsafetyfoundation.org kenilworthneworleans.com slimawayplan.com lawrencegarcia.org
