RIVM_Logo

Linking IMAGE and ECBILT

Linking IMAGE en ECBILT

Publiekssamenvatting

De ontwikkeling van scenario's met een expliciete tijdsafhankelijkheid is cruciaal voor een goede inschatting van de moegelijke gevolgen van klimaatverandering. Daarnaast vereist een adequate behandeling van terugkoppelingen een geografisch expliciete beschrijving van de interactie tussen klimaat en biosfeer. Met de huidige versie van IMAGE 2 (Integrated Model to Assess the Greenhouse Effect) is dit maar beperkt mogelijk. De dynamiek op tijdschalen korter dan op de decennium schaal wordt niet adequaat beschreven. Een belangrijk deel van de tekortkomingen van IMAGE in dit opzicht bevindt zich in het huidige gebruikte klimaatmodel. Dit eenvoudige model is niet in staat om mondiaal een 3-dimensionaal klimaat dynamisch te simuleren en zal daarom moeten worden vervangen. Dit rapport beschrijft in het kort de relevante aspecten van IMAGE 2 en het nieuwe klimaat model ECBILT. ECBILT is speciaal ontwikkeld voor onderzoek naar klimaatvariabiliteit en -voorspelbaarheid en is relatief weinig reken-intensief, maar bevat wel alle relevante fysica en dynamica voor een adequate beschrijving van 3-dimensionale klimaatvariabiliteit en -patronen.Het is dus een ideaal gereedschap om interacties en terugkoppelingen te onderzoeken in het klimaatsysteem zelf en in het gekoppelde Samenleving-Klimaat-Biosfeer systeem, zoals dat in IMAGE 2 wordt beschreven. Dit is een van de onderzoeksdoelstellingen van het IMAGE-2 project. De taken die voortvloeien uit het integreren van ECBILT in IMAGE 2 zullen besproken worden. Speciale aandacht zal besteed worden aan de herziening van de biochemie van de oceaan, de afhankelijkheid van kortgolvige stralingsbalans van sulfaat aerosolen, de grenslaag dynamica en de interacties tussen de atmosfeer en het landoppervlak, het onderling consistent maken van de hydrologische cyclus in de verschillende (toekomstige) delen van IMAGE 2 en het herzien van de berekeningen van verwachte zeespiegelstijging. IMAGE 2 berekent veranderingen in emissies en atmosferische samenstelling. De eerste link tussen IMAGE 2 en ECBILT is een stralingsschema dat langgolvige stralingsfluxen bepaalt en de effecten van veranderingen in atmosferische samenstelling op de stralingsbalans simuleert. De berekende stralingsforcering wordt door ECBILT gebruikt als een van de randvoorwaarden van de dynamische simulatie van klimaatverandering. In dit rapport wordt de nieuwe stralingsmodule beschreven, gevalideerd en getest. Het doel van het model is om langgolvige stralingsfluxen te berekenen op de verticale modelniveau's van ECBILT. Hierbij wordt uitgegaan van gegevens over atmosferische en aardoppervlak temperatuur, vochtigheidsgraad, bewolkingsgraad en concentraties van ozon en de mondiaal goed gemengde broeikasgassen. Een geavanceerd stralingsmodel, zoals bijvoorbeeld wordt gebruikt in de meest geavanceerde General Circulation Models (GCMs, mondiale klimaat modellen), is te reken-intensief voor onze toepassingen. De gekozen oplossing is linearisatie van een dergelijk stralingsmodel rond atmosferische referentie profielen. Afwijkingen t.o.v. deze referentie profielen beinvloeden de fluxen via gevoeligheidscoefficienten voor elke variabele (temperatuur, etc.). De waarden van deze coefficienten zijn bepaald in het linearisatie-proces. Het gelineariseerde stralingsschema geeft goede resultaten wanneer het vergeleken wordt met het originele model en met waarnemingen, zeker gezien de lage verticale resolutie van de variabelen in ECBILT. Een versie van het gelineariseerde model waarin drie wolktypen gebruikt worden geeft aanmerkelijk betere resultaten dan een vrsie waarin slechts een "gemiddeld" wolktype wordt gebruikt. In het gelineariseerde model beinvloeden variabelen de stralingsfluxen onafhankelijk van elkaar. Dit is een nadeel dat eigen is aan een lineaire benadering. Absorptiebandoverlap effecten van bijvoorbeeld methaan en lachgas worden niet meegenomen in deze versie van het gelineariseerde model. Dergelijke effecten worden beter beschreven door een meer procesmatig model. Bovendien kan van een lineair model verwacht worden dat het minder goede resultaten levert wanneer het toegepast wordt op een klimaattoestend die sterk afwijkt van die van het referentie klimaat. De eerste tests, waarin het nieuwe stralingsschema is ingebouwd in ECBILT, tonen echter aan dat het ook naar tevredenheid functioneert in een afwijkend, maar realistisch gezien mogelijk klimaat. Dit vergroot ons vertrouwen in het model als de eerste en belangrijke link tussen IMAGE 2 en ECBILT.

Synopsis

Scenarios with an explicit time-dependence are crucial for an adequate assessment of the impacts of climatic change. Furthermore, an effective treatment of feedbacks requires a geographically explicit description of the interactions between climate and biosphere. The present version of IMAGE 2 (Integrated Model to Assess the Greenhouse Effect) is limited in its ability to represent such interactions and dynamic behaviour. Several of the inadequacies of IMAGE 2 are related to the climate model, especially its inability to describe interdecadal variability. Lacking this aspect, IMAGE 2 is less suited to treat the interactions between climate and biosphere on these time scales. The simple climate model is uncapable to dynamically describe the 3-dimensional climate patterns and should therefore be replaced. This document evaluates the requirements and desired aspects of an improved climate model for IMAGE 2 and introduces a new climate model, ECBILT, which will be used for in a new version of IMAGE. Relevant issues for linking ECBILT with the other components of IMAGE 2 are described.The first link established between IMAGE 2 and ECBILT is a radiation scheme, which determines long-wave radiation fluxes as a function of atmospheric composition. Calculated changes in radiative forcing form a boundary condition for ECBILT to dynamically simulate climatic change. In the report the model is validated and additional tests are described. A state-of-the-art radiation model, like the ones used currently in the most advanced GCMs (General Circulation Models), is computationally too demanding for our purposes. Therefore, we have linearised such an advanced radiation model around reference profiles for the atmosphere. The new radiation scheme was found to perform well when compared to the original radiation scheme and to observations, especially considering the coarse vertical resolution of climate variables available from the ECBILT model. Of the two versions developed, a three-cloud-type version was shown to perform better than a one-cloud-type version, especially in the tropics. In our approach, input variables influence the radiative transfer independent of each other. This disadvantage is inherent in linear approximation. As a result, for example, the effects of overlapping absorption bands of methane and nitrous oxide are not considered in the current version. A more process-based model would do better in capturing such features. Also, such a model is expected to perform less reliably when applied to a non-analogue climate state.However, preliminary tests of implementing the new long-wave radiation scheme in ECBILT have shown that it does perform satisfactorily under such non-analogue conditions as well, supporting our confidence in the new model as an adequate link between IMAGE 2 and ECBILT.
 

Home / Documenten en publicaties / Linking IMAGE and ECBILT

RIVM De zorg voor morgen begint vandaag
Menu