Förbättringar av nyare klimatmodeller har lett till större osäkerheter i framtida klimatprognoser. Är klimatmodeller brister och blir värre? NASA Goddard Space Flight Center
De första klimatmodellerna byggdes på grundläggande lagar inom fysik och kemi och utformad för att studera klimatsystemet. Nu är användningen av klimatmodeller uppvärmd i den offentliga diskussionen om vårt förändrade klimat.
Klimatmodeller representerar den fysiska världen med hjälp av en serie ekvationer baserade på dessa kända fysiska lagar. Dessa modeller är virtuella laboratorier; detta är de verktyg som tillåter oss att utföra experiment som vi inte kan utföra i den verkliga världen.
Liksom annan vetenskaplig utrustning är klimatmodeller noga utvecklade och kontrollerade. Vi baserar vårt förtroende för en modell på dess förmåga att reproducera det nuvarande klimatet och observerade förändringar och även viktiga tidsperioder för Tidigare.
Att få det rätt
Klimatmodeller fångar pålitligt många aspekter av vårt klimatsystem. Modeller reproducerar många viktiga naturliga klimatprocesser, inklusive säsong och dagligen temperaturcykler som vi upplever i den verkliga världen.
Klimatmodeller svarar också exakt på störningar utanför klimatsystemet självt. 1992 NASA-forskare använde vulkanutbrottet Mt Pinatubo som ett test för deras modell. De förutsade exakt den observerade klimatkylningen som spelade ut i den verkliga världen i början av 1990-talet som svar på dessa vulkaniska aerosoler.
Jämförelse av förutsagd klimatmodellsvar på Mt Pinatubo-vulkanutbrott och observerade kylning. Modifierad från Mount Pinatubo Eruption: Effects on the Atmosphere and Climate (1996)
Modeller fångar också den observerade 20-talets uppvärmning i globala temperaturer som svar på ökande växthusgaser. I själva verket gjorde forskare exakt klimatmodell förutsägelser av global uppvärmning redan 1975, redan innan stark uppvärmning blev tydlig i observationsregister.
Klimatmodellprognoser gjorda 1975 jämfört med observationer. Modifierad från Skeptical Science (www.skepticalscience.com/lessons-from-past-climate-predictions-broecker.html)
Experimentera i den virtuella världen
Dessa virtuella laboratorier hjälper oss också förstå arten av interaktioner mellan jordens sammankopplade komponenter. Vi kan se hur förändringar i landytan från avskogning och jordbruk har betydande klimatpåverkan.
Vi kan också undersöka hur klimatsystemet svarar på stora störningar eller "tvång". Tidigare studier show att storskaliga störningar kan uppstå i havströmmarna och lufttemperaturerna som svar på idealiserade isarksmältningar i Nordatlanten.
Modeller tillåter oss också att undersöka framtida förändringar. modeller projektet en kraftig uppvärmning av extrema temperaturer under nästa århundrade, vilket hjälper oss att bedöma potentialen för framtida effekter på sårbara system.
Titta på den stora bilden
Trots dessa modelleringsframgångar kan vi aldrig perfekt beskriv vår komplexa, kaotiska fysiska värld med en serie ekvationer. Små förändringar kan påverka klimatsystemet på komplicerade sätt och vi utvecklar fortfarande vår teoretiska förståelse för de mest komplexa aspekterna av klimatsystemet.
Exempelvis förblir en noggrann modellering av moln en utmaning. Vi vet inte exakt hur moln bildas, vilket betyder att vi inte nödvändigtvis vet hur vi bäst ska representera molnprocesser i en klimatmodell. Det nödvändiga approximationer vi gör i modellering av molnbildning kan leda till skillnader mellan modeller och den verkliga världen, till exempel för mycket ihållande regn i modellerna.
Vårt förtroende för modellresultat är nära kopplat till rumsliga och temporära skalor. För globalskalamodeller erhålls mer robusta resultat som undersöker förändringar på längre sikt, i större skala än på specifika platser, vid vissa tidpunkter.
För alla dessa studier finns det ingen enda bästa klimatmodell utan en samling modeller som kan användas tillsammans. Samtidigt har vi en i en enda uppsättning tillgängliga observationer av den verkliga världsklimatet, med all dess inneboende kaotiska variation. För att redogöra för detta kaotiska element, bedömer vi hur genomsnittet och räckvidden för en grupp modeller jämförs med observationer.
När vi använder detta tillvägagångssätt och vi överväger storskaliga förändringar över årtionden eller mer, är klimatmodeller kraftfulla verktyg som gör att vi kan ta upp frågor om tidigare, nuvarande och framtida klimatförändringar.
Det senaste
Smakämnen IPCC: s femte bedömningsrapport kommer snart och inkluderar utvärderingar av senaste generationen av klimatmodeller. Det verkar motintuitivt, men tidigt resultat föreslå att betydande modellförbättringar kan ha resulterat i bredare, snarare än mindre, osäkerheter i framtida klimatprognoser.
Återstående osäkerheter tyder inte på att modellerna förvärras eller att vår förståelse för klimatförändringar blir mindre tydlig. Klimatmodellerna har faktiskt förbättrats i att simulera mycket av det observerade klimatet.
Dessa framtida osäkerheter härrör delvis från de nyare modellerna som nu innehåller ett större utbud av viktiga men komplexa processer. Till exempel kan modeller nu inkludera små partiklar av industriell förorening och växelverkan mellan klimat, vegetation och landytan.
Vi kan gilla utvecklingen av klimatmodeller till naturligt urval. Framgångsrika modeller och deras komponenter trivs, medan mindre effektiva slutligen släpper och blir utrotade.
Vetenskapliga, inte politiska, verktyg
Trots de senaste förbättringarna har klimatmodeller blivit en blixtstång. Modeller är alltmer politiseras och modellbaserade studier framkallar ofta heta svar på att klimatmodellerna är felaktiga och inte kan lita på.
Dessa förväntningar på perfektion är felaktigt placerade; medan modellsäkerhet aldrig kan uppnås, är vi övertygade om vår användning av klimatmodeller.
meteorologer Knutson och Tuleya notera att "om vi hade iakttagelser av framtiden, skulle vi uppenbarligen lita på dem mer än modeller, men tyvärr finns observationer av framtiden inte tillgängliga just nu".
I avsaknad av tidsresande klimatologer är modeller oöverträffade verktyg för att förstå vårt förändrade klimatsystem. Det vill säga klimatmodeller är vetenskapliga verktyg. Vi bör erkänna dem som sådana och betrakta dem med strikt vetenskaplig, inte politisk, skepsis.
Om författarna
Sophie Lewis, postdoktor, University of Melbourne och Sarah Perkins-Kirkpatrick, forskarstuderande efter doktorandforskning, UNSW
Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.
Relaterade böcker:
Framtiden vi väljer: överleva klimatkrisen
av Christiana Figueres och Tom Rivett-Carnac
Författarna, som spelade nyckelroller i Parisavtalet om klimatförändringar, erbjuder insikter och strategier för att hantera klimatkrisen, inklusive individuella och kollektiva åtgärder.
Klicka för mer info eller för att beställa
Den obebodliga jorden: livet efter uppvärmningen
av David Wallace-Wells
Den här boken utforskar de potentiella konsekvenserna av okontrollerade klimatförändringar, inklusive massutrotning, mat- och vattenbrist och politisk instabilitet.
Klicka för mer info eller för att beställa
Framtidsministeriet: En roman
av Kim Stanley Robinson
Den här romanen föreställer en nära framtidsvärld som brottas med effekterna av klimatförändringar och erbjuder en vision för hur samhället kan förändras för att hantera krisen.
Klicka för mer info eller för att beställa
Under a White Sky: The Nature of the Future
av Elizabeth Kolbert
Författaren utforskar den mänskliga påverkan på naturen, inklusive klimatförändringar, och potentialen för tekniska lösningar för att hantera miljöutmaningar.
Klicka för mer info eller för att beställa
Drawdown: Den mest omfattande planen som någonsin föreslagits för att omvända global uppvärmning
redigerad av Paul Hawken
Den här boken presenterar en omfattande plan för att hantera klimatförändringar, inklusive lösningar från en rad sektorer som energi, jordbruk och transport.
