Nobel Prize in Physics for Modeling Climate Change

summary:Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann a Giorgio Parisi získali Nobelovu cenu za fyziku pro rok 2021 za přínos k chápání tzv. komplexních systémů. Polovina této ceny patří prvním dvěma za jejich celoživotní úsilí ve vývoji modelování klimatického systému a v analýze příčin klimatické změny, zvláště pak působení skleníkových plynů. Syukuro Manabe byl průkopníkem modelování klimatu jak s využitím zjednodušených, radiačně-konvektivních modelů, tak i první generace globálních cirkulačních modelů, jimiž studoval vliv změn obsahu oxidu uhličitého v atmosféře na vývoj klimatu již v šedesátých letech a které dále vyvíjel, resp. řídil jejich vývoj v Geophysical Fluid Dynamic Laboratory. Klaus Hasselmann se věnoval výzkumu propojení chaotického chování počasí a klimatického systému, vyvinul i metody analýzy stop klimatické změny v časových řadách klimatických charakteristik. Byl zakládajícím ředitelem Max Planck Institute for Climate a vedl i German Climate Computational Center, kde je vyvíjen další uznávaný globální klimatický model. Aby bylo možné lépe pochopit přínos laureátů klimatické části Nobelovy ceny za fyziku, jsou spolu s podrobnějším zdůvodněním ukázány i obecnější principy fungování klimatického systému a jeho modelování. Je to poprvé, kdy byla klimatologie takto oceněna jako fyzikální věda, což podtrhuje její potenciál a význam pro budoucnost lidstva

DataSheet1_Projected changes in mean annual cycle of temperature and precipitation over the Czech Republic: Comparison of CMIP5 and CMIP6.docx

The multi-model ensembles like CMIP5 or CMIP6 provide a tool to analyze structural uncertainty of climate simulations. Currently developed regional and local climate change scenarios for the Czech Republic assess the uncertainty based on state-of-the-art Global Climate Model (GCM) and Regional Climate Model (RCM) ensembles. Present study focuses on multi-model spread of projected changes in long-term monthly means and inter-annual variability of monthly mean minimum, mean and maximum daily air temperature and monthly mean precipitation. We concentrate in more detail on the simulation of CNRM-ESM2-1, the driving GCM for the convection permitting ALADIN-Climate/CZ simulation contributing to the local scenarios in very high resolution. For this GCM, we also analyze a mini-ensemble with perturbed initial conditions to evaluate the range of internal climate variability. The results for the Czech Republic reveal minor differences in model performance in the reference period whereas quite substantial inter-generation shift in projected future change towards higher air temperature and lower summer precipitation in CMIP6 comparing to CMIP5. One of the prominent features across GCM generations is the pattern of summer precipitation decrease over central Europe. Further, projected air temperature increase is higher in summer and autumn than in winter and spring, implying increase of thermal continentality of climate. On the other hand, slight increase of winter precipitation and tendency towards decrease of summer precipitation lead to projected decrease of ombric continentality. The end of 21st century projections also imply higher probability of dry summer periods, higher precipitation amounts in the cold half of the year and extremely high temperature in summer. Regarding the CNRM-ESM2-1, it is often quite far from the multi-model median. Therefore, we strictly recommend to accompany any analysis based on the simulation of nested Aladin-CLIMATE/CZ with proper uncertainty estimate. The range of uncertainty connected to internal climate variability based on one GCM is often quite large in comparison to the range of whole CMIP6 ensemble. It implies that when constructing climate change scenarios for the Central Europe region, attention should be paid not only to structural uncertainty represented by inter-model differences and scenario uncertainty, but also to the influence of internal climate variability.</p

High Resolution Air Quality Forecasting over Prague within the URBI PRAGENSI Project: Model Performance during the Winter Period and the Effect of Urban Parameterization on PM

The overall impact of urban environments on the atmosphere is the result of many different nonlinear processes, and their reproduction requires complex modeling approaches. The parameterization of these processes in the models can have large impacts on the model outputs. In this study, the evaluation of a WRF/Comprehensive Air Quality Model with Extensions (CAMx) forecast modeling system set up for Prague, the Czech Republic, within the project URBI PRAGENSI is presented. To assess the impacts of urban parameterization in WRF, in this case with the BEP+BEM (Building Environment Parameterization linked to Building Energy Model) urban canopy scheme, on Particulate Matter (PM) simulations, a simulation was performed for a winter pollution episode and compared to a non-urbanized run with BULK treatment. The urbanized scheme led to an average increase in temperature at 2 m by 2 ∘ C, a decrease in wind speed by 0.5 m s &minus; 1 , a decrease in relative humidity by 5%, and an increase in planetary boundary layer height by 100 m. Based on the evaluation against observations, the overall model error was reduced. These impacts were propagated to the modeled PM concentrations, reducing them on average by 15&ndash;30 &mu; g m &minus; 3 and 10&ndash;15 &mu; g m &minus; 3 for PM 10 and PM 2.5 , respectively. In general, the urban parameterization led to a larger underestimation of the PM values, but yielded a better representation of the diurnal variations

Vyhodnocení možnosti modelování klimatu v regionální oblasti za účelem zpřesnění scénářů klimatické změny a dlouhodobé předpovědi anomálií klimatu

Cílem projektu je vyhodnotit možnosti modelování klimatu na omezené oblasti pro region střední Evropy, adaptovat regionální předpovědní model atmosféry pro modelování klimatu a jeho změn v oblasti střední Evropy, verifikovat regionální klimatický model a připravit systém dynamického modelování klimatu a experimentálně ho otestovat. Výsledky a výstupy projektu: Existuje a byla otestována technologická linka pro modelování klimatu na omezené oblasti, včetně navázání regionálního modelu na globální model ARPEGE-CLIMAT a na nepozorované hodnoty (reanalýzy); Nová implementace modelu ALADIN-CLIMATE na novém počítači NEC SX-6 by měla vyhovovat a kapacitně stačit potřebám klimatologického modelování v ČR po dobu nejméně dalších cca 5 let; Byly získány kontakty na zahraniční centra. Realizovaný projekt představuje první krok k systematickému rozvoji klimatologického modelování v ČR

Atlas podnebí České republiky a regionalizace výstupů modelů všeobecné cirkulace atmosféry pro potřeby území České republiky

Cílem projektu je vyhotovení Atlasu podnebí České republiky za standardní klimatologické období 1961-90, zpracování hlavních klimatických prvků za období 1961-1990 do mapových podkladů ČR v digitální formě, regionalizace výstupů klimatických modelů nelineárními metodami pro potřeby území České republiky a jejich porovnání s lineárními postupy. Zpráva je rozdělena do dvou dílčích projektů: Atlas podnebí ČR a Regionalizace výstupů modelů všeobecné cirkulace atmosféry pro potřeby území České republiky (lineárními a nelineárnímu metodami)

Atlas podnebí České republiky a regionalizace výstupů modelů všeobecné cirkulace atmosféry pro potřeby území České republiky:Regionalizace výstupů modelů všeobecné cirkulace atmosféry pro potřeby území České republiky

Cílem dílčího projektu 02 je posoudit možnosti regionalizace výstupů klimatických modelů nelineárními metodami pro potřeby území České republiky a jejich porovnání s lineárními postupy. Dílčí projekt je rozdělený do dvou částí: regionalizace výstupů globálních klimatických modelů lineárními metodami a regionalizace výstupů globálních klimatických modelů lineárními metodami

Klimatická změna a klimatické fluktuace - normály vybraných klimatologických prvků na území České republiky:Zpřesnění scénářů vývoje klimatu na území ČR s přihlédnutím k regionálním změnám v oblasti střední Evropy podle nejnovějších dostupných modelů

Zpráva obsahuje výsledků projektu za DP 01 bod A Zpřesnění scénářů vývoje klimatu na území ČR s přihlédnutím k regionálním změnám v oblasti střední Evropy podle nejnovějších dostupných modelů (archivace výstupů nové verze klimatického modelu HadCM3 klimatického centra HCCPR z databáze IPCC, porovnání výstupů HadCM2 a HadCM3 pro období 1961-1990 (historický běh modelů), scénáře změny klimatu v tabelární podobě se zahrnutím a bez zahrnutí vlivu aerosolů, podklady pro publikaci Zpřesněné scénáře změny klimatu v ČR a jejich předpokládané dopady na vodní zdroje, zemědělství, lesní hospodářství a na lidské zdraví) a bod B Odhady změn ve variabilitě a četnosti výskytu vybraných charakteristik teploty vzduchu (výběr metodických postupů wavelet analýzy pro výzkum variability teplotních řad, ověření zvolených postupů wavelet analýzy na vybrané stanici, aplikace zvolených postupů wavelet analýzy na teploty vzduchu měřené na šesti vybraných stanicích ČR, zhodnocení výsledků wavelet analýzy z hlediska variability)

Atlas podnebí České republiky a regionalizace výstupů modelů všeobecné cirkulace atmosféry pro potřeby území České republiky:Regionalizace výstupů modelů všeobecné cirkulace atmosféry pro potřeby území České republiky

Dílčí projekt 02 řeší cíl projektu VaV/740/2/03 - posoudit možnosti regionalizace výstupů globálních klimatických modelů nelineárními metodami pro potřeby území České republiky a jejich porovnání s lineárními postupy. Dílčí projekt je rozdělený do dvou základních částí: A. Regionalizace výstupů globálních klimatických modelů lineárními metodami. B. Regionalizace výstupů globálních klimatických modelů nelineárními metodami. Závěrečná zpráva je složena ze zpráv za bod A a B a CD, na kterém jsou uloženy výsledné řady teplot a srážek, získané regionalizací modelu HadCM3, a rešerše lineárních postupů regionalizace

Transformace látek znečišťujících ovzduší ve vztahu k negativním antropogenním procesům‚ k jejich účinkům na lidskou populaci‚ krajinné receptory a k modelování jejich přenosu v atmosféře

Doplněk k DÚ 02 Sledování vybraných skupin látek v přízemní vrstvě ovzduší na modelových lokalitách - Zpracování výsledků odběrových kampaní, Síť pasivních samplerů na měření ozonu - shrnutí dosažených výsledků. DÚ 03 Aplikace matematických modelů pro přenosy látek znečišťujících ovzduší a zhodnocení podílů různých zdrojů na tvorbu oxidativního fotochemického smogu popisuje modely, emisní data, příklad aplikací modelu SMOG, výpočet podílů jednotlivých druhů emisních zdrojů na celkové koncentraci ozonu v daném referenčním bodě, zahrnutí biogenních emisí, modelování imisní koncentrace přízemního ozonu na území České republiky pro měsíc červenec roku 2002, validace a srovnání alternativních výstupů různých matematických modelů a zhodnocení podílu různých kategorií emisních zdrojů, metodologie modelování depozičního toku přízemního ozonu do lesních ekosystémů na území ČR, hodnoceni depozičního toku přízemního ozonu do lesní vegetace v průběhu vegetačního období roku 2001. DÚ 04 Popis transformace a hodnocení účinků PAHs, VOCs, přírodních terpenů, sloučenin síry, dusíku a halogenů na přírodní ekosystémy a lidskou populaci a DÚ 5 Souhrnné zhodnocení, vypracování závěrečné zprávy. V roce 2004 byly řešeny DÚ 03, DÚ 04 zahrnuje části: Hodnocení účinku sledovaných látek na lidskou populaci, prostorová analýza dat o zdravotním stavu obyvatel, Hodnocení účinků přízemního ozonu na lesní ekosystémy, vliv imisních koncentrací SO2, NOx, sloučenin fluoru a O3 na vegetaci, účinky VOPCs, PAHs, halogenů a terpenů na přírodní ekosystémy