Proyecciones de cambio climático: América

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1 MCTI Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais CCST Centro de Ciência do Sistema Terrestre Proyecciones de cambio climático: América Chou Sin Chan Generación de escenarios regionalizados de cambio climático y su aplicación a estudios de impactos Lima, Peru 25/10/2011

2 Incertezas Projetar os Impactos das Mudanças Climáticas Emissões Cenários de população, energia, modelos econômicos Concentrações CO 2, metano, sulfatos, etc. Mudança Climática Global Temperatura, precipitação, pressão, etc. Detalhamento Regional Topografia, vegetação, evento extremo, etc. Impactos Enchentes, Secas, etc. Modelos do ciclo do carbono e química Modelos Climáticos Globais Modelos Climáticos Regionais Modelos de Impactos

3 Downscaling Dinamico en America del Sur PROBIO (GEF) Cenários: A2, B2 GCM: HadAMP3 RCMs: Precis, RegCM3, Eta Periodo: ; MCT- INPE (PNUD) Cenários: A1B GCM: HadCM3, 4 membros RCM: Eta/CPTEC Periodo: ; , ; CLARIS LPB (EU FP7) Cenários: A1B GCMs: HadCM3, ECHAM5 RCMs: Eta/CPTEC, IPSL, MM5, PROMES, RCA, RegCM3, REMO Periodo: ; , ; Simulaciones: Era-Interim,

4 Rainfall anomalies (%) (Annual) [( )- ( )] PROBIO Seco INPE s Climate Report 2007 B2 A2 Temperature anomalies (C) Annual [( )- ( )] Quente Quente B2 A2

5 Índice CDD (dias secos consecutivos) presente ( ) e futuro ( ) HadRM B A OBSV Baixas emissões Altas emissões Aumento na freqüência de dias secos consecutivos ate 2100 Redução na freqüência de dias secos consecutivos entre Alexander et al (2006)

6 regional climate change scenarios for South America Eta Version 2 MCT-INPE (UNDP) Global model HadCM3, A1B, 4 members Eta CPTEC regional model 40 km Climatology Scenarios IPCC AR4 A1B Runs performed: historical/future: Changes (futurepresent), relative relative to , A1B aenwh/aenwl- unperturbed member (HadCM3 Q0) aexso/aeyjo: high-sensitivity member (HadCM3 Q13) aexsj/aeyjj:medium-sensitivity member (HadCM3 Q8) aexsb/aeyjb: low-sensitivity member (HadCM3 Q2) The unperturbed model lies between the low- and mediumsensitivity members. The Eta-CPTEC regional model, nested in the HadCM3 boundary conditions, was run for the present-day climate, , and the future, , forced by sea-surface temperatures and sea-ice provided by HadCM3. Analyses of the baseline present-day simulations are presented in a companion paper (Chou et al 2010). Here (Marengo et al 2010), analysis of future changes in temperature, the atmospheric circulation and aspects of the hydrological cycle is carried out over the time slices , and relative to the baseline climatology of The changes are assessed for the austral summer (DJF) and winter (JJA) seasons. The lateral boundary conditions from HadCM3 actually end at 2099, but for simplicity and consistency with other slices, this last period is named

7 HADCM3 113x243x38 Pope et al, 2000, Gordon et al, (Hadley Centre OAGCM ) variables: u, v, q, theta, surf press LBC: 6/6h flux adjustments and sulphur cycle included Present climate: [all forcing run antropogenic (greenhouse gases, sulphates, ozone) and natural (solar and volcanic)] Data domain : W a W e S a N Resolution: dx=3.75o and dy=2.75o Number of files for LBC= (31 years) 7

8 Eta/CPTEC Model characteristics Domain Most part of South America Resolution: 40 km/38 layers; Grid-point model Arakawa E grid and Lorenz grid Eta vertical coordinate (Mesinger, 1984) Prognostic variables: T, q, u, v, p s, TKE, cloud water/ice, hydrometeors Time integration: 2 level, split-explicit Adjustmet: forward-backward Advection: first forward and then centered Convection: Betts-Miller-Janjic scheme, Stratiform rain: Zhao scheme Turbulence: Mellor Yamada 2.5, MO surface layer, Paulson functions Radiation: GFDL package Land surface scheme: NOAH scheme, 4 soil layers, Initial conditions HADCM3 LBC: HadCM3 uptd 6/6 h, 8

9 CO2 updated every 5 year for LW radiation scheme 360 day calendar year Monthly update of vegetation greeness SST update every month Chou et al, 2011, CliDyn 9

10 Temperature HadCM3 qump Perturbed physics.... Crown copyright Met Office

11 DJF 200 hpa winds ERA 40 low mid high std JJA 200 hpa winds ERA 40 low mid high std EGU, Vienna,

12 DJF 850 hpa winds ERA 40 low mid high std JJA 850 hpa winds ERA 40 low mid high std EGU, Vienna,

13 PRECIPITATION DJF CRU low mid high ctl CRU JJA low mid high ctl 13

14 Eta Climate Change Version! obs 30 year Eta Model Present Climate Integration (HADCM3 Forcing) 30 year HADCM3 Present Climate Integration Modeling Applications for Decision Support in Agriculture, Passo Fundo,

15 DJF CRU low mid high ctl TEMPERATURE CRU JJA low mid high ctl 15

16 Mean Errors Ens Mean + Spread DJF JJA DJF JJA precip DJF JJA DJF JJA Temp mean errors > spread 16

17 Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais Annual Cycle Regions AM: Amazonia NE: Northeast Brazil SU: South Brazil BR: Brazil EGU, Vienna,

18 PRECIPITATION ANNUAL CYCLE AM NE BR SU EGU, Vienna,

19 2 m Temperature Annual Cycle AM NE BR SU 19

20 Projections

21 DJF A1B Low JJA A1B Medium DJF JJA A1B High DJF JJA A1B Unperturbed DJF JJA o C

22 A1B Low A1B Medium A1B High A1B Unperturbed DJF JJA DJF JJA DJF JJA DJF JJA % of change

23 7 6 5 High Medium Low Unperturbed Temperature increase Brazil High Medium Low Unperturbed Amazon 4 4 o C 3 o C Precipitation Annual cycle Brazil Amazônia

24 Década % Mudanças na chuva de DJF relativo a Mudanças na temperatura anual no Brasil Mudanças na temperatura anual global Concentrações de CO2 AMZ:+2.0 C % = 10% SF: +1.9 C PAR: +1.8 C +1.7 C +1.3 C 418 ppm AMZ:+3.6 C % SF: +3.2 C PAR: +3.8 C +2.5 C 523 ppm 4% 28% +3.0 C AMZ:+4.9 C % SF: +4.1 C PAR: +4.1 C +3.3 C 638 ppm 3% 26% +4.2 C Projeções geradas pelo Eta-CPTEC/HadCM3 40 km -A1B (Marengo et al 2011)

25 SST control over tropical climate Fig A & D; B & E use: IC1 SST1 IC1 SST2 same ICs and different SSTs > Different atmospheric patterns IC2 SST1 OBS IC2 SST2 OBS Predictability in the Midst of Chaos: A Scientific Basis for Climate Forecasting (Shukla et al, 1998) Therefore, it should be possible to predict the large scale tropical circulation and rainfall for as long as the ocean temperature can be predicted. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 25

26 El Niño Precipitation Impacts DJF 26

27 Does the model detect El Niño and La Niña? NOAA's Climate Prediction Center: El Niño/La Niña:Trenberth, 1997 SST(3 mo ave)> 0,5oC, for 5 consecutive seasons, over Niño 3,4 area El Niño Obs=9 La Niña 0bs=7 std 4 8 Low 6 7 Mid 5 4 high 5 4 Mean El Niño La Niña std 4 7 Low 9 6 Mid 5 4 high 4 4 Number of EN/LN events were underestimated by HadCM3 in the present climate Obs (9) Obs (7) Mean El Niño La Niña Std 7 8 Low 10 9 Mid 4 5 High 6 5 Mean Ensemble mean number of EN/LN events El Niño La Niña Std 8 6 Low Mid 8 6 High 4 5 mean

28 4.0 Standard Low Mid high EGU, Vienna,

29 PRECIPITATION ANOMALIES EL NIÑO low mid high std DJF LA NIÑA low mid high std DJF

30 TEMPERATURE ANOMALIES EL NIÑO low mid high std DJF LA NIÑA low mid high std DJF EGU, Vienna,

31 ENSENBLE MEAN PRECIPITATION ANOMALIES DJF EL NIÑO LA NIÑA

32 ENSEMBLE MEAN TEMPERATURE ANOMALIES DJF EL NIÑO a) La Niña DJF Low a) La Niña DJF Medium a) La Niña DJF High a) La Niña DJF Unperturbed LA NIÑA

33 Áreas cobertas do Modelo Double nesting HadCM3 >> Eta-40km >> Eta -10km Tavares e Chou, 2011 in preparation

34 Precipitação (mm/dia) 40k m 10k m JJA DJF

35 Temperatura do ar (ºC) 40km 10km JJA DJF

36 Some Conclusions 1.4 member present climate downscaling from HadCM3 reproduce the South America large scale circulation patterns, upper and lower levels, in 30 years continuous runs, no LS nudging; 2.Improvement of precipitation over GCM shows the value added by the downscaling of the Eta model; 3.Ensemble results show small spread among the members. Need to include more members; 4.General anomaly temperature and precipitation patterns related to El Niño and La Niña events over South America are reproduced, but signal generally weak. Ongoing work More model members are being generated through model physics and different LBC s Dynamic vegetation being incorporated to the model; Improving soil and land use maps; Coupling to ocean model; Change in radiation scheme; etc 36

37 CLARIS LPB project Europe South America Network for Climate Change Assessment and Impact Studies in La Plata Basin The CLARIS LPB Project aims at predicting the regional climate change impacts on La Plata Basin (LPB) in South America, and at designing adaptation strategies for land-use, agriculture, rural development, hydropower production, river transportation, water resources and ecological systems in wetlands. WP3: Improving our description of recent past climate variability in La Plata Basin WP4: Hydroclimate past and future low-frequency variability, trends and shifts WP5: Regional Climate Change assessments for La Plata Basin WP6: Processes and future evolution of extreme climate events in La Plata Basin WP7: An interface for improving prediction capability of climate change societal impacts WP8: Land use change, agriculture and socio-economic implications WP9: Water resources in La Plata Basin in the context of climate change

38 The ERAinterim and climate change (HadCM3 Q0) runs are available on the server in the agreed format.

39 The format of the files were checked using the proposed script on the site

40 Sanchez et al 2010, EGU abs CRU Eta CRU Eta REMO PROMES REMO PROMES RegCM3 RCA RegCM3 RCA

41 CRU Eta CRU Eta REMO PROMES REMO PROMES RegCM3 RCA RegCM3 RCA Sanchez et al 2010, EGU abs

42 Temperature PDF in 8 regions Sanchez et al 2010, EGU abs

43 PRECIPITATION DJF ETA LMDZ PROMES ICavalcanti

44 ETA CHANGES LMDZ PROMES ICavalcanti DJF MAM

45 CHANGES ICavalcanti JJA SON

46 Conclusions from MCT INPE Project 1.4 member present climate downscaling from HadCM3 reproduce the South America mean precipitation, temperature and large scale circulation patterns, upper and lower levels, in 30 years continuous runs, no large scale nudging; 2.Future projections based on downscaling HadCM3 A1B scenarios suggest precipitation reduction in northern part of South America and increase in southern part in austral summer. 3.Projections suggest precipitation reduction in the Amazon and São Francisco river basins and neglible precipitation change in the Parana river Basin. 4.Temperature increase is projected by these scenarios in all 3 river basins. But temperature distributions become broader and shifted to warmer values. 5.General temperature and precipitation anomaly patterns related to El Niño and La Niña events over South America are projected in these A1B scnearios; 6.Projections suggest slow increase in the number of El Niño and La Niña events compared to present climate. The anomaly patterns in the projected future are similar but stronger. 46

47 Considerações 1.Modelos numéricos estão em contínuo desenvolvimento; parametrizações de vários processos de física (vegetação dinâmica, acoplamento com modelo oceânico; representação de áreas inundáveis, lagos; inclusão de gases de efeito estufa; esquemas de produção de chuva), resolução espacial. 2.Uso de vários modelos para medida mais robusta das incertezas; 3.Avaliaçao dos modelos deve ser realizada para cada aplicação; 4.A geração de cenários de mudanças climáticas geram grande quantidade de dados de difícil manipulação, 5.A distribuição destes cenários globais ou regionalizados para a comunidade cientifica ajuda a análise da qualidade e confiabilidade destes cenários.

48 Muchas Gracias!

49 850 hpa winds

50 Rainfall

51 Temperature

52 Present climate J F M A M J J A S O N D

53 Present climate J F M A M J J A S O N D

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