Два исследователя из Техасского университета в Остине, Керри Кук и Эдвард (Нед) Визи, стремятся понять, как изменение климата и его изменчивость повлияют на Малави и другие регионы по всей Африке. Создавая региональные климатические модели, Кук и Визи изучают разнообразные климатические зоны Африки, от муссонных регионов в Западной Африке и Африканского Рога до центральных тропиков и пустынь на севере.«Африка особенно уязвима к изменению климата», — сказал Кук. «Например, если регион Сахеля испытает засуху, подобную нынешней засухе в Техасе и Калифорнии, миллионы людей погибнут. А с глобальным потеплением мы можем ожидать большего числа таких экстремальных явлений, как засухи и сильные дожди.
Мы надеемся, что благодаря лучшему пониманию с помощью моделирования мы можем помочь улучшить прогнозирование и планирование ". Выводы Кука и Визи о том, как изменение климата повлияет на сельскохозяйственный вегетационный период Малави, были недавно опубликованы в журнале Climate Dynamics. Используя данные из отчета о будущем климате из Отчета 5 Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC AR5), чтобы помочь им управлять своими региональными климатическими моделями, два исследователя пришли к выводу, что, вероятно, вегетационный период будет короче, и более раннее завершение вегетационного периода к середине 21 века.
Чтобы разработать целостное представление о том, как климатические условия влияют на вегетационный период, Кук и Визи объединились с группой социологов и исследователей из Университета Малави. В то время как наземная группа работала над сбором данных от местных фермеров, Кук и Визи разработали климатические модели, чтобы изучить изменения в вегетационный период с середины до конца 21 века.
«Во-первых, мы запускаем моделирование управления на сегодняшний день (1989–2008 годы), чтобы мы могли оценить модель, сравнив ее с фактическими данными, чтобы оценить сильные и слабые стороны модели», — сказал Визи. «Затем мы запускаем модель для 20-летних периодов, 2041-2060 и 2081-2100, чтобы получить обзор того, как изменится климат в регионе». Исследователи являются давними пользователями ресурсов Техасского центра передовых вычислений (TACC), который позволяет им запускать свои модели и хранить данные.
На основе законов физики модели рассчитывают свойства компонентов, влияющих на климат, включая тепловую энергию, осадки и динамику атмосферы.«Наше моделирование регулируется семью дифференциальными уравнениями, которые решаются одновременно для каждой точки сетки с временными шагами от трех до пяти минут», — сказал Кук. «Мы также моделируем не только условия на уровне поверхности, но и 20-30 уровней атмосферы. Затем мы будем запускать модель в течение 20-30 лет, чтобы посмотреть на климат — это очень большой расчет, и зачем нам нужен TACC. . "Суперкомпьютер TACC Stampede позволил исследователям решить главную проблему климатологии — получить более высокое разрешение с помощью моделирования. Климатические модели полагаются на сетки ячеек, чтобы получить снимок климата в конкретном регионе.
Чем ближе точки сетки, тем больше региональной климатической информации может предоставить модель. Например, многие глобальные климатические модели IPCC AR5 используют пространственное разрешение 100 километров или более грубое.
Это расстояние не позволяет глобальным моделям адекватно определять региональную топографию или физические процессы, связанные с интенсивными дождями, поскольку эти конвективные системы в основном работают в пространственных масштабах менее 10 километров.«TACC позволил нам достичь гораздо более высокого разрешения — на некоторых моделях расстояние между точками сетки составляет всего три километра», — сказал Кук. «Это позволяет нам лучше понимать физические процессы, влияющие на климат, и помогает нам укрепить уверенность в наших прогнозах модели».
Если прогнозы Кука и Визи о том, как изменение климата повлияет на вегетационный период Малави, верны, это может означать, что существующие типы сельскохозяйственных культур могут оказаться неустойчивыми при использовании одних лишь методов неорошаемого земледелия. Это также предполагает необходимость начать планирование адаптации, чтобы помочь смягчить эффект глобального потепления. «TACC позволил нам достичь гораздо более высокого разрешения — на некоторых моделях расстояние между точками сетки составляет всего три километра. Это позволяет нам лучше понять физические процессы, которые влияют на климат, и помогает нам укрепить уверенность в наших прогнозах модели».
Керри Кук, Техасский университет в ОстинеБлагодаря финансированию НАСА, дуэт также углубляется в климат, сочетая свою региональную модель атмосферы с моделями океана.
Понимание того, как взаимодействуют океанические течения и атмосфера, имеет важные последствия для апвеллинга — явления, при котором холодная вода поглощает питательные вещества, привлекает рыбу и создает крупную рыболовную промышленность на побережье Западной Африки и в других местах по всему миру.Сказал Визи: «Мы выводим нашу работу на новый уровень, чтобы понять, как океан реагирует на изменения в атмосфере, чтобы получить более полное представление о том, как климатическая система планеты перераспределяет тепло и энергию».