Avaliando modos de variação em modelos climáticos

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Avaliando modos de variação em modelos climáticos
Os modelos climáticos são uma ferramenta essencial para estudar e prever as mudanças climáticas. Sua utilidade,
no entanto, depende de quão realisticamente eles simulam as estatísticas do clima atual, incluindo sua variabilidade,
entre outros fatores.
Um caso em questão é o atual “hiato” na taxa de aquecimento global da superfície, que resulta em parte de uma
flutuação decadal natural do Oceano Pacífico tropical [por exemplo, Kosaka e Xie, 2013; Trenberth et al., 2014]. A
medida em que os modelos climáticos são capazes de reproduzir tais períodos de hiato depende de sua capacidade
de simular com precisão a Oscilação Decadal / Interdecadal do Pacífico, um modo interno de variabilidade que afeta
o clima em todo o mundo [por exemplo, Mantua et al., 1997; Deser et al., 2010]. Estes e outros modos internos de
variabilidade climática (notavelmente El Nino-Oscilação Sul-Sul (ENSO) e a Oscilação Multidecadal do Atlântico)
podem obscurecer as mudanças climáticas antropogênicas. Eles também complicam a validação do modelo e a
comparação entre modelos porque sua fase não está bloqueada em um ano ou década específico.
Apesar da importância desses modos, a avaliação sistemática da variabilidade interna em modelos climáticos
acoplados continua sendo uma tarefa assustadora, dada a ampla gama de modos a considerar, o comprimento do
registro de dados necessário para caracterizá-los adequadamente e incertezas observacionais.
Pacote de diagnóstico de variabilidade climática
Como um passo em direção à melhoria e facilitação da avaliação da variabilidade climática interna em modelos, a
Seção de Análise Climática do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica (NCAR) desenvolveu um Pacote de
Diagnóstico de Variabilidade Climática (CVDP; http://www2.cesm.ucar.edu.edu/grupos de trabalho/cvcwg/cvvdp).
O CVDP calcula as principais métricas de variabilidade climática interna em um conjunto de simulações de modelos
especificadas pelo usuário e conjuntos de dados observacionais. Essas métricas incluem características de
fenômenos oceânicos acoplados à atmosfera, como ENSO, variabilidade decadal do Pacífico e variabilidade
multidecadal do Atlântico, bem como modos proeminentes de variabilidade da circulação atmosférica regional e
hemisférica, juntamente com suas assinaturas associadas nas temperaturas da superfície do mar subjacentes.
Padrões espaciais e séries temporais são computados para cada modo de variabilidade, e os resultados são
estratificados por estação. As tendências decadascentes de séries temporais e decorre da temperatura média global
e precipitação também são fornecidas para avaliar as taxas de evolução do aquecimento global e da força do ciclo
hidrológico ao longo do tempo. Mapas de desvio padrão intereslar dão uma visão mais geral das características
espaciais e amplitudes de variabilidade. Métodos utilizados para definir os vários fenômenos são referenciados, com
links para a literatura peer-reviewed em que se baseiam.
Uma característica única do CVDP é a capacidade de especificar qualquer número de integrações de modelos de
cada vez, incluindo o conjunto completo de modelos que participam do Projeto Intercomparação de Modelo
http://www2.cesm.ucar.edu/working-groups/cvcwg/cvdp
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Acoplado fase 5 (CMIP5) ou diferentes membros do conjunto ou períodos de tempo do mesmo modelo, bem como a
capacidade de especificar conjuntos de dados observacionais específicos para análise (incluindo vários conjuntos de
dados para uma determinada variável, permitindo a avaliação da incerteza observacional). Devido à natureza
intensiva de recursos dos cálculos, o CVDP inclui uma opção para produzir resultados para arquivos de formulário
de dados comuns de rede (netCDF) para acesso em uma data posterior.
O CVDP também fornece displays gráficos que permitem a visualização imediata dos gráficos de diagnóstico; esses
monitores podem ser emitidos para arquivos de gráficos de rede (png) pós-script ou portáteis para uso posterior.
Uma característica fundamental dessas apresentações é o formato de exibição de página única para facilitar as
intercomparações e avaliação do modelo (veja a Figura 1 para um exemplo). A saída CVDP é apresentada através
de um site e inclui uma tabela resumindo o desempenho do modelo para 11 métricas-chave de variabilidade interna
com base em correlações de padrões e erros do quadrado de forma raiz em relação ao alvo observacional
escolhido. Como tal, a tabela permite intercomparações de fidelidade do modelo, bem como um meio de
acompanhamento da melhoria do modelo.
Um exemplo de saída CVDP aplicada ao conjunto completo de modelos CMIP5 durante o período histórico de 1900-
2005 é visível em http://webext.cgd.ucar.edu/Multi-Case/CVDP_ex/CMIP5-Historical/.
- Fig. - Sim. 1. Uma exibição gráfica de amostra do National Center for Atmospheric Research (NCAR) Climate Variability Diagnostics 
Oscilação Decadal do Pacífico (PDO), definida de acordo com o estudo de Mantua et al. [1997], em dois conjuntos de dados observac
dois modelos de Intercomparação de Modelos Acoplados (CMIP) (CCSM3 e CESM1-BGC). (esquerda) As anomalias espaciais mostr
temperatura da superfície do mar (SST), medidas em kelvins, associadas a (direita) uma partida de desvio padrão da série temporal P
dados, período de análise e porcentagem de variância explicada pela DOP são dados acima de cada padrão. A série temporal mensa
como barras laranja e azul, com a versão filtrada por passa-baixa de 10 anos mostrada como a curva preta. Observe que o CVDP aco
registros para cada conjunto de dados. Observe como o padrão espacial da DOP melhora nos trópicos e no Hemisfério Sul quando co
modelo NCAR (CCSM3) com a versão mais recente (CESM1-BGC). Observe também que é difícil avaliar a melhoria no caráter tempo
comprimentos limitados do registro nas observações e nas simulações de modelos.
CVDP como uma atividade e repositório comunitário de abertura
O CVDP é projetado com o potencial para futuras contribuições da comunidade em mente: por exemplo, inclusão de
parâmetros adicionais, modos de variabilidade e resolução temporal (por exemplo, dados diários). Como tal, os
usuários são encorajados a construir o código-fonte existente (escrita no pacote de software NCAR Command
Language (NCL) disponível gratuitamente) incorporando métricas adicionais padrão e bem documentadas relevantes
para avaliação e intercomparação do modelo do sistema terrestre.
Para promover ainda mais o envolvimento da comunidade, aplicamos o CVDP a vários arquivos multimodelos e
estamos disponibilizando os dados abertamente, armazenados em um repositório de dados CVDP on-line acessível
à comunidade (http://www2.cesm.ucar.edu.edu.edu.working-groups/cvcwg/cvdp/data-repository). Esses dados
compreendem a saída da análise CVDP para um amplo conjunto de cenários dos arquivos multimodelos e
multiensíveis CMIP3 e CMIP5, bem como grandes projetos comunitários, incluindo o Modelo de Sistema Terrestre
Comunitário / Modelo Atmosfera Comunitária (CESM1-CAM5) Grande Projeto [, 2014] e o Projeto Comunidade
CESM1-CAM5 Last Millennium. O CVDP Data Repository, portanto, fornece à comunidade acesso imediato a
métricas canônicas de variabilidade climática e dados associados dos arquivos CMIP e conjuntos de modelos
adicionais sem a necessidade de baixar e processar grandes quantidades de dados.
Para mais informações, consulte http://www2.cesm.ucar.edu/grupos de trabalho/cvcwg/cvvdp.
Agradecimentos
Os autores agradecem aos membros da Seção de Análise Climática da Divisão de Clima e Dinâmica Global da
NCAR pela contribuição. A NCAR é patrocinada pela National Science Foundation.
Referências
Deser, C., M. A. A. (em inglês). Apresentação de Slides Alexander, S.-P. Xie e A. S. (tradução) Phillips (2010),
variabilidade da temperatura da superfície do mar: Padrões e mecanismos, Annu. Rev. Mar. Sci., 2, 115–143,
doi:10.1146/?annurev-marine-120408-151453.
Kay, J. (em inglês) E., et al. (2014), O Community Earth System Model (CESM) Large Ensemble Project:Um recurso
comunitário para estudar as mudanças climáticas na presença de variabilidade climática interna, Bule. Sou.
Meteorol. Soc., doi:10.1175/BAMS-D-13-00255.1, na imprensa.
http://webext.cgd.ucar.edu/Multi-Case/CVDP_ex/CMIP5-Historical/
https://i0.wp.com/eos.org/wp-content/uploads/2014/12/004760_PHILLIPS-F01_web.jpg?ssl=1
http://www2.cesm.ucar.edu/working-groups/cvcwg/cvdp/data-repository
http://www2.cesm.ucar.edu/working-groups/cvcwg/cvdp
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Kosaka, Y., e S.-P. Xie (2013), Hito de aquecimento global recente ligado ao resfriamento da superfície do Pacífico
equatorial, Nature, 501, 403–407, doi:10.1038/natureza1253.
Mantua, N. J., S. (em inglês) R. (Reuters) - R. A Lere, Y. Zhang, J. (em inglês). M. M. (Reuters) - M. O Wallace e o R.
C. (em inglês). Francis (1997), Uma oscilação interdecadal do Pacífico com impactos na produção de salmão, Bull.
Sou. Meteorol. Soc., 78, 1069-1079.
Trenberth, K. E., J. T. (Reuters) - T. Fasullo, G. (em inglês) Branstator e A. S. (tradução) Phillips (2014), Aspectos
sazonais da recente pausa no aquecimento da superfície, Nat. - Clim. Mudança, 4, 911-916,
doi:10.1038/nclima2341.
—Adam S. Phillips, Clara Deser, e John Fasullo, Cl imate A n a ly lys i s S e ct ion, Nat iona l C entram para A t mo s
s ic ic e ea r ch, B ou lder, Co lo.; e-mail: asphilli.ucaredu
Citação: Phillips, A. S., C., C. Deser e J. Fasullo (2014), Avaliando modos de variabilidade em modelos c limate, Eos
Trans. AGU, 95(49), 453, 455, 2014EO490002.
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