Krátkodobá proměnlivost teploty a srážek v klimatických modelech

• Název práce v češtině: Krátkodobá proměnlivost teploty a srážek v klimatických modelech
• Název v anglickém jazyce: Short-term temperature and precipitation variability in climate models
• Klíčová slova: modelování klimatu, teplota, srážky, krátkodobá proměnlivost
• Klíčová slova anglicky: climate modelling, temperature, precipitation, short-term variability
• Akademický rok vypsání: 2021/2022
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra fyzické geografie a geoekologie (31-330)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Radan Huth, DrSc.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 11.10.2021
• Datum zadání: 11.10.2021

Seznam odborné literatury

Alexander L, Perkins S, 2013: Debate heating up over changes in climate variability. Environ. Res. Lett. 8, 041001
Eyring V et al., 2016: Overview of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) experimental design and organization. Geosci. Model Dev., 9, 1937-1958

Giorgi F, Gutowski WJ 2015: Regional dynamical downscaling and the CORDEX initiative. Ann. Rev. Environ. Resour., 40, 467-490
Haugen MA, Stein ML, Moyer EJ, Sriver RL, 2018: Estimating changes in temperature distributions in a large ensemble of climate simulations using quantile regression. J. Climate 31, 8573-8588
Huth R, Kyselý J, Dubrovský M, 2001: Time structure of observed, GCM-simulated, downscaled, and stochastically generated daily temperature series. J. Climate 14, 4047-4061
Huth R, Mikšovský J, Štěpánek P, Belda M, Farda A, Chládová Z, Pišoft P, 2015: Comparative validation of statistical and dynamical downscaling models on a dense grid in central Europe: Temperature. Theor. Appl. Climatol. 120, 533-553
Kyselý J, Plavcová E, 2010: A critical remark on the applicability of E-OBS European gridded temperature data set for validating control climate simulations. J. Geophys. Res. 115, D23118
Lhotka O, Kyselý J, Plavcová E, 2018: Evaluation of major heat waves’ mechanisms in EURO-CORDEX RCMs over Central Europe. Clim. Dyn. 50, 4249-4262
Loikith PC et al., 2015: Surface temperature probability distributions in the NARCCAP hindcast experiment: Evaluation methodology, metrics, and results. J. Climate 28, 978-997
Maraun D, Widmann M, Gutierrez JM, Kotlarski S, Chandler RE, Hertig E, Wibig J, Huth R, Wilcke RAI, 2015: VALUE: A framework to validate downscaling approaches for climate change studies. Earth’s Future 3, 1-14
Maraun D, Huth R, Gutiérrez JM, San Martin D, Dubrovský M, Fischer A, Hertig E, Soares PM, Bartholy J, Pongrácz R, Widmann M, Casado MJ, Ramos P, 2019: The VALUE perfect predictor experiment: evaluation of temporal variability. Int. J. Climatol. 39, 3786-3818
May W, 2007: The simulation of the variability and extremes of daily precipitation over Europe by the HIRHAM regional climate model. Glob. Planet. Change 57, 59-82
Plavcová E, Kyselý J, 2016: Overly persistent circulation in climate models contributes to overestimated frequency and duration of heat waves and cold spells. Clim. Dyn. 46, 2805-2820
Rajczak J, Kotlarski S, Schär C, 2016: Does quantile mapping of simulated precipitation correct for biases in transition probabilities and spell lengths? J. Climate 29, 1605–1615
Schneider T, Bischoff T, Płotka H 2015: Physics of changes in synoptic midlatitude temperature variability. J. Climate 28, 2315-2329
Stocker T.F. a kol., 2013: Climate Change 2013. The Physical Science Basis. Working Group I Contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press
Vaittinada Ayar P, Vrac M, Bastin S, Carreau J, Déqué M, Gallardo C, 2016: Intercomparison of statistical and dynamical downscaling models under the EURO- and MED-CORDEX initiative framework: present climate evaluations. Clim. Dyn. 46, 1301-1329

Předběžná náplň práce

Dlouhodobé změny (trendy) krátkodobé (mezidenní až vnitrosezónní) proměnlivosti meteorologických prvků, a zejména teploty a srážek, jsou důležitým aspektem klimatické změny. Proto je důležité vědět, zda a jak se krátkodobá proměnlivost teploty a srážek bude měnit v budoucnosti. Pro spolehlivé odhady jejího budoucího vývoje je zásadní, aby její charakteristiky byly správně simulovány klimatickými modely; za tím účelem byly mnohé projevy časové proměnlivosti teploty a srážek zahrnuty do validačního rámce (tedy do souboru instrukcí, jak a co všechno správně validovat v klimatických modelech), jenž byl vytvořen v mezinárodním projektu VALUE (Validating and Integrating Downscaling Methods for Climate Change Research). Přesto dosud byly charakteristiky krátkodobé proměnlivosti ve výstupech klimatických modelů analyzovány jen zřídka, což platí pro jejich validaci i projekci budoucích změn.
Charakteristiky krátkodobé proměnlivosti teploty zahrnují mj. míry rozptylu, jako směrodatnou odchylku či mezikvantilovou vzdálenost, dále pak perzistenci (tj. časovou autokorelaci s krokem jeden až několik málo dní) a mezidenní změnu teploty (definovanou jako rozdíl teploty mezi dvěma po sobě jdoucími dny). Analogickými charakteristikami pro srážky jsou zejména délky souvislých suchých (tj. bezesrážkových) a vlhkých období.
Cílem práce je analyzovat míry krátkodobé proměnlivosti teploty a srážek, včetně jejich řídících mechanismů, v nejčerstvějších výstupech klimatických modelů (globálních a/nebo regionálních): zhodnotit schopnost modelů je simulovat a kvantifikovat jejich možné budoucí změny. Součástí práce bude i posouzení vhodnosti jednotlivých datových zdrojů popisujících reálný stav atmosféry (staniční data, data v pravidelné síti, reanalýzy, družicová data) jako referenčních dat pro validaci charakteristik krátkodobé proměnlivosti v modelech.
Hlavní zájmovou oblastí bude Evropa, ale některé analýzy mohou být provedeny pro jiné geografické oblasti i globálně.
Použita budou pozorovaná data a výstupy z klimatických modelů pro současné i budoucí klima. Jako pozorovaná data budou využita staniční data, zejm. z databáze ECA&D, příp. GHCN, dále data v pravidelné síti uzlových bodů (typicky E-OBS nebo HadGHCND), atmosférické reanalýzy a pro srážky případně i družicové produkty. Jako hlavní zdroj modelových výstupů poslouží nejnovější sada globálních modelů pro 6. hodnotící zprávu IPCC (CMIP6) a regionální modely v rámci iniciativy CORDEX. Všechna tato data jsou veřejně dostupná.
Práce tvoří součást řešení projektu „Měnící se proměnlivost atmosféry”, jenž je financován Grantovou agenturou ČR jako projekt č. 21-07954S a jehož řešitelem je školitel doc. R.Huth.