Kaip branduolinių ginklų tyrimai atskleidė naujas klimato grėsmes

Po to, kai atmosferos mokslininkė Ivana Cvijanovic ėmė stumti kompiuterizuotą klimato modeliavimą iki galo, ji pastebėjo nerimą keliantį rezultatą: Arkties jūros ledui beveik išnykus, už tūkstančių mylių nuo vakarinės JAV pakrantės susikūrė didžiulės aukšto slėgio sistemos.

Atmosferos kalnagūbris užblokavo dideles audras, vykstančias į Kaliforniją, ir sumažino kritulių kiekį. Cvijanovičiaus modelis rodo, kad Šiaurės ašigalio vasaros jūros ledui nykstant, kaip ir tikėtasi per ateinančius kelis dešimtmečius, jis gali atsukti čiaupą Centrinio slėnio ūkininkams, Siera Nevados slidinėjimo kurortams ir miestams visoje daugiausiai gyventojų turinčioje šalies valstijoje (žr. Pokyčiai pradėjo suktis nekontroliuojami ).

Klimato mokslininkė Ivana Cvijanovic atliko lauko darbus Aliaskos šiauriniame šlaite kaip savo doktorantūros tyrimo dalį.

Rezultatai, paskelbta in Gamtos komunikacijos gruodį taip pat rodo, kad mažėjantis jūros ledas galėjo turėti įtakos itin brangiai kainuojančiai sausrai, kuri Kaliforniją kankino didžiąją šio dešimtmečio dalį. Tai lėmė juokingai elastinga ketera, labai panaši į tą, kurią numato Cvijanovičiaus modeliavimas.

Klimato modeliai dažnai išjuokiami kaip nepatikimi sudėtingų Žemės sistemų aproksimacijos, ypač tarp klimato kaitos neigėjų. Tačiau dėl skaičiavimo galios pažangos, daugiau planetinių komponentų įtraukimo ir kitų techninių pažangų šie modeliai tampa neįtikėtinai galingi.

Jie gali vis labiau nuspėti, kaip visuotinis atšilimas jau keičia planetą ir kaip tai gali padaryti ateityje. Visų pirma, patobulinimai padeda mokslininkams išsiaiškinti sudėtingus mechanizmus, lemiančius ekstremalius oro reiškinius.

Cvijanovičius daugelį metų bandė tyrinėti mįslingus ryšius tarp tirpstančio ledo ir tolimų kritulių pokyčių. Tačiau standartiniai klimato modeliai nepasiūlė būdo realistiškai imituoti procesus, kol neseniai nebuvo pasiektas proveržis iš mažai tikėtino šaltinio: branduolinių ginklų tyrimų.

Vėl vartyti monetą

2014 m. Kalifornijos Lawrence'o Livermore'o nacionalinėje laboratorijoje Cvijanovič smalsumas įgavo naują aktualumą. Dviem vasaromis anksčiau Arkties jūros ledas ištirpo daug greičiau, nei tikėjosi mokslininkai. Beveik penki milijonai kvadratinių mylių ledo dingo iš piko laikotarpio kovo pabaigoje – tai didžiausias kada nors užfiksuotas nuostolis.

Susijusi istorija

Lydintis pasakojimas Geresnės technologijos, metodai ir dalijimasis duomenimis leido mokslininkams išbandyti naujus eksperimentus arba tiesiog atlikti daug daugiau jų.

Tai buvo ryškus ženklas, kad klimato modeliuose ir baisesnėje spektro pusėje kažkas negerai.

Klimato modeliai yra programinės įrangos modeliavimas, kuriuo įvertinama, kaip Žemė reaguoja į įvairius poveikius, pvz., didžiulį anglies dioksido išmetimo padidėjimą, vykdydama matematines lygtis, kurios geriausiai supranta fizikinius dėsnius. Jie apskaičiuoja, kaip besikeičiančios sąlygos svyruoja per laiką ir erdvę, paversdamos vandenynus, paviršių ir atmosferą 3D dėžučių tinkleliu. Per pastaruosius kelis dešimtmečius modelių skiriamoji geba labai padidėjo: kiekvienos dėžutės plotas sumažėjo nuo 500 kvadratinių kilometrų iki mažiau nei 25, kai kuriais atvejais, net jei modeliuose buvo aerozolių, jūros ledo, augmenijos ir kitų tarpusavyje susijusių veiksnių. .

Tačiau dėl visų šių didžiulių patobulinimų kartais vis dar yra didelių atotrūkių tarp to, ką modeliai prognozuoja, ir to, kaip elgiasi realus pasaulis, nes tai pabrėžė dramatiškas jūros ledo praradimas (žr. Kodėl klimato modeliai nėra geresni).

Šis įvykis ypač patraukė Lawrence'o Livermore'o mokslininko Donaldo Lucaso dėmesį. Jis buvo laboratorijos klimato tyrėjų ir branduolinių ginklų modeliuotojų komandos narys, kuris anksčiau bendradarbiavo trejus metus trukusiame projekte, siekdamas pagerinti pasitikėjimo klimato modeliavimo rezultatais lygį.

Lawrence'o Livermore'o mokslininkas Donaldas Lucasas vadovavo tyrimams, siekiant suprasti, kodėl Arkties jūros ledas tirpsta greičiau, nei prognozavo klimato modeliai.

JAV nerengė bandomųjų branduolinių ginklų sprogdinimų nuo 1992 m., todėl jos turi pasikliauti patikrinimais ir modeliavimu, kad įvertintų senstančių atsargų patikimumą. Lawrence'o Livermore'o mokslininkai jau seniai naudojo laboratorijos superkompiuterius, kad imituotų medžiagų, tokių kaip plutonio, skilimą ir padėjo sukurti naujus tikrumo lygių apskaičiavimo būdus.

Užuot paleidę modeliavimą vieną kartą, jie kartoja jį daug kartų, šiek tiek pakoreguodami tam tikrus kintamuosius, kad sukurtų daugybę galimybių. Iš ten mokslininkai gali apskaičiuoti statistinę tam tikrų rezultatų tikimybę, iš dalies remdamiesi tuo, kaip dažnai jie atsiranda rezultatuose ir kaip jie atitinka fizinių patikrinimų duomenis.

Grįžkite atgal ir vėl išmeskite monetą, – paaiškina Lukas. Tai darote kelis kartus ir sukuriate išvesties tikimybės pasiskirstymą.

Susijusi istorija

Susijusi istorija Gaisrai nusiaubė Vakarus, uraganai siaubė Rytus, tačiau išmetamųjų teršalų kiekis ir toliau didėjo.

Jis ir jo kolegos nusprendė taikyti tą patį požiūrį į klimato modelius, rašydami programas, kurios padėtų koreguoti daugybę parametrų viešojo klimato modelio šaltinio kode. Jie beveik trejus metus naudojo apie pusę superkompiuterio Lawrence'o Livermore'e, sukurdami 100 000 metų modeliavimą pagal įvairius klimato scenarijus.

Tačiau 2012 m. vasarą Lucas suprato, kad net ir tie rezultatai buvo gerokai mažesni, nei buvo galima numatyti iš tikrųjų įvykusį Arkties jūros ledo praradimą. Taigi jis su kolegomis ėmėsi dar vieno modeliavimo eksperimento, daugiausia dėmesio skiriančiam jūros ledui. Pasikonsultavusi su ekspertais dėl galimų kintamųjų ir pakeitusi šiuos parametrus, jo komanda sugebėjo imituoti kur kas daugiau Arkties jūros ledo išnykimą, priartėjusį prie tikrovės.

Trys kintamieji sudarė 95 procentus pokyčio. Dvi iš jų nurodė ant jūros ledo esančių sniego dalelių dydį, o tai turi įtakos tam, kiek saulės spindulių atsispindi. Paskutinis, žinomas kaip sniego šilumos laidumas, iš esmės apibrėžia, kaip greitai šiluma gali judėti per ledą. Kaip ir kiti du kintamieji, komandai skirtame ledo modelyje jis paprastai traktuojamas kaip konstanta. Tačiau šiuo atveju mokslininkai jį perjungė diapazone, atspindinčiame jo realų kintamumą.

Lukas nustoja pasakyti, kad jūros ledo modeliuose jie tiksliai nustatė trūkstamas dėlionės dalis. Tačiau, atsižvelgdami į daugybę tikėtinų variantų, matome, kad galime paaiškinti daugumą, bet ne visus, skirtumus tarp stebėjimų ir [jūros ledo modelio] modeliavimo, sakė jis el.

Lucas tikrina naujus superkompiuterius Lawrence'o Livermore laboratorijoje.

Tobula sąranka

Eksperimentas taip pat sukūrė daug tikslesnį įrankį Cvijanovičiui, kad galėtų ištirti klausimą, kurį ji ilgai svarstė: kodėl senovės spartaus atšilimo laikotarpiai Šiaurės pusrutulyje, žinomi kaip Dansgaardas – Oeschgeris įvykiai, atrodo, sutampa su dramatiškais kritulių poslinkiais tropikuose?

Baigiantis doktorantūros darbui Kopenhagos universitete, 2011 ir 2012 m., Cvijanovič priklausė modeliavimo grupei, kuri bandė suprasti šiuos staigius klimato pokyčius, akivaizdžius Grenlandijos ledo šerdies mėginiuose.

Ji atliko keletą grubių bandymų ištirti šiuos ryšius, modeliavimuose pridėdama energijos srautus, kurie iš esmės padidino jūros ledo praradimą dirbtiniais būdais. Tačiau jos kolegos darbas Lawrence'o Livermore leido jai realiau modeliuoti ekstremalų ledo praradimą, pakeitus parametrus pagal galimą gamtos kitimo lygį.

Tai buvo tobula sąranka, sako ji. Jūs nedarote nieko nefizinio; jūs neapgaudinėjate stebėdami šį jūros ledo praradimą.

Cvijanovičius sutelkė dėmesį į tris kintamuosius, kurie, kaip nustatė Lucas darbas, turėjo didžiausią poveikį. Ji paleido modelį keliasdešimt kartų, galiausiai padidindama tuos kintamuosius iki tolimiausio jų diapazono galo. Kartais vienai Lawrence'o Livermore'o superkompiuterių analizei atlikti prireikdavo visos savaitės, todėl procesas truko mėnesius. Tačiau ilgainiui ėmė susidaryti aiškus vaizdas.

Mažai ledo, atspindinčio šilumą atgal į kosmosą, regionas nuolat šyla. Nedidelis šios papildomos šilumos kiekis pasiekia atogrąžų regionus, tačiau to pakanka, kad sukeltų vėjo ir kritulių pokyčius, kurie pakeistų konvekciją ir cirkuliaciją. Jie savo ruožtu atmosferoje sukuria didžiules aukšto ir žemo slėgio zonų bangas, suformuojančias nuolatinį kalnagūbrį, kuris nusileidžia šiaurinėje Ramiojo vandenyno dalyje. Ši savybė nukreipia audras į šiaurę, toliau nuo Kalifornijos ir Aliaskos bei Kanados link.

Tai buvo sunkus eksperimentas, priklausantis nuo daugelio metų kolektyvinio klimato modeliavimo technologijų ir metodų tobulinimo. Kiti mokslininkai teigia, kad reikia daugiau darbo, kad būtų galima patikrinti radinius ir nustatyti, kaip kiti procesai gali padidinti arba sumažinti tirpstančio Arkties jūros ledo poveikį. Tačiau modeliavimas suteikė pirmųjų tikrų įrodymų apie teorinį ryšį tarp ledo praradimo ir tolimų sausrų, ir tai skambėjo aiškus įspėjimas apie Kalifornijoje gresiančius pavojus.

paslėpti