Jak wiarygodne są modele klimatyczne?

Co mówi nauka...

Istnieją dwa zasadnicze pytania odnośnie modelowania klimatu: (1) czy mogą one dokładnie odtworzyć przeszłość i (2) czy mogą one pomyślnie przewidzieć przyszłość? Żeby odpowiedzieć na pierwsze pytanie, tutaj jest podsumowanie resultatów modelu IPCC temperatur powierzchniowych od lat z 19-go wieku - zarówno z uwzględnieniem ludzkiego wymuszania jak i bez niego. Żaden model nie potrafi przewidzieć ocieplenia z ostatnich lat bez uwzględnienia podnoszącego się poziomu CO2. Nikt nie sformułował modelu ogólnej cyrkulacji który może wyjaśnić zachowanie klimatu w ciągu ostatnich 100 lat bez ocieplenia spowodowanego przez CO2.

Rysunek 1: Porównanie modeli klimatu z obserwacjami. (a) pokazuje symulacje zrobione tylko z naturalnymi wymuszeniami: zmiany słoneczne i aktywność wulkaniczna. (b) reprezentuje symulacje zrobione z wymuszeniem antropogenicznym: gazy cieplarniane i aerozole siarczanowe. (c) to jest symulacja z użyciem zarówno naturalnego jak i ludzkiego wymuszania. (IPCC).

Przewidywanie przyszłości klimatu

Słyszy się często argument, że "naukowcy nie potrafią nawet przewidzieć pogody w przyszłym tygodniu - jak mogą oni zatem przewidzieć klimat wiele lat w przyszłości". Ten argument ilustruje brak zrozumienia różnicy pomiędzy pogodą, która jest chaotyczna i trudna do przewidzenia, a klimatem czyli pogodą uśrednioną w czasie. O ile nie można przewidzieć czy moneta pokaże orła czy reszkę, można łatwo przewidzieć statystyczny rezultat dużej ilości rzutów monetą. W terminologii pogody, nie możesz przewidzieć dokładnej trajektorii burzy, ale średnie temperatury i opady w długim okresie czasu w danym regionie możesz podać dokładnie.

Istnieje wiele trudności w przewidywaniu przyszłości kimatu. Zachowanie słońca jest trudne do przewidzenia. Krótkoterminowe zaburzenia jak El Nino albo erupcje wulkaniczne są trudne do modelowania. Pomimo to, główne wymuszania które wpływają na klimat są dobrze rozumiane. W 1998 roku James Hansen przwidział trendy temperatury (Hansen 1988). Te wstępne przewidywania dobrze się zgadzają z póżniejszymi obserwacjami (Hansen 2006).

Rysunek 2: Globalna temperatura powierzchniowa obliczona według scenariuszy A, B i C, porównana do dwóch analiz z danych obserwacyjnych (Hansen 2006).

Scenariusz Hansena B (opisany jako najbardziej prawdopodobna opcja i najlepiej dopasowany do emisji CO2) pokazuje dobrą korelację z obserwowanymi temperaturami. Hansen przesadnie oszacował przyszły poziom CO2 o 5 do 10% więc jeśli jego model miałby właściwy poziom wymuszania, porównanie byłoby jeszcze lepsze. Są widoczne odchylenia z roku na rok ale to jest normalne. Chaotyczna natura pogody doda hałas do sygnału ale ogólny trend jest przewidywalny.

Wybuch Góry Pinatubo w 1991 roku dostarczył okazji do sprawdzenia jak dokładnie modele przewidują reakcję klimatu na aerozole siarczanowe wtłoczone do atmosfery. Te modele dokładnie przewidują globalne oziębienie ok. 0.5 °C wkrótce po wybuchu. Co więcej, sprzężenie radiacyjne, pary wodnej i sprzężenie dynamiczne, które są elementami modelu też zostały ilościowo zweryfikowane (Hansen 2007). Więcej na temat przewidywania przyszłości...

 

Rysunek 3: Obserwowana i symulowana zmiana globalnej temperatury podczas wybuchu Pinatubo. Zielony kolor oznacza temperatury obserwowane przez stacje pogodowe. Niebieski oznacza temperatury lądu i oceanu. Czerwony oznacza wyniki modelowe (Hansen 2007).

Niepewność w przewidywaniu przyszłości

Częstym błędnym mniemaniem jest, że modele klimatyczne są stronnicze w kierunku przesadzania efektu CO2. Warto tutaj wspomnieć, że niepewność może istnieć w obu kierunkach. W rzeczywistości w systemie klimatycznym z netto pozytywnym sprzężeniem niepewność jest skrzywiona w kierunku mocniejszej reakcji klimatu (Roe 2007).

Dlatego wiele przwidywań opublikowanych przez IPCC zaniżyło reakcję klimatu. Pomiary satelitarne i pomiary przypływów pokazują, że wzrost poziomu morza przyśpiesza szybciej niż przewidywania IPCC. Przeciętny stopień wzrostu w latach 1993-2008 mierzony z satelity jest 3,4 mm rocznie podczas gdy raport IPCC zwany "Trzecim Oszacowaniem" (po angielsku: Third Assessment Report - TAR) szacował 1,9 mm rocznie w tym samym okresie). Obserwacje pokazują wzrost według górnej granicy przewidzianej przez IPCC (Kopenhaga 2009).

Rysunek 4: Zmian poziomu morza. Dane z mierników przypływów na czerwono i dane satelitarne na niebiesko. Szary obszar pokazuje przewidywania IPCC (Trzecie Oszacowanie) (Kopenhaga 2009).

Podobnie, letnie topnienie lodu morskiego w Arktyce przyśpieszyło znacznie powyżej oczekiwań wysnutych z modeli klimatycznych. Obszar topnienia lodu w latach 2007-2009 był ok 40% większy niż przeciętne szacunki modeli klimatycznych IPCC AR4. Grubość lodu arktycznego też sie stale obniżała w ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci.

Rysunek 5: Obserwowany (czerwona linia) i modelowany zasięg lodu morskiego w milionach kilometrów kwadratowych. Gruba czarna linia pokazuje średnią z 13-tu modeli IPCC AR4 a kreskowane czarne linie pokazują zakres przewidywań modeli. Minimum z 2009 roku zostało niedawno policzone na 5,10 milionów kilometrów kwadratowych, trzeci najniższy obszar zaobserwowany i wciąż poniżej najgorszych przewidywań IPCC (Diagnoza z Kopenhagi 2009).

Czy wiemy wystarczająco dużo żeby działać?

Sceptycy argumentują, że zanim zaczniemy działać nad obniżaniem emisji CO2, powinniśmy zaczekać aż modele klimatycznie będą zupełnie pewne. Jeśli będziemy czekać na 100% pewność to nigdy nic nie zrobimy. Modele są stale ulepszane przez dodawanie nowych procesów, poleganie na mniejszej ilości przybliżeń i zwiększanie ich dokładności w miarę wzrostu mocy komputerowych. Skomplikowana i nieliniowa natura klimatu oznacza, że zawsze będzie zachodził proces uściślania i udoskonalania. Najważniejsze jest to, że wiemy wystarczająco dużo żeby działać. Modele rozwinęły się do tego stopnia że mogą przewidzieć długoterminowe trendy a aktualnie zyskują możliwość przewidywania bardziej chaotycznych, krótkoterminowych zmian. Dowody z wielu źródeł, zarówno modelowe jak i empiryczne mówią nam, że globalne temperatury zmienią się o 3°C z podwojeniem ilości CO2 (Knutti & Hegerl 2008).

Modele nie muszą być doskonałe pod każdym względem żeby dać nam dokładne trendy i główne efekty - mamy to już teraz. Jeśli wiedzielibyśmy że jest 90% szansy, że będziemy w wypadku samochodowym to przynajmniej zakładalibyśmy pasy bezpieczeństwa. IPCC przewiduje większe niż 90% prawdopodobieństwo że ludzie powodują globalne ocieplenie. Czekanie na 100% pewności zanim zaczniemy działać jest lekkomyślne i nieodpowiedzialne.

iPhone

Android

Nokia