Ce sunt sistemul Pământului și modelele climatice?

De

Modelele sistemului Pământului și modelele climatice sunt o integrare complexă a variabilelor de mediu utilizate pentru înțelegerea planetei noastre. Modelele sistemului Pământului simulează modul în care chimia, biologia și forțele fizice lucrează împreună. Aceste modele sunt similare, dar mult mai cuprinzătoare decât modelele climatice globale.

Pentru a înțelege modelele sistemului Pământului, vă ajută să înțelegeți mai întâi modelele climatice globale. Clima este modelul pe termen lung al variabilelor vremii. Include temperatura, ploaia și ninsorile, umiditatea, lumina soarelui și vântul și modul în care acestea apar pe parcursul mai multor ani. Modelele climatice explică modul în care aceste variabile se pot schimba folosind analize matematice bazate pe fizica modului în care energia, gazele și fluidele se mișcă, combinate cu măsurători luate din experimente, laboratoare și alte observații din lumea reală.

Modele ale sistemului Pământului

Modelele sistemului Pământului includ multe componente și procese interdependente pentru a ne ajuta să înțelegem planeta noastră. Credit: Imagine prin amabilitatea lui Paul Ullrich, Universitatea din California, Davis

Modelele climatice includ:

  • Atmosfera incluzând nori, aerosoli și gaze.
  • Suprafața terenului și modul în care este acoperită de vegetație, zăpadă și gheață, lacuri și râuri și sol.
  • Gheața mării și oceanele.
  • Cum toate aceste componente stochează și mută căldura și carbonul care încălzesc atmosfera Pământului.

Modelele climatice globale tratează Pământul ca pe o grilă uriașă. Dimensiunea fiecărei celule din grilă este determinată de puterea computerului care rulează modelul. La fel ca un joc video, rezoluția mai mare necesită un computer mult mai puternic.

Modelele sistemului Pământului includ toți factorii din modelele climatice. Dar, oricât de complexă este clima, ea este doar o parte a unui sistem Pământesc și mai complex. Scopul modelelor sistemului Pământului este de a înțelege modul în care Pământul funcționează ca un sistem de părți interdependente. Aceste părți includ procesele fizice, chimice și biologice care interacționează pentru a modela planeta noastră și organismele de pe ea. Știința sistemului Pământului este multidisciplinară, bazându-se pe știința atmosferică, oceanografie, ecologia ecosistemelor, microbiologia solului, analiza multisectorială și disciplinele științifice de bază ale matematicii, chimiei și fizicii.

Modelele sistemului Pământului pot ajuta la înțelegerea și furnizarea de informații esențiale despre disponibilitatea apei, secetă, climă și temperaturi extreme, calotele de gheață și nivelul mării și schimbarea utilizării terenurilor. Ele îi ajută pe oamenii de știință să înțeleagă modul în care plantele, oamenii, animalele și microbii contribuie și sunt afectați de clima Pământului. De exemplu, diferite plante absorb dioxidul de carbon în rate diferite. Peisaje diferite — gheață, oceane, vegetație naturală, terenuri agricole sau orașe — pot schimba modul în care pământul absoarbe sau reflectă lumina soarelui. Pe măsură ce temperaturile și precipitațiile se modifică, plantele răspund, schimbând echilibrul carbonului și radiațiilor atmosferice. În ocean, modelele de circulație modifică cantitatea de plancton și alge marine.

Acești factori funcționează pe mai multe scale de timp. Sahara pare să se fi schimbat înainte și înapoi de la umedă la uscată de-a lungul a mii până la zeci de mii de ani. Plantele dintr-o Sahara umedă absoarbe lumina soarelui și stochează carbon, în timp ce Sahara uscată reflectă lumina soarelui și stochează puțin carbon. Acești factori funcționează, de asemenea, la intervale de timp foarte scurte, cum ar fi expansiunea rapidă a orașelor în anii 20al secol în pământ acoperit anterior de plante, schimbând modul în care pământul reflectă și stochează căldura și carbonul. Procesele chimice din eroziunea lentă a rocii pot elibera praf în atmosferă, captând mai multă căldură în aer. Procesele chimice scurte, cum ar fi poluarea din industrie și funinginea de la incendiile forestiere pot avea efecte similare.

Deoarece modelele sistemului Pământului pot include efectul deciziilor umane, acestea sunt instrumente utile pentru planificarea unor lucruri precum infrastructura, producția și utilizarea energiei și utilizarea peisajului. De exemplu, un model de sistem Pământ ar putea ajuta un oraș de coastă să planifice unde să construiască o nouă autostradă pentru a se asigura că noua autostradă nu este inundată dacă uraganele devin mai severe ca răspuns la schimbările climatului global.

Modelarea întregului Pământ sau a climei Pământului cu suficientă[{” attribute=””>accuracy is challenging for scientists. One solution is to create more powerful computers that can produce high resolution models with sophisticated ways of representing real-world variables. Another is reduced complexity models. These reduced complexity models provide lower resolution climate information but are easier and faster to run. This makes them perfect for research questions that do not require the detailed data provided by Earth system models. Researchers also use simplified models to quickly test narrow hypotheses about the planet. Researchers can also use focused multisector dynamic models to explore the interactions and interdependencies among specific human and natural systems.

Fast Facts

DOE Office of Science: Contributions to Earth Systems and Climate Models

The Department of Energy (DOE) Office of Science Biological and Environmental Research (BER) program supports Earth systems and climate modeling through several related efforts. The Earth and Environmental Systems Modeling program (EESM) develops and applies models to increase scientific understanding of the factors in the integrated Earth system. It works on research as diverse as infrastructure planning and the development of advanced representations of the Earth. To build the computer codes needed to run complex Earth system and climate models on DOE’s fastest computers, DOE supports the Energy Exascale Earth System Model (E3SM) project through the BER Earth System Model Development (ESMD) program. The E3SM is a massive computer model of the planet designed to work on DOE’s Leadership Computing Facility supercomputers. E3SM will provide scientists and policymakers with predictions of the changing Earth system at the spatial resolutions necessary to make informed decisions. Finally, DOE’s Regional and Global Modeling Analysis (RGMA) program advances capabilities to design and analyze global and regional Earth system model simulations.

Leave a Comment