Характерные, ежедневные колебания температуры (Т) и осадков (Р) при изменении по времени и статистическом описании являются ключевым компонентом климата.
Изменчивость T и P уникальна для каждого региона Земли, обусловлена широким спектром невозмутимых атмосферных процессов и их связью с поверхностью суши, океанами и криосферой.
Со временем средства и формы этих распределений могут меняться из-за неразвернутых режимов изменчивости в различных временных масштабах или вследствие вынужденных изменений, таких как увеличение средней глобальной температуры поверхности (GMST) в результате суммы антропогенных выбросов.
В настоящее время все более частыми становятся значения температуры и осадков, превышающие диапазон исторических колебаний.
Хотя влияние изменений приземной температуры на средние величины климата и экстремальные климатические изменения являются активными областями исследований, еще не ясно, насколько эти изменения связаны с вынужденными изменениями в средней климатологии, и насколько их можно отнести к внутренней изменчивости климата.
Кроме того, по мере изменения GMST могут изменяться и процессы, лежащие в основе внутренней изменчивости в меньшем пространственном и временном масштабе.
Известно, что изменения среднего климата проецируются на модели стохастической или эпизодической изменчивости, такие как модели атмосферной циркуляции. Например, североатлантическое колебание (NAO) было определено в качестве ведущего режима наблюдаемых зимних тенденций температуры в Европе, указывающего на связь между европейской изменчивостью и NAO.
Воздействие изменений климата, будь то вынужденное или предполагаемое, обычно оценивается количественно через изменения в средствах и экстремальных значениях T, P и других ключевых переменных погоды.
Однако для полной оценки рисков, связанных с изменением климата, также требуется знание всех функций плотности вероятности (PDF) этих величин. Количественная оценка PDF может иметь решающее значение для обсуждения устойчивости общества и природных экосистем к изменению климата, поскольку они содержат информацию об ожидаемой погоде, которая не видна из среднего значения распределения или хвостов, а связана с изменением их общей формы.
Такие региональные и сезонные изменения, сопровождающиеся изменениями в средствах и формах PDF, в настоящее время менее изучены, чем изменения в средствах и экстремальных явлениях.
Одна из причин этого заключается в том, что, как правило, для отделения принудительного сигнала от внутренней изменчивости требуется большой объем данных.
В последние годы были разработаны различные подходы к количественной оценке изменчивости и ее влияния на средства и экстремальные явления. Инструментом, который недавно стал доступен и который хорошо подходит для изучения связей между не разведенной изменчивостью и вынужденными изменениями, является большое комплексное моделирование (LES), или комплексы исходных условий.
В модели LES моделирование множественных переходных процессов в глобальном климате выполняется с различиями только через возмущение исходных динамических условий в пределах числовой неопределенности.
В недавнем исследовании использовали моделирование LES из двух климатических моделей для количественной оценки изменчивости климатических тенденций в Северной Америке в течение следующих 50 лет и обнаружили, что изменения осадков в большей степени подвержены неопределенностям, связанным с изменчивостью, чем изменения температуры.
Аналогичный анализ показал, что изменчивость NAO вносит существенную неопределенность в будущее изменение климата в Европе. Также было обнаружено соответствие между регионами с наибольшими изменениями колебаний температуры и самым сильным увеличением экстремальных тепловых явлений в Европе.
По-прежнему отсутствует полная, последовательная количественная оценка разрешенных на региональном и сезонном уровне суточных PDF формата T и P, рассчитанных с помощью последней Модели системы Земли.
Такие PDF рассматриваются как показатели реализации внутренней суточной изменчивости, прогнозируемой данной конкретной климатической моделью. Этот подход отличается от оценки суточной изменчивости шкалы, основанной на выборе различных моделей, например, при использовании полного набора моделей, которые могут быть запутаны различиями в конфигурации и настройке параметров моделей.
Цель анализов в данной области заключается в том, чтобы использовать наличие большого количества симуляций для изучения региональной и сезонной изменчивости климата и того, как она изменяется в связи с глобальным потеплением.
Ключевой задачей в таком случае становится построение функций плотности вероятности суточной температуры и осадков, а также количественная оценка их изменения относительно доиндустриального состояния климата по форме и перекрытию.
В качестве последствий, которые могут быть особенно заметны даже при низких уровнях глобального потепления (1,5 или 2 °C), можно выделить:
- изменения осадков в зимнее время в США и Восточной Азии в летнее время,
- изменения температуры зимой и осенью в Европе и Арктике.
В Африке и Южной Америке сезоны определяются, когда суточные осадки становятся более изменчивыми при более теплом климате, даже при незначительных изменениях в региональных показателях.