21世纪是否存在自然强迫气候预测?

Question

CMIP5提供了1850-2005年期间只考虑自然强迫的模拟，可以与历史模拟进行比较，这使我们能够展示在这段时间内人为强迫是如何影响气候的。

CMIP5还提供了对21世纪的预测，包括一系列允许不同排放情景的rcp。

然而，CMIP5并没有将21世纪的自然强迫进行比较，尽管这将是有用的。这样的模拟存在吗别的地方吗?

我意识到这不是完全可能的，因为像火山这样的自然强迫的数据是不可用的。然而，这些可能是合理的模拟使用随机模型。其他自然强迫，如轨道强迫，在下个世纪可以相当容易地计算。太阳辐照度可能介于两者之间。

如果这样的模拟不存在，用1850-2005年的自然强迫模拟作为21世纪统计模型的基础是否不合理？或者某些自然强迫可能发生重大变化(例如，20世纪的火山不能代表背景，或者轨道强迫可能在下一个世纪发生重大变化?)

Answer 1

你是对的，在CMIP5协议中没有定义未来的自然强迫实验。原因很简单，建模小组认为其他实验更值得他们有限的计算时间。相比之下，更强烈的呼声是进行历史nat和历史ghg实验，这是检测和归因研究所必需的。个别的建模中心可能已经进行了未来的自然强迫实验，但这将是偶然的，并且没有一个实验名称可以将输出提交到CMIP5数据库中。顺便说一句，RCP(所有强迫)实验本身的情况实际上有点不完美，因为未来自然强迫的实现是由每个建模组自行决定的:

5. 建议在对照试验和以后的试验中完全省略火山气溶胶，或者在两次试验中规定使用相同的背景气溶胶。
6. 建议在20世纪和21世纪的模拟中包含一些太阳活动周期的表现形式，尽管这要由建模小组自行决定。

资料来源:Taylor et al(2011)。CMIP5实验设计总结。（pdf）

还有一个问题建议关于未来太阳辐照强迫应如何表示:

在CMIP5中，气候预测是基于静止太阳情景，通过简单地重复第23太阳活动周期(1996年4月至2008年6月)获得的(Lean and Rind, 2009)。

资料来源:Matthes et al(2017)。CMIP6 (v3.2)的太阳强迫，geoosci。型号开发，10,2247-2302，https://doi.org/10.5194/gmd-10-2247-2017

但是，在实践中，组之间做的事情略有不同，因此您通常必须检查输出文件元数据和任何相关的期刊论文，以获得单个模型运行的细节。

这显然不是一个疯狂的问题，因为在CMIP6中已经定义了一些未来的自然强迫实验，尽管是在较低的优先级层。具体来说，检测和归因MIP (DAMIP)包括ssp245-GHG而且ssp245-nat实验，以及火山MIP (VolMIP)有volc-cluster-21C实验。如果你深入研究这些，你会发现未来的太阳变化或多或少是由你所描述的方式推导出来的，即，基于过去变化性训练的一组统计时间序列模型来预测未来。然而，请注意，Matthes等人谨慎地指出，这是一种预测，而不是预测:

到今天为止，预测2300年之前的太阳活动是非常具有挑战性的，如果不是不可能的话。24)接下来发生的事情让我们大吃一惊，这表明我们对太阳活动周期明显缺乏了解。

相反，ssp245-nat中未来的火山强迫将被规定为接近恒定的背景强迫:

火山强迫将在10年内从历史模拟期(2015年)结束时的值逐渐上升到DECK中piccontrol模拟规定的相同恒定值，然后保持固定。

资料来源:O'Neill et al(2016)。CMIP6的场景模型对比项目(ScenarioMIP)。Geosci。型号开发，9,3461-3482，http://doi.org/10.5194/gmd-9-3461-2016

那么为什么不建立一个火山喷发的统计模型呢?这种强迫是幕式的，而不是周期性的，在CMIP模型中被规定为纬度-高度-时间网格上的几个变量。正如你在问题中暗示的那样，仅仅从1850-2005年的记录来看，这是太多的自由度，无法令人满意地确定下来。即使可以做到，你也会遇到如何使用统计模型的问题，因为每个气候模型只会对特定的预测进行一些实现。您是生成一个供所有模型共享的场景，还是让每个组使用统计模型生成自己的场景?无论哪种方式，你都无法探索足够的参数空间，以避免最终得到一个包含年变异性的CMIP6集合，它受到强迫极不可能发生的情景的强烈影响。

据我所知，目前的假设是，火山强迫是静止的，在不知道未来爆发顺序的情况下，它对海洋热含量等缓慢变化的气候成分的影响最好用恒定的平均强迫来表示。