Állítás „Az éghajlati modellek nem megbízhatóak
"Az éghajlati modellek megbízhatatlanok, mindenesetre haszontalanok a megbízható előrejelzésekhez vagy akár messzemenő politikai döntésekhez."
Tény: A számítógépes modellek most már jól szimulálhatják a föld klímarendszerét
A kutatás nagy előrelépéseket tett az éghajlati rendszer modellezésében az elmúlt évtizedekben. Némi homályosság ellenére az összetett modelleknek és az erőteljes számítógépeknek köszönhetően régóta lehet megbízhatóan rekonstruálni a korábbi éghajlati fejleményeket és előrejelezni a jövőbeni fejlesztéseket. A modellek minősége például akkor látható, ha összehasonlítjuk a korábbi jóslatokat a később megfigyelt valósággal.
Az éghajlati modellek rendkívül összetett számítógépes programok. Ezeket a föld klímarendszerének egyes komponensei - például a légkör és az óceánok, a felhők, a hó és a jégtömegek vagy a különböző geológiai, biológiai és kémiai folyamatok - közötti folyamatok és kölcsönhatások szimulálására használják.
Az első, még mindig nagyon egyszerű klímamodelleket az 1960-as években fejlesztették ki (lásd pl. Manabe/Bryan 1969). De ezek a durva modellek is viszonylag pontos eredményeket hoztak - a mai ismeretek alapján: Manabe/Wetherald 2 ° C körüli hőmérséklet-növekedésre számított 1967-ben, amikor a földi légkör szén-dioxid-tartalma megduplázódott. Valójában az emberek időközben körülbelül 50 százalékkal növelték a CO2-koncentrációt az ipar előtti szinthez képest - és a föld majdnem egy Celsius-fokkal felmelegedett. (Az úgynevezett "éghajlati érzékenység" jelenlegi becslései 1,5 ° C és 4,5 ° C között vannak.)
Az évtizedek alatt egyre kifinomultabb modellek jelentek meg. A leggyakoribbak egyrészt a "közepes komplexitású földrendszer-modellek" (rövidítés: EMIC), amelyeket szándékosan leegyszerűsítenek, és amelyekkel hosszabb időtartamokat (évszázadokat vagy évezredeket) lehet szimulálni. Emellett úgynevezett „globális forgalmi modelleket” (rövidítve: GCM) alkalmaznak az elkövetkező évtizedek éghajlati fejleményeinek vetítésére, amelyek a lehető legpontosabban reprodukálják az éghajlati rendszer egyes részeit és kölcsönhatásait. De az összetettség ellenére az éghajlati modellek természetesen a valóság egyszerűsített ábrázolásai maradnak.
Az éghajlati modellek alkalmazásához a földet háromdimenziós rács borítja, majd kiszámítják az egyes paramétereket minden rácscellára és a szomszédos sejtekkel való cserére. Az egyre gyorsabb, nagy teljesítményű számítógépeknek köszönhetően egyre több fizikai folyamat integrálható az éghajlati modellekbe. Különösen az óceánok folyamatait lehet sokkal részletesebben és természetesebben ábrázolni a modellekben.
Az eredmények bizonytalanságának csökkentése érdekében a kutatók általában különböző modelleket használnak, vagy ugyanazt a modellt nagyon nagy számban futtatják. Az éghajlati modellek eredményei érdekében ezért sok számítás átlagértékét szokták közzétenni, valamint a kapott eredmények tartományát is. Az éghajlati modellezés határainak hangsúlyozása érdekében a kutatások nem az éghajlat "prognózisairól", hanem inkább az éghajlati "előrejelzésekről" beszélnek, mivel minden szimuláció a jövő bizonyos feltételezésein alapul, például az üvegházhatású gázok kibocsátásával kapcsolatban. Ezeket alig lehet kiszámítani, és természetesen befolyásolhatják az emberek és a viselkedésük.
Mennyire "jó" a mai klímamodell?
Az IPCC 2013/14-es ötödik értékelő jelentése több mint száz oldalon részletesen foglalkozik ezzel a kérdéssel (1. kötet, 9. fejezet). A világos következtetés (az SPM német fordítása, 13. o.):
"A modellek az éghajlat sok évtizedes, kontinentális léptékű felszínhőmérsékletének megfigyelt mintáit és tendenciáit tükrözik, beleértve a 20. század közepe óta fokozódó felmelegedést és a nagy vulkánkitöréseket közvetlenül követő lehűlést.
Az éghajlati modellek minőségének kérdése mögött valójában két ok áll:
- Az éghajlati modellek képesek pontosan rekonstruálni a múltat?
- És megbízható előrejelzéseket tudnak készíteni?
Az első kérdés viszonylag könnyen megválaszolható, mert a múltban összehasonlítható a modellezés eredménye a ténylegesen mért hőmérsékletekkel. Az 1. ábra modellszámításokat mutat be a föld átlaghőmérsékletére a 19. század közepe óta - emberi hatással és anélkül is. Jól látható (a grafika legfelső részében), hogy az éghajlati modellek képesek reprodukálni a valós mért hőmérsékleteket (fekete cikk-cakk görbe) a természetes és antropogén hatások kölcsönhatásaként.
1. ábra: Összehasonlítás a föld átlaghőmérsékletének valós megfigyelt alakulása (minden fekete görbe, három külön adatkészletből kombinálva) és az éghajlati modell számításai között. A finom narancssárga és kékes vonalak az egyes modellszámítások eredményeit mutatják, a vastag piros vagy kék görbe a megfelelő átlagértéket. A modellek felett a modellek figyelembe veszik az éghajlatra gyakorolt természetes és emberi hatásokat, középen (b) csak a természetes hatásokat (pl. A naptevékenység ingadozásai és a vulkánkitörések), és alatta (c) a hőmérséklet alakulását szimulálják a 19. század óta. amelyek csak az üvegházhatású gázok ember általi kibocsátását veszik figyelembe. A valós mért értékek és a grafikus (a) modell eredmények egyértelműen a legjobban megfelelnek; és a (c) ábra mutatja, hogy a globális felmelegedés az elmúlt évtizedekben magasabb lett volna (piros vonalak), mint a valódi (fekete vonal) a természetes éghajlati hatások hatása nélkül, így a természetes hatások valamelyest csillapították az ember okozta felmelegedést. Forrás: IPCC 2013, AR5, WG1, 10. fejezet, 10.01. Ábra (részlet)
Az ötödik IPCC értékelő jelentés egy olyan grafikát tartalmaz, amelyben a számítógépes modellek és a valós megfigyelések közötti megfelelés külön bemutatásra kerül az egyes kontinensek és a levegő hőmérséklete, az óceánok hőtartalma és a tengeri jég kiterjedése tekintetében (2. ábra).
2. ábra: A megfigyelt és szimulált éghajlatváltozás összehasonlítása a légkör, a krioszféra és az óceán három nagyszabású mutatója alapján: a kontinentális szárazföldi felszín hőmérsékletének változásai (sárga színnel kiemelt dobozok), az északi-sarkvidéki és antarktiszi jég szeptemberi kiterjedése (fehér dobozok, fekete kerettel) A felső óceánréteg hőtartalma a nagy óceánmedencékben (fehér dobozok, kék keretekkel). Az átlagos globális változások is megjelennek (a három grafikon az alsó sorban). Minden idősor tízéves átlag, amelyet az évtized közepén jelölnek meg. A fekete vonal a ténylegesen megfigyelt hőmérsékleteket mutatja, a piros kikelt azoknak az éghajlati modelleknek az eredményei, amelyek figyelembe veszik a természeti és emberi tényezőket - a megfelelés nyilvánvaló. Forrás: IPCC 2013, WG1, SPM.6 ábra
Ugyanez igaz a hosszabb időtartamokra és a fent említett EMIC klímamodellekre is, amint azt például egy tanulmány mutatja, amely a hőmérsékleti adatokat és a modell eredményeit 850-re hasonlította (Eby et al. 2013). Újabb tanulmányok, amelyek összehasonlították az óceánok felmelegedésével kapcsolatos megfigyelési adatokat a modellszámítások eredményeivel, megerősítették a nagy egyetértést (Cheng et al. 2016, Gleckler et al. 2016). Még a felmelegedés 1998 utáni átmeneti lassulása (néha helytelenül „melegítési szünetnek” nevezik) sem változtatja meg a mai klímamodellek alapvető megbízhatóságát - mert az egyes modellfuttatások gyorsabb vagy lassabb felmelegedésű fázisokat is eredményeznek.
Meg tudják-e jósolni a számítógépes modellek a jövő éghajlatát?
Esetenként az éghajlat-kutatás kritikusai azt mondják, hogy a tudósok nem is tudják megjósolni az elkövetkező hetek időjárását - hogyan kellene ennek működni az éghajlatért néhány évtized alatt? Ez a (retorikai) kérdés azon alapszik, hogy nincs különbség az időjárás és az éghajlat között: az előbbi valójában kiszámíthatatlan és nehezen megjósolható hosszú ideig, míg az utóbbi az időjárás hosszú távú átlaga. Igaz, hogy alig lehet megjósolni az időjárást több mint két héttel előre - de például télen nagyon nagy biztonsággal megjósolhatja, hogy hat hónappal később melegebb lesz.
De az éghajlat-előrejelzések természetesen számos nehézséget okoznak. Például a nap jövőbeni aktivitását nehéz megjósolni, és rövid távú hatásokat, például a vulkánkitöréseket, nehéz megjósolni. A klímát befolyásoló legfontosabb tényezők hatásmódjai azonban már régóta ismertek. Az 1980-as évek végén James Hansen amerikai klimatológus becsléseket tett közzé a hőmérséklet jövőbeli alakulásáról (Hansen és mtsai 1988). Ezek a korai számítások is - lásd a 3. ábrát - meglehetősen jó egyezést mutatnak a későbbi megfigyelésekkel (Hansen és mtsai 2006). És azóta, mint mondtam, az éghajlati modellek jelentősen javultak.
3. ábra: A globális hőmérsékleti változások és az azt követő tényleges megfigyelések összehasonlítása - a zöld, a kék és a lila a globális felszíni hőmérsékletet mutatja az emberi üvegházhatásúgáz-kibocsátás különböző forgatókönyveihez, a piros és a fekete a tényleges megfigyelési adatok két különböző elemzését mutatja be; Forrás: Hansen 2006
A legszorosabb összefüggést a későbbi valós mért hőmérsékletekkel Hansen B. forgatókönyve mutatja. Ő maga egyszer ezt tartotta a legvalószínűbb változatnak, de később valójában a legnagyobb megfelelést mutatta a valóságban elért CO2-kibocsátással. Évről évre vannak eltérések - de ezekre számítani kell. Az időjárás kiszámíthatatlansága megnehezítheti az emberi befolyás meghatározását, de az általános tendencia kiszámítható.
A Fülöp-szigeteki Pinatubo vulkán 1991-es kitörésével felmerült a lehetőség annak kiderítésére, hogy mennyire pontosak a modellek jóslatai a szulfátos aeroszolok éghajlatra gyakorolt hatásáról. Eredmény: A modellek pontosan megjósolták a kitörést hamarosan követő, kb. 0,5 ° C-os átmeneti globális lehűlést (lásd 4. ábra). Még inkább: a napsugárzás és a vízgőz visszacsatoló hatásai, amelyek például a modellekbe áramlottak, szintén kvantitatív módon megerősítést nyertek (Hansen 2007).
4. ábra: Valójában megfigyelt és szimulált globális hőmérséklet-ingadozások a Pinatubo-kitörés után - az időjárási állomások által megfigyelt hőmérsékletet zöld, a szárazföldi és a tenger kéket jelöli. A modellezés átlagos eredménye piros színnel jelenik meg - a kitörés után egy évvel a globális hőmérséklet körülbelül 0,5 Celsius-fok körüli csökkenése meglehetősen pontos, csakúgy, mint az azt követő fokozatos növekedés (a rövid távú ingadozások cikcakkja normális); Forrás: Hansen 2007
Az évek során a kutatók képesek voltak azonosítani, izolálni és klímamodellekkel reprodukálni a természeti tényezők éghajlati rendszerre gyakorolt hatását (például a vulkanikus aktivitás vagy az óceáni jelenség El Niño) (Fyfe és mtsai 2010).
Hogy mennyire "jó" a klímamodellek, az egyértelműen megmutatkozik az aktív klímakutatók által vezetett RealClimate internetes blogon: a múltbeli modellszámítások eredményeit folyamatosan rajzolják a később a valóságban mért hőmérsékletek - itt láthatja az eredményt kinézet: A valódi felmelegedés görbéi nagyjából pontosan abban az ingadozási tartományban mozognak, amelyet a modellek előre kiszámoltak.
Hajthatatlanok az éghajlat-előrejelzésekben
Az egyik állítás, amely olykor hangzott el, hogy az éghajlati modellek eltúlozzák a légkörben a CO2 felhalmozódásának hatásait. Elvileg a bizonytalanság túlzásban és alulértékelésben egyaránt megnyilvánulhat. De igaz, hogy a föld klímarendszerének modelljei felfelé nagyobb bizonytalanságot mutatnak, mint lefelé. Ezért nem felelősek a klímakutatók, akik ezeket a modelleket programozzák - sokkal inkább, amint Roe és Baker amerikai légköri fizikusok egy esszében kifejtik, ez az éghajlati rendszer alapvető jellemzőinek "elkerülhetetlen következménye" (Roe/Baker 2007): Mert ez A hőmérséklet-emelkedés pontos mértéke az üvegházhatású gázok állandó növekedésével nagyon erősen függ a különböző visszacsatolási folyamatoktól, amelyek összhatása erősítő, nagyobb bizonytalanságok vannak a várható hőmérséklet felső határával, mint az alsó határral.
Voltak és vannak olyan modelleredmények, amelyekben az éghajlatváltozásokat túlbecsülték - de ezek egész sora utólag is túl konzervatívnak bizonyult, ami azt jelenti, hogy a valóság még megelőzte is őket. Például Rahmstorf és mtsai. 2012 azt jelezte, hogy a tengerszint az 1990-es évek óta erőteljesebben emelkedett, mint azt korábban az IPCC modellszámítások alapján készített értékelő jelentéseiben előre jelezték (5. ábra). A műholdas mérések szerint az átlagos növekedés 1993 és 2010 között 3,2 mm volt évente, míg az IPCC harmadik értékelési jelentése 2001-től például 2 mm körüli éves növekedést várt.
5. ábra: A tengerszint változása - az árapályszint mérése narancssárgával, a műholdas adatok csak az 1990-es évek eleje óta állnak rendelkezésre piros színnel. A kék terület a harmadik IPCC-jelentés előrejelzéseit mutatja 2001-től (a kék vonallal az átlag), a zöld vonalak a felső és az alsó határokat és az IPCC negyedik értékelő jelentésének átlagértékeit mutatják. Az igazi fejlődés a korábbi modell-előrejelzések felső szélén vagy felett volt; Forrás: Rahmstorf et al. 2012
Az északi-sarki jég olvadása a nyári hónapokban szintén sokkal erősebb és gyorsabb volt, mint ahogy azt az éghajlati modellek előre jelezték (6. ábra).
6. ábra: Az északi-sarki tengeri jég mértékének változása, minden év szeptember hónapjára, négyzetkilométer millióiban - a vastag piros vonal a 20. század közepe óta tartó valódi fejlődést, a finom színes vonalak pedig a negyedik IPCC 13 különböző modelljének eredményeit mutatják. Állapotjelentés, a vastag fekete vonal annak középértéke; Forrás: IPCC/NSDC/Nasa/AWI
Mennyi pontosságra számíthat?
Esetenként azt mondják, hogy az emberiségnek klímavédelmi intézkedésekkel várnia kell, amíg az éghajlati modellek eredményei teljesen biztosak lesznek. De a tökéletes modellek mellett is bizonytalanságok maradnának az éghajlati rendszer alapvetően kaotikus jellege miatt. Az éghajlat összes finomságának szimulálása emberileg lehetetlen - de a modellek már olyan messze vannak, hogy megbízhatóan képesek szimulálni a hosszú távú éghajlati trendeket.
Tehát, ha minden klímatudományi kérdésre adott válaszban teljes bizonyosságot szeretnél várni, soha nem tehetnél semmit. Általában azonban az emberek már bizonyos valószínűségek szerint cselekszenek: Aki 95 százalékos bizonyossággal tudja, hogy túl nagy sebességgel veszélyes helyeken történik autóbaleset (az IPCC szerint ugyanolyan biztos, hogy az ember a globális felmelegedés legfőbb oka), ott támad. tartsa be a sebességkorlátozást. Egyébként a politikában szokatlan dolog bizonytalan tények alapján dönteni: például a költségvetési tárgyalások során a politikusok 95% -ig megbízható adóbecslésekre támaszkodnak.