Klimaatprojecties van KMI en UGent gepubliceerd voor internationaal klimaatonderzoek

Het KMI werkte de voorbije twee jaar, in samenwerking met de Universiteit Gent, aan een ambitieus project: Europese klimaatprojecties berekenen op hoge resolutie. Het regionale klimaatmodel ALARO-0 van het KMI simuleerde het klimaat zowel voor een historische periode als voor verschillende toekomstscenario’s, tot en met het jaar 2100. Het resultaat van deze simulaties is nu gevalideerd en gepubliceerd op de website van ESGF (Earth System Grid Federation). De gegevens in dit klimaatarchief worden wereldwijd gebruikt door wetenschappers en beleidsmakers, voor klimaatonderzoek en voor de rapporten van het IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change).

 

Van globale naar regionale klimaatmodellen

Globale klimaatmodellen bieden klimaatprojecties met een resolutie van 100 à 200 km. Het is op basis van deze klimaatprojecties dat de globale klimaatverandering onderzocht kan worden, in het bijzonder de invloed van toenemende concentraties aan broeikasgassen op de temperatuur van de atmosfeer. Om echter een beeld te kunnen vormen van de lokale impact van het veranderende klimaat, is een model met meer detail of een hogere resolutie, noodzakelijk. In het bijzonder voor neerslag en extreme weersomstandigheden biedt een model met meer detail een grote meerwaarde. Zo’n gedetailleerd, regionaal klimaatmodel wordt gekoppeld aan een globaal klimaatmodel, en “zoomt” als het ware in op een bepaalde regio. Dit proces wordt neerschalen (Engels: downscaling) genoemd. Het internationale CORDEX-project (CORDEX staat voor COordinated Regional climate Downscaling Experiment) zorgt voor de samenhang van al die regionale klimaatsimulaties. Binnen het CORDEX-project zijn de regio’s, variabelen, en verschillende scenario’s voor de uitstoot van broeikasgassen, vooraf gedefinieerd (zie onderstaande figuur).

 

Het KMI heeft met het regionale klimaatmodel ALARO-0 bijgedragen tot EURO-CORDEX, de Europese tak van het CORDEX-project. Dit gebeurde nadat het potentieel van dit model voor klimaattoepassingen was aangetoond aan de hand van simulaties over België. Het regionale klimaatmodel ALARO-0 werd gevalideerd door de simulaties over Europa te vergelijken met observaties. De uitzonderlijk getrouwe weergave van neerslag op verschillende schalen is te danken aan de innovatieve modellering van de fysische processen in het weermodel ALARO, mede ontwikkeld aan het KMI.

 

Tenslotte spelen deze simulaties een belangrijke rol in het nationale CORDEX.be project. Hierin worden deze Europese CORDEX-simulaties gebruikt om nieuwe KMI-klimaatprojecties te berekenen voor België op een hoge resolutie van 4 km (zie onderstaande figuur, groene kaderke). De resultaten voor België worden op hun beurt gebruikt voor lokale-impactmodellen, die bijvoorbeeld de impact van de klimaatverandering op het stedelijk klimaat, de groei van gewassen, de golfhoogtes op zee en luchtsamenstelling in de toekomst bestuderen.

 

Drie scenario’s voor broeikasgassen

Om de klimaatverandering te bestuderen, werd eerst een modelsimulatie uitgevoerd voor een historische periode van 1950 tot 2005, en vervolgens werden klimaatprojecties berekend van 2006 tot 2100. Deze projecties werden berekend voor drie uiteenlopende scenario’s voor de uitstoot van broeikasgassen. De evolutie in de concentratie van broeikasgassen die deze drie scenario’s of zgn. Representative Concentration Pathways (RCP) beschrijven, zijn weergegeven in onderstaande figuur: (i) een sterke toename (RCP 8.5, rode lijn in de grafiek), (ii) een toename en graduele stabilisatie (RCP 4.5, lichtblauwe lijn), en (iii) een toename gevolgd door een afname van de concentratie van broeikasgassen tegen het einde van deze eeuw (RCP 2.6, donkerblauwe lijn).

 

De globale uitstoot van broeikasgassen overschrijdt vandaag de dag zelfs het meest pessimistische RCP 8.5-scenario. Op de laatste klimaattop in Parijs werd echter door 174 landen besloten dat de globale opwarming ruim onder de 2°C moet blijven. Om dit te bereiken, moet de wereldwijde CO2-uitstoot weldra verminderen.

 

Klimaatverandering in België

De impact van de klimaatverandering voor een bepaald scenario wordt berekend op basis van het verschil tussen een klimaatprojectie en de simulatie voor de historische periode. Zo tonen de onderstaande figuren het verschil in 2m-temperatuur tussen de periode 2071-2100 en 1976-2005, voor de drie scenario’s. In het meest optimistische RCP 2.6-scenario blijft de opwarming beperkt tot minder dan 1°C; daarentegen projecteert het meer pessimistisch RCP 8.5-scenario een opwarming van meer dan 3°C in België.

 

Tier-1 supercomputer

Dankzij de samenwerking met de UGent konden de klimaatsimulaties uitgevoerd worden op de eerste Tier-1 rekencluster van het Vlaams Supercomputer Centrum, beheerd door HPC UGent. Deze machine, die tot 175 000 miljard berekeningen per seconde aankan, vertegenwoordigde op dat moment de krachtigste rekeninfrastructuur van Vlaanderen.

Voor de klimaatsimulaties rekenden vele honderden processoren van deze rekencluster gelijktijdig (parallel) de wiskundige vergelijkingen van de atmosfeer door. Als je deze berekeningen op één enkele processor zou moeten uitvoeren, zou je meer dan acht eeuwen op het resultaat moeten wachten. In totaal genereerden de simulaties meer dan een petabyte (= miljoen gigabyte) aan data, die werd verwerkt tot zo’n 200 terabyte (200 000 gigabyte) aan bruikbare klimaatgegevens.