Bias-corrected upper-ocean data for impact assessments of global warming and assimilation into climate models
Cette étude présente un nouveau cadre pour générer des ensembles de données mensuelles de la couche supérieure de l'océan corrigés des biais, représentant des scénarios de climat non réchauffé et futurs, en décomposant les données d'observation en composantes de variabilité climatologique, forcée et interne, permettant ainsi des évaluations d'impact et des simulations de modèles climatiques plus précises.
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Pour comprendre comment notre planète change, les scientifiques se tournent souvent vers l'océan, un vaste réservoir de chaleur bouillonnant qui dirige les modèles météorologiques et les systèmes climatiques à travers le globe. Lorsque les chercheurs tentent de prédire l'avenir, ils utilisent des modèles informatiques complexes qui simulent l'interaction entre l'atmosphère et l'océan. Cependant, ces modèles ne sont pas parfaits ; ils contiennent souvent de petites erreurs systématiques dans la manière dont ils représentent la température et la salinité de la couche supérieure de l'océan. Ces erreurs peuvent croître avec le temps, conduisant à des prédictions inexactes sur tout, des trajectoires de tempêtes aux précipitations. Pour corriger cela, les scientifiques ont besoin d'un moyen de « pousser » ces modèles vers la réalité en utilisant des observations réelles, un processus connu sous le nom d'assimilation de données. Le défi a été de trouver un ensemble de données qui soit non seulement précis pour le présent, mais qui s'étende également de manière fluide vers le passé et le futur, permettant aux scientifiques de tester comment le système climatique répond à différents niveaux de réchauffement sans l'interférence des erreurs de modèle.
Une équipe de chercheurs a maintenant créé un nouvel ensemble de données de haute qualité conçu spécifiquement pour résoudre ce problème. Ils ont construit un enregistrement détaillé, mois par mois, de la température, de la salinité et de la concentration de glace de mer de la couche supérieure de l'océan pour trois scénarios climatiques distincts : un passé sans réchauffement, le jour présent, et diverses trajectoires futures. L'objectif est de fournir une base propre et corrigée des biais qui puisse être injectée directement dans les modèles climatiques pour améliorer leur précision. En éliminant les erreurs systématiques qui affligent les simulations informatiques standards tout en conservant les changements physiques réels induits par l'activité humaine, ces nouvelles données permettent aux scientifiques de mener des expériences plus fiables. Cela signifie qu'ils peuvent mieux quantifier exactement comment le réchauffement causé par l'homme modifie notre climat, offrant une image plus claire de ce à quoi nous devons nous attendre dans les décennies à venir.
Les chercheurs ont commencé par prendre soixante années d'observations réelles de l'océan, couvrant la période de 1961 à 2020. Ils ont décomposé ces données en trois parties distinctes pour comprendre ce qui se passait. La première partie était l'état moyen de l'océan, les conditions typiques que l'on attendrait pour n'importe quel mois donné. La deuxième partie représentait les changements lents et constants pilotés par des forces externes, telles que l'augmentation des gaz à effet de serre dans l'atmosphère. La troisième partie capturait les fluctuations naturelles et chaotiques qui se produisent au sein même du système climatique, comme les modèles de réchauffement et de refroidissement irréguliers dans l'océan Pacifique. En séparant ces éléments, l'équipe a pu isoler le véritable signal de l'influence humaine du bruit de fond de la variabilité naturelle.
Pour créer une image du monde sans le réchauffement climatique récent, l'équipe a reconstruit un climat « sans réchauffement ». Ils ont pris les fluctuations naturelles des observations réelles et les ont ajoutées à un état climatique de référence qui représentait la période précédant la révolution industrielle, soit environ de 1850 à 1899. Cette reconstruction a abouti à un ensemble de données où la température de surface de la mer à l'échelle mondiale est environ 0,37 degré Celsius plus fraîche qu'aujourd'hui. Cela fournit un point de référence crucial, une version du monde moderne qui ressemble et ressemble à celle d'aujourd'hui, mais qui est dépourvue de la signature spécifique du réchauffement du siècle dernier, permettant ainsi aux scientifiques de comparer les deux directement.
Pour le futur, l'équipe a examiné trois scénarios différents de l'évolution possible de la société humaine, allant de faibles émissions à des émissions très élevées. Ils ont utilisé une vaste collection de modèles climatiques avancés pour estimer comment l'océan changerait selon chacun de ces chemins. Cependant, au lieu de simplement accepter la production brute de ces modèles, qui contiennent souvent les mêmes erreurs mentionnées précédemment, les chercheurs ont appliqué une correction sophistiquée. Ils ont extrait les schémas de changement communs qui apparaissent dans tous les modèles, lesquels représentent la véritable réponse forcée au réchauffement, puis ont appliqué ces schémas à leurs données d'observation corrigées. Cette approche garantit que les ensembles de données futurs reflètent la meilleure compréhension scientifique disponible de la manière dont l'océan va se réchauffer, tout en évitant les erreurs spécifiques que pourraient commettre les modèles individuels.
Une partie critique de ce travail concernait la glace de mer, qui rétrécit dans de nombreuses parties du monde. Dans l'hémisphère nord, les chercheurs ont utilisé une relation entre la température de l'océan et la glace de mer pour estimer comment la couverture de glace changerait dans un monde sans réchauffement, inversant ainsi la tendance à la fonte. Dans l'hémisphère sud, où la relation est plus complexe et plus difficile à modéliser, ils se sont appuyés directement sur les données observées pour le scénario sans réchauffement. Pour les projections futures, ils ont ajusté la couverture de glace de mer pour qu'elle corresponde aux prédictions des modèles climatiques, garantissant que les ensembles de données restent cohérents avec la perte de glace attendue dans un monde en réchauffement.
L'équipe a également prêté une attention particulière à des régions spécifiques où les données standards font souvent défaut, comme la mer du Japon. Ici, ils ont combiné différents types d'observations à haute résolution pour corriger un écart de température connu de plus d'un degré, garantissant que l'ensemble de données soit précis même dans ces zones côtières critiques. Le produit final est une carte tridimensionnelle complète de la couche supérieure de l'océan, descendant jusqu'à 3 000 mètres, disponible pour chaque mois de l'ère préindustrielle jusqu'à la fin du vingt-et-unième siècle.
Cet ensemble de données est maintenant disponible pour que d'autres scientifiques puissent l'utiliser. En injectant ces données corrigées dans leurs propres modèles climatiques, les chercheurs peuvent lancer des simulations qui sont beaucoup plus proches de la réalité. Cela les aidera à mieux comprendre les impacts spécifiques du réchauffement climatique, tels que les changements dans les événements météorologiques extrêmes, l'élévation du niveau de la mer et les modifications des courants océaniques. Ce travail ne fournit pas seulement un instantané du passé ou une supposition sur le futur ; il offre un pont robuste et continu entre les deux, permettant à la communauté scientifique de tester ses théories et d'affiner ses prédictions avec un niveau de confiance qui était auparavant hors de portée.
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