Aikamatkustajia ei ole: miksi käytämme ilmastomalleja
Uudempien ilmastomallien parannukset ovat johtaneet suurempiin epävarmuustekijöihin tulevissa ilmastoennusteissa. Onko ilmastomallit puutteellisia ja pahenevat?
NASA Goddard Space Flight Center 

Ensimmäiset ilmastomallit rakennettiin fysiikan ja kemian peruslakien ja suunniteltu opiskelemaan ilmastojärjestelmä. Ilmastomallien käyttö on nyt lämmitettyä muuttuvan ilmastomme julkisessa keskustelussa.

Ilmastomallit edustaa fyysisessä maailmassa käyttämällä joukko yhtälöitä, jotka perustuvat näihin tunnettuihin fyysisiin lakeihin. Nämä mallit ovat virtuaalisia laboratorioita; nämä ovat työkalut, joiden avulla voimme tehdä kokeita, joita emme voi suorittaa todellisessa maailmassa.

Kuten kaikki tieteelliset laitteet, ilmastomallit kehitetään ja tarkastetaan huolellisesti. Perustamme luottamuksemme malliin sen kykyyn toistaa nykyinen ilmasto ja havaitut muutokset ja myös mallin keskeiset ajanjaksot Ohi.

Oikea se

Ilmastomallit kaappaavat luotettavasti ilmastojärjestelmän monet näkökohdat. Mallit toistavat monia tärkeitä luonnollisia ilmastoprosesseja, mukaan lukien kausiluonteinen ja päivittäin lämpötilasyklit, joita koemme todellisessa maailmassa.


sisäinen tilausgrafiikka


Ilmastomallit reagoivat tarkasti myös itse ilmastojärjestelmän ulkoisiin häiriöihin. Vuonna 1992 NASA: n tutkijat käytti Mt Pinatubon tulivuorenpurkausta testinä mallilleen. He ennustivat tarkkaan havaitun ilmaston jäähdytyksen, joka reaalimaailmassa tapahtui 1990-luvun alussa vasteena näille tulivuoren aerosoleille.

Vertailu ennustetusta ilmastomallin vasteesta Mt Pinatubon tulivuorenpurkaukseen ja havaittuun jäähtymiseen.
Vertailu ennustetusta ilmastomallin vasteesta Mt Pinatubon tulivuorenpurkaukseen ja havaittuun jäähtymiseen.
Muokattu Mount Pinatubo -purkauksesta: vaikutukset ilmakehään ja ilmastoon (1996)

Mallit kuvaavat myös havaittua 20-luvun ilmaston lämpenemistä globaaleissa lämpötiloissa vastauksena kasvihuonekaasujen lisääntymiseen. Itse asiassa tutkijat tekivät tarkka ilmastomalli ennusteet maailmanlaajuisen lämpenemisen jo vuonna 1975, jopa ennen voimakasta lämpenemistä ilmeni havaintorekistereissä.

Vuonna 1975 tehdyt ilmastomallien ennusteet havaintoihin verrattuna. Muutettu Skeptical Science -sivustolta
Vuonna 1975 tehdyt ilmastomallin ennusteet verrattuna havaintoihin.
Muokattu Skeptical Science -sivustolta (www.skepticalscience.com/lessons-from-past-climate-predictions-broecker.html)

Kokeilu virtuaalimaailmassa

Nämä virtuaalilaboratoriot auttavat meitä myös ymmärtämään maan toisiinsa kytkettyjen komponenttien vuorovaikutuksen luonnetta. Voimme nähdä kuinka muutokset metsien hävittämisellä ja maataloudella on merkittäviä vaikutuksia ilmastoon.

Voimme myös tutkia ilmastojärjestelmän reagointia suuriin häiriöihin tai ”pakotuksiin”. Aiemmat opinnot näyttää että valtameren virtauksissa ja ilman lämpötiloissa voi tapahtua suuria häiriöitä vastauksena Pohjois-Atlantin sulatukseen idealisoidulle jäälevylle.

Mallien avulla voimme myös tutkia tulevia muutoksia. mallit projekti huomattava lämpötilan äärimmäinen lämpeneminen seuraavan vuosisadan aikana, mikä auttaa meitä arvioimaan tulevia vaikutuksia haavoittuviin järjestelmiin.

Tarkastellaan suurta kuvaa

Näistä mallinnuksen onnistumisista huolimatta voimme ei ikinä täydellisesti kuvailemaan monimutkaista, kaoottista fyysistä maailmaa yhtälöillä. Pienet muutokset voivat vaikuttaa ilmastojärjestelmään monimutkaisilla tavoilla, ja kehitämme edelleen teoreettista ymmärrystämme ilmastojärjestelmän monimutkaisimmista näkökohdista.

Esimerkiksi pilvien tarkka mallintaminen on edelleen haaste. Emme tiedä täsmälleen miten pilvet muodostuvat, mikä tarkoittaa, että emme välttämättä tiedä, miten pilviprosesseja voidaan parhaiten edustaa ilmastomallissa. Tarpeellinen arvioita teemme mallinnuksessa pilvien muodostuminen voi johtaa eroihin malleja ja todellista maailmaa, kuten liian paljon jatkuva tihkua malleissa.

Luottamuksemme mallituloksiin liittyy läheisesti alueellisiin ja ajallisiin asteikkoihin. Globaalin mittakaavan malleille saadaan vankempia tuloksia tutkittaessa pidemmän aikavälin ja laajemman mittakaavan muutoksia kuin tietyissä paikoissa tietyinä ajankohtina.

Kaikille näille tutkimuksille ei ole olemassa yhtä parasta ilmastomallia, vaan kokoelmaa malleja, joita voidaan käyttää yhdessä. Sillä välin meillä on yksi yhdestä saatavilla olevista havainnoista reaalimaailman ilmaston suhteen, kaikilla sen luontaisella kaoottisella vaihtelevuudella. Tämän kaoottisen elementin huomioon ottamiseksi arvioimme, kuinka malliryhmän keskiarvo ja kantama vaihtelevat havaintoihin.

Kun käytämme tätä lähestymistapaa ja harkitsemme laajoja muutoksia vähintään vuosikymmenien ajan, ilmastomallit ovat tehokkaita työkaluja, joiden avulla voimme puuttua kysymyksiin aiemmista, nykyisistä ja tulevista ilmastomuutoksista.

Uudenaikainen

- IPCC: n viides arviointiraportti on määrä valmistua pian, ja se sisältää arvioinnit viimeisin sukupolvi ilmastomalleista. Se vaikuttaa vastaintuitiiviselta, mutta aikaisin Tulokset viittaavat siihen, että merkittävät malliparannukset ovat saattaneet johtaa tulevaisuuden ilmastoennusteisiin enemmän kuin pienempiä epävarmuustekijöitä.

Jäljellä olevat epävarmuustekijät eivät tarkoita, että mallit huononevat tai että ymmärryksemme ilmastomuutoksesta on muuttumassa vähemmän selväksi. Itse asiassa ilmastomallit ovat parantuneet simuloidessaan suurta osaa havaitusta ilmastosta.

Nämä tulevaisuuden epävarmuustekijät johtuvat osittain uusimmista malleista, joissa nyt on suurempi valikoima tärkeitä, mutta monimutkaisia ​​prosesseja. Esimerkiksi mallit voivat nyt sisältää pieniä hiukkasia teollisuuden pilaantumisesta ja vuorovaikutuksesta ilmaston, kasvillisuuden ja maanpinnan välillä.

Voimme mieleen ilmastomallien kehittäminen luonnolliseen valintaan. Menestyneet mallit ja niiden komponentit menestyvät, kun taas vähemmän tehokkaat mallit lopulta pudotavat ja sukupuuttoon.

Tieteelliset, ei poliittiset välineet

Viimeaikaisista parannuksista huolimatta ilmastomalleista on tullut kiistanauha. Mallit ovat yhä politisoituneempi ja mallipohjaiset tutkimukset herättävät usein lämmin vastauksia siihen, että ilmastomallit ovat puutteellisia ja niihin ei voida luottaa.

Nämä mallin täydellisyyttä koskevat odotukset ovat väärät; Vaikka mallien varmuutta ei voida koskaan saavuttaa, olemme vakuuttuneita ilmastomallien käytöstä.

meteorologit Knutson ja Tuleya Huomaa, että "jos meillä olisi tulevaisuuden havaintoja, luottaisimme selvästi niihin enemmän kuin malleihin, mutta valitettavasti tulevaisuuden havaintoja ei ole tällä hetkellä saatavilla".

Aikamatkustavien klimatologien puuttuessa mallit ovat vertaansa vailla olevia työkaluja muuttuvan ilmastojärjestelmän ymmärtämiseen. Eli ilmastomallit ovat tieteellisiä välineitä. Meidän pitäisi tunnustaa heidät sellaisinaan ja suhtautua niihin tiukasti tieteelliseen, ei poliittiseen skeptisyyteen.

Tietoja TekijätConversation

Sophie Lewis, tutkijatohtori, Melbournen yliopisto ja Sarah Perkins-Kirkpatrick, tutkijatohtori, UNSW

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

rikkoa

Liittyvät kirjat:

Valitsemamme tulevaisuus: selviytyminen ilmastokriisistä

kirjoittaneet Christiana Figueres ja Tom Rivett-Carnac

Kirjoittajat, jotka näyttelivät avainrooleja Pariisin ilmastonmuutosta koskevassa sopimuksessa, tarjoavat oivalluksia ja strategioita ilmastokriisin ratkaisemiseksi, mukaan lukien yksilölliset ja kollektiiviset toimet.

Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi

Asumaton maa: elämä lämpenemisen jälkeen

kirjoittanut David Wallace-Wells

Tämä kirja tutkii hallitsemattoman ilmastonmuutoksen mahdollisia seurauksia, mukaan lukien massasukupuutto, ruoan ja veden niukkuus sekä poliittinen epävakaus.

Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi

Tulevaisuuden ministeriö: romaani

Kirjailija: Kim Stanley Robinson

Tämä romaani kuvittelee lähitulevaisuuden maailman kamppailevan ilmastonmuutoksen vaikutusten kanssa ja tarjoaa näkemyksen siitä, kuinka yhteiskunta voisi muuttua vastaamaan kriisiin.

Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi

Valkoisen taivaan alla: Tulevaisuuden luonto

esittäjä (t): Elizabeth Kolbert

Kirjoittaja tutkii ihmisen vaikutusta luontoon, mukaan lukien ilmastonmuutos, ja teknisten ratkaisujen mahdollisuuksia vastata ympäristöhaasteisiin.

Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi

Laskutus: Kaikkein kattavin suunnitelma, jota koskaan ehdotettiin maailmanlaajuisen lämpenemisen kääntämiseksi

toimittanut Paul Hawken

Tämä kirja esittelee kattavan suunnitelman ilmastonmuutoksen torjumiseksi, mukaan lukien ratkaisut useilta aloilta, kuten energiasta, maataloudesta ja liikenteestä.

Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi