More information about the project "Amending North Atlantic Model Biases to Improve Arctic Predictions - NAtMAP" can be found on the international project website here.

 Postępująca redukcja lodu morskiego w Arktyce otwiera nowe możliwości dla działań człowieka w tym niedostępnym do tej pory rejonie. Działania te mają potencjalnie wysoką wartość ekonomiczną i społeczną, zależą one jednak w dużym stopniu od wiarygodnego prognozowania warunków klimatycznych. Obecnie dostępne modele klimatyczne charakteryzują się dużymi niedokładnościami (biases) w rejonie Północnego Atlantyku, co poważnie ogranicza możliwości poprawnej predykcji klimatu Arktyki.

W projekcie NAtMAP podejmujemy wspólny wysiłek badawczy, poświęcony zrozumieniu mechanizmów odpowiedzialnych za niedokładności modeli klimatycznych w rejonie Północnego Atlantyku oraz ich wpływu na prognozowany klimat Arktyki, w szczególności zmiany pokrycia Oceanu Arktycznego lodem morskim. W projekcie NAtMAP naukowcy z Niemiec, Rosji i Polski o uzupełniających się specjalnościach blisko współpracują, mając na celu poprawę predykcji klimatu Arktyki poprzez zmniejszenie niedokładności, jakie współczesne modele klimatyczne reprodukują powszechnie w północnej części Oceanu Atlantyckiego.

Długoterminowa przewidywalność systemu klimatycznego Arktyki zależna jest od wielu składowych klimatu Ziemi i w wielu przypadkach rzeczywiste zmiany maskowane są przez niedokładności predykcji modeli numerycznych. Głównym celem projektu jest zwiększenie wiarygodności modeli klimatycznych w rejonie Arktyki i Północnego Atlantyku dla ulepszenia predykcji zmian klimatu w rejonach arktycznych. Dla osiągnięcia tego celu niezbędne jest lepsze zrozumienie przyczyn i mechanizmów, odpowiedzialnych za powstawanie niedokładności (biases), powtarzających się w wielu globalnych modelach klimatu. Osiągnięcie tego celu możliwe jest tylko poprzez szczegółową analizę oraz oparte na niej stopniowe usuwanie przyczyn powstawania niedokładności. Projekt NAtMAP skupia się na dynamice kluczowych rejonów, które zasadniczo wpływają na procesy współoddziaływania i sprzężeń zwrotnych między Północnym Atlantykiem a Arktyką. Projekt ma na celu nie tylko osiągnięcie zwiększonej wiarygodności modeli klimatycznych, ale również głębsze zrozumienie procesów kształtujących wzajemne oddziaływanie Północnego Atlantyku i Arktyki oraz ich wpływ na przewidywalność zmian klimatu w rejonach arktycznych.

Dla osiągnięcia tego celu zaplanowano w projekcie wykorzystanie dwóch uzupełniających się metodyk badawczych, opartych na wykorzystaniu trzech globalnych sprzężonych (atmosferyczno-oceaniczno-lodowych) modeli klimatycznych. Pierwsze podejście oparte jest na wykorzystaniu nieregularnych (adaptacyjnych) siatek modelu dla zwiększenia poprawności cyrkulacji reprodukowanej przez model w kluczowych rejonach oceanicznychprzy użyciu siatki lokalnie zwiększonej, o bardzo wysokiej rozdzielczości przestrzennej (odwzorowującej wiry). Poprzez zachowanie umiarkowanej rozdzielczości w pozostałych rejonach, możliwe jest obliczeniowo efektywne rozwiązywanie modelu w skali globalnej. Zaplanowane symulacje modelowe prowadzone będą przy użyciu modelu FESOM2.0, rozwiniętego w ostatnich latach w Instytucie Alfreda Wegenera (AWI). Drugie podejście metodyczne opiera się na badaniu reakcji niedokładności modeli w Północnym Atlantyku oraz ich zmienności w Arktyce na wybór oraz lepsze dopasowanie parametryzacji procesów fizycznych w modelu klimatycznym INMCM4 typu CMIP, stworzonego w Instytucie Matematyki Numerycznej RAS (INM), o rozdzielczości umożliwiającej reprodukcję wirów (rozdzielczość rzędu 1/6 do 1/8 stopnia w oceanie).

Ocena jakościowa i ilościowa stopnia ulepszenia modeli klimatycznych, zastosowanych w projekcie NAtMAP, dokonywana będzie przez IOPAN przez szczegółową ewaluację wyników symulacji numerycznych przy użyciu uzupełniających się zbiorów danych obserwacyjnych, obejmujących długoterminowe pomiary in-situ w oceanie i atmosferze oraz bogaty zestaw osiągalnych danych satelitarnych. Wyniki z podstawowych i ulepszonych wersji modeli FESOM2.0 i INMCM4/5 będą analizowane metodami statystycznymi, a walidacja modelu będzie przeprowadzona na podstawie porównania wybranych parametrów z pomiarami in situ oraz danymi z pomiarów satelitarnych z rejonu Północnego Atlantyku i Arktyki.

Prace w projekcie obejmują: (i) analizę zastosowania siatek obliczeniowych o zmiennej dyskretyzacji w celu osiągnięcia wysokiej rozdzielczości w wybranych rejonach, (ii) zbadanie wpływu wyboru i dopasowania krytycznych parametryzacji procesów fizycznych na wielkość niedokładności w modelach klimatycznych Północnego Atlantyku i zmienność klimatu w rejonie Arktyki oraz (iii) ocenę ulepszeń modeli klimatycznych, wykorzystywanych w projekcie, poprzez ich szczegółową ewaluację przy użyciu danych obserwacyjnych.

Głównym celem projektu jest zdobycie nowej wiedzy, która może być ogólnie wykorzystana w modelach klimatycznych dla stworzenia lepszych systemów predykcji arktycznych. Lepsze zrozumienie wzajemnych oddziaływań pomiędzy Północnym Atlantykiem i Arktyką oraz mechanizmów odpowiadających za powszechne niedokładności modeli klimatycznych w północnej części Oceanu Atlantyckiego przyczyni się również do ulepszenia globalnych modeli klimatu.