2005/2



   Eesti Looduse
   fotovoistlus 2010




   AIANDUS.EE

Eesti Loodus
artiklid EL 2005/2
Regionaalse kliima modelleerimine kas ainult rikaste riikide lbu?

Regionaalse kliima modelleerimine on alguse saanud 1980. aastate lpus Ameerika hendriikidest. Eestis pole siiani sellele suurt thelepanu pratud. Phjusi on mitu. Ometi on piirkonna kliimamudelid tnapeval kllaltki levinud tvahendid, mis vimaldavad teadlastel uurida kliimamuutusi ja nende mju.

Kliima on Maa vi mne selle piirkonna temperatuuri, sademete jm. statistiline iseloomustus. Kliimassteemi moodustavad aga kik need tegurid, mis Maa kliimat kujundavad: Pike energiaallikana, atmosfr, maailmameri, maismaa, hus olevad gaasid jne. Nii kliima kui ka kliimassteemis olevate seoste uurimiseks on mitmesuguseid vimalusi. Vanim ja htlasi kige levinum viis on analsida le maailma kogutud kliimanitajate aegridu statistiliste meetoditega nn. statistiline klimatoloogia. Teine levinud vte on seostada kohalikku kliimat iseloomustavad nitajad (hutemperatuur, sademed jm.) mastaapse atmosfritsirkulatsiooni iserasustega nn. snoptiline klimatoloogia. Kolmas vimalus on rakendada fsikaseadusi ja teadmisi kliima kohta ning kirjeldada seda likeerulist ssteemi mudeli abil.

Kliimamudeleid on vga mitut tpi. Neid vib jagada niteks ruumis keskmistamise viisi ehk dimensiooni alusel. Aga ka selle jrgi, mida on mudelis kirjeldatud tpsemalt, mida ldistatumalt. Lihtne kliimamudel vib phineda vaid hel vrrandil, mis vljendab niteks pikaajalist tasakaalu Maale judva ja sealt lahkuva kiirgushulga vahel. Tegelikkuses on kliimassteem aga palju keerukam. Seda eriti juhul, kui meid ei huvita mitte globaalne, vaid hoopis regionaalne (104107 km2) vi kohalik mde (alla 104 km2).

Regionaalse kliima modelleerimisel tuleb arvestada nii suuri alasid hlmavaid (atmosfritsirkulatsioon) kui ka kohalikke tegureid (topograafia, maakasutus, rannajoon). Nende keerukas vastasmju mrabki paikkonna kliima [6, 5].


Globaalne mudel kirjeldab ldist tsirkulatsiooni. Globaalsed kliimamudelid on praegusel ajal ainsad abivahendid, millega saab Maa atmosfri ja ookeani ldist tsirkulatsiooni modelleerida enam-vhem tepraselt. Mnikord nimetatakse neid ka ldise tsirkulatsiooni mudeliteks. Need on kolmemtmelised ja hlmavad tervet maakera ning arvestavad peale atmosfri ka mitut teist komponenti (ookean, merej, maismaa jpm.).

Globaalsed kliimamudelid on vlja ttatud pikaajaliste katsetuste phjal: esmalt ritati etteantud vrrandite jrgi panna arvuti ilma ennustama. Matemaatiliselt vljendavad vrrandid peamisi fsikaseadusi: termodnaamika esimest seadust ja massi ning veeauru jvuse seadust. Samuti kirjeldavad need atmosfri ja veekeskkonda. Peale selle kasutavad kliimamudelid teavet ilma ja kliimat mjutavate tegurite kohta: niteks Maale judev pikesekiirguse hulk ja selle jaotus, aluspinna omadused ja atmosfri koostis. Esimesed tnapevastega sarnased globaalsed kliimamudelid loodi 1950. aastate lpus ja 1960. aastate alguses [9, 10].

Selleks et kliimamudeli vrrandit arvutite abil lahendada, kaetakse Maa pind vrgustikuga. See koosneb htlase vahekaugusega punktidest, millele tavaliselt lisandub umbes kakskmmend vertikaalset kihti nii atmosfris kui ka ookeanis. Punkte, milles tuleb vrrandeid lahendada, on kokku vga palju. Seeprast on globaalsete kliimamudelitega vimalik arvutusi teha ehk neid jooksutada vaid n.-. superarvutitel. Mudelile lisab tpsust suurem ruumiline lahutus (naaberpunktide vaheline kaugus), kuid kuna vrgupunkte on sel juhul rohkem, suureneb ka arvutuste maht.

Mned olulised nhtused (niteks rnkpilvede teke) vivad ette tulla sna vikeses ulatuses, mistttu neid ei saa mudeli horisontaalvrgus otseselt lahendada. Sel juhul kasutatakse empiirilisel teel leitud eriotstarbelisi funktsioone.

Just globaalsete mudelitega ritavad teadlased saada teavet tuleviku kliimatingimuste kohta. Kige tavalisem inimtekkelise kliimamuutuse katse hlmab tnapeva kliima modelleerimist, vttes aluseks vikese ssihappegaasisisalduse, ent htlasi tehakse tuleviku kliima mudel olude kohta, mil ssihappegaasi sisaldus on inimtegevuse tttu suurenenud. Tpne kontsentratsioon oleneb stsenaariumist. Kahe modelleeritud ajavahemiku kliima vrdlus keskmise hutemperatuuri, sademete hulga jne. erinevused annabki meile ettekujutuse globaalse kliima muutusest.


Regionaalne mudel lisab ruumilist tpsust. Globaalsete kliimamudelite ruumiline lahutus on enamasti 200300 kilomeetrit. See on aga liiga vike ega vimalda hutemperatuuri ning sademete jaotust modelleerida nii, et tulemused vastaksid tegelikele oludele. Tulemus ei pruugi olla usaldusvrne eesktt siis, kui piirkond on niteks keerulise topograafia, vahelduva taimkatte vi liigestatud rannajoonega.

Probleemi lahenduse pakkus 1980. aastate lpus Itaalia teadlane Filippo Giorgi, kelle td panid aluse tnapevastele regionaalse kliima mudelitele. Professor Giorgi otsustas regionaalsetes kliimamudelites rakendada krglahutusega piiratud ala mudeleid (ingl. limited area models), mida juba aastaid kasutati ilmaennustuses. Seni ei olnud keegi neid mudeleid jooksutanud le viie-kuue peva. Filippo Giorgi kohendas selles kasutatavaid fsikaseadusi ja lasi simulatsioonil kesta mrksa kauem mitu kuud. Regionaalne mudel koosneb sel juhul piiratud ala mudelist, mis on asetatud globaalse kliimamudeli sisse (ingl. nesting pesastamine). Globaalne mudel annab ette algsed ilmaolud ja toidab regionaalset mudelit ajast sltuvate servanitajatega: arvestatakse olusid modelleeritava ala servadel. Suure lahutusega piiratud ala mudel tekitab modelleeritava ala sees iseseisva tsirkulatsiooni ja arvutab vljundmuutujate vrtused (#1). Regionaalse kliimamudeli tpsus oleneb nii mudeli enda kui ka seda juhtiva globaalse mudeli kvaliteedist. Olulised on ka modelleeritava ala suurus ja asend: enamasti jetakse ksitletav piirkond selle ala keskele (#2).

Tollal leidus modelleerijate hulgas palju skeptikuid, kes kahtlesid Giorgi pakutud meetodi thususes. Arvati, et kohalik atmosfri tsirkulatsioon, mis kujuneb vlja modelleeritava ala (ingl. domain domeen) sees, muutub korrapratute vi ettearvamatute ilmanhtuste tttu juhitamatuks ja tulemus kaugeneb juba ige pea tegelikust ilmastikust. Esimesed proovimudelid testasid aga vastupidist: pesastamismeetod igustas end sna hsti ka pikaaegsete eksperimentide puhul [4].

Praeguseks ajaks on regionaalseid kliimamudeleid rakendatud juba viisteist aastat ja neid on kasutatud mitmesugustel eesmrkidel [7, 8]. Muu hulgas on nende abil uuritud paleokliimat, rmuslikke ilmastikunhtusi, kliima mju looduslikele kossteemidele ja pllumajandusalade tootlikkusele.

Regionaalsete kliimamudelite philine rakendusvaldkond on siiski kliimamuutused. Niteks suure rahvusvahelise uurimisprojekti PRUDENCE raames modelleeriti temperatuuri ja sademete jaotust Euroopas, kasutades mitut mudelit [2]. Tulemused nitasid, et ajavahemikus 20712100 valitsevad Phja-Euroopas senisest soojemad ja vihmasemad talved, Luna-Euroopas aga senisest kuivemad ja palavamad suved. Paljude eluvaldkondade, eelkige aga pllumajanduse ja turismi jaoks on just sellise tpsusega teave kllaltki oluline.


Mudel on vaid lihtsustus. PRUDENCE-i-taoliste projektide puhul ei tasu unustada tsiasja, et toetutakse siiski vaid mudelitele tegelikkuse ebatiuslikele koopiatele, millel on paraku ka omad puudused.

ks philine hda on nende otsene sltuvus globaalse mudeli andmete kvaliteedist. Vga raske on arvesse vtta ka nende samaaegset mju globaalsele mudelile ehk tagasisidet.

Kliimassteemi modelleerimise teebki keeruliseks asjaolu, et arvestada tuleb kikvimalike ruumi- ja ajamdetega. Peale selle on palju nhtusi, mille kohta meil ei ole veel piisavalt teavet. Niteks pilved, mille teket ja arengut ei osata htse teooria alusel seletada. Lahkarvamusi phjustavad ka peamiselt fossiilsete ktuste pletamisel vi vulkaanipursete tagajrjel atmosfri sattunud mikroskoopilised osad aerosoolid. Selgusetust ja erimeelsusi tuleb ette veelgi. Videtud on sedagi, et kuna meil puudub htne teooria kliima kohta, ei saa tsiselt vtta htki kliimamudeli phjal tehtud tulevikuprognoosi [3].

Modelleerijad on siiski teoreetilistest piirangutest teadlikud. Nii soovitatakse regionaalseid kliimamuutusi modelleerides kasutada vaid selliseid globaalseid mudeleid, mille tulemusi peetakse usaldusvrseteks. Enne kui asutakse ennustama tuleviku kliimat, tuleb regionaalse mudeli vimekust phjalikult kontrollida. Tavaliselt tehakse seda mineviku kliimaolude phjal ja otsestel mtmistel saadud tiuslikes servatingimustes.

Eraldi ksitlust vajab kliimamudeli hindamine. Enamasti kasutatakse ilmajaamades mdetud ja sageli vrgupunktidesse lkitud andmeid, mida vrreldakse vastavate modelleeritud vrtustega (#3 ja #4). Sellised mtmistulemused vivad olla aga raskesti kttesaadavad ning mne piirkonna (med, krbed) kohta pole neid hoopiski.


Koost kui edu alus. Et rakendada paikkonna kliimamudelit, on vaja kllaltki vimsat arvutit. Niteks mudeli RegCM alusel kulub he kuu modelleerimiseks personaalarvutil Pentium III (1 GHz) aega umbes kmme tundi: kui modelleeritav ala hlmab 90 x 110 vrgupunkti ja lahutus on 50 kilomeetrit. he aasta modelleerimine samadel tingimustel kestab kaheksa peva. Kui aga jooksutada sama mudelit arvutil Pentium IV (2 GHz) 100 x 110 vrgupunktiga modelleeritava ala ja 50-kilomeetrise lahutuse korral ning aluseks on vetud kolmkmmend aastat, kestab eksperiment kolm kuud.

Tehnilistest vimalustest olulisemadki on aga uurija ideed, oskus mudelit oma huvides rakendada ning tulemusi igesti tlgendada. Kliima modelleerija ei pea olema asjatundja mitte ainuksi infotehnoloogias, vaid ka atmosfrifsikas ja klimatoloogias. Kasuks tulevad teadmised matemaatilise statistika ning kartograafia kohta. Seda loetelu viks jtkata. Seetttu ongi regionaalsete kliimamudelitega seotud uurimistga hivatud vga palju teadlasi: kike ei jua ks inimene endale lihtsalt phjalikult selgeks teha.

Kliima modelleerimise projektid on kllaltki kulukad, eeldavad vastava hariduse ja oskustega teadlasi ning vga head tehnikat (arvutid). Seetttu on regionaalse modelleerimise eesotsas alati olnud vimsad teadusriigid: USA, Suurbritannia, Saksamaa, Prantsusmaa, Kanada, Austraalia, Jaapan ja Skandinaavia maad. Mujal on edusammud olnud mrksa tagasihoidlikumad. Niteks Ida-Euroopas, sealhulgas Eestis ei teata regionaalsetest kliimamudelitest veel kuigi palju, rkimata nende kasutusest igapevaelus. Esile viks tsta vaid tehhe, kes koos Prantsuse ilmateenistusega (Meteo France) on ttanud vlja regionaalse kliimamudeli Kesk-Euroopa jaoks. Vhem arenenud riikide teadlaste ks vimalus ongi koost USA vi Lne-Euroopa uurimisinstituutidega.


Eesti on kliima poolest huvitav piirkond. Maakera eri paikkondades vib kliima suuresti erineda. Protsessid, mis on valdavad hes piirkonnas, ei pruugi teises paigas olla niisama thtsad.

Ka Eesti kliimal on palju erijooni, mida tuleks modelleerimisel arvesse vtta. Meie asendist suhteliselt suurel laiuskraadil peaaegu 60 kraadi phjalaiust oleneb potentsiaalse pikesekiirguse hulk. Samuti see, et talvel katab maad ja veekogusid lumi ning j. Peale selle on Eesti kliima vga muutlik. Suures osas mrab selle Atlandi ookean. Tpsemalt ookeani kohal tekkivad tsklonid, mis muudavad siinse kliima niiskeks ja vrdlemisi pehmeks. Samas asub Eesti kllalt lhedal Ida-Euroopa lauskmaale, mistttu niteks talvel vivad meie ilma kujundada vga klmad humassid.

Regionaalseid olusid mjutab kahtlemata ka Lnemeri: mere soojuslik inerts phjustab temperatuurierinevusi Lne-Eesti saarte ja Eesti mandriosa vahel (#5). Meri kui aluspind mjutab oluliselt ka tuule tugevust. Tenoliselt tuleks arvestada ka Peipsi jrve, mida modelleerijad ei saa eirata juba selle suuruse tttu (3555 km2).

Nagu eespool mainitud, on ilmastiku kujunemisel oluline osa kohalikel teguritel. Et kirjeldada kliimamudelis piisava tpsusega Eesti rannajoont, reljeefi, eri aluspinnatpe ja neist tingitud kliimaolusid, on vaja kasutada kllaltki suurt ruumilist lahutust: 2030 kilomeetrit.


Miks ikkagi modelleerida Eesti kliimat? Eesti viksuse tttu vib tekkida ksimus: kas niivrd kuluka ja phjalikke teadmisi vajava valdkonnaga tasub meil ldse tegelda; kas poleks targem jtta kogu regionaalsete kliimamudelitega seonduv uurimist Euroopa ja Ameerika spetsialistide lule, arvestades asjaolu, et kik suuremad Euroopat hlmavad modelleeritavad alad katavad nii vi teisiti ka meie ala.

Hoolimata kigest ei tohiks me Eesti kliima modelleerimist ksnes vlismaa teadlaste hooleks jtta. Vib arvata, et keegi neist ei vaevu ksikasjaliselt uurima loodusnhtusi meie tagahoovis. Kuna iga mudelit ka hinnatakse, siis tuleb arvestada, et kllalt phjalik teave Eesti loodusolude kohta ning juurdeps vajalikele andmetele on vga oluline.

Kliimauuringud Eestis on siiani toetunud enamasti mtmisandmete statistilisele analsile. Kindlasti on see meetod oluline ja vajalik. Paraku ei suudeta sellega nha kaugemale mingist kindlast aegrea pikkusest. Regionaalsete kliimamudelitega on aga vimalik n.-. tulevikku vaadata. Pealegi vib modelleerimine anda meile uut teavet alade kohta, kus pole iialgi tehtud htegi mtmist.



OLIVER TOMINGAS
28/11/2012
26/11/2012
05/10/2012
09/07/2012
26/06/2012
26/06/2012
22/05/2012

Mis see on?
E-posti aadress:
Liitun:Lahkun: 
Serverit teenindab EENet