Afirmația „Modelele climatice nu sunt fiabile
„Modelele climatice nu sunt fiabile, în orice caz sunt inutile pentru previziuni fiabile sau chiar decizii politice de anvergură”.
Faptul este că modelele computerizate pot acum simula bine sistemul climatic al Pământului
Cercetările au făcut pași mari în modelarea sistemului climatic în ultimele decenii. În ciuda anumitor neclarități, datorită modelelor complexe și computerelor puternice, a fost mult timp posibil să se reconstruiască în mod fiabil evoluțiile climatice anterioare și să se proiecteze evoluțiile viitoare. Calitatea modelelor poate fi văzută, de exemplu, dacă se compară previziunile anterioare cu realitatea observată ulterior.
Modelele climatice sunt programe de calculator extrem de complexe. Acestea sunt utilizate pentru a simula evoluțiile și interacțiunile dintre componentele individuale ale sistemului climatic al Pământului - de exemplu, ale atmosferei și oceanelor, ale norilor, masei de zăpadă și gheață sau ale diferitelor procese geologice, biologice și chimice.
Primele modele climatice, încă foarte simple, au fost dezvoltate în anii 1960 (a se vedea de exemplu Manabe/Bryan 1969). Dar chiar și aceste modele aspre au apărut - cu cunoștințele de astăzi - rezultate relativ exacte: Manabe/Wetherald se aștepta la o creștere a temperaturii de aproximativ 2 ° C în 1967, când conținutul de dioxid de carbon din atmosfera terestră sa dublat. De fapt, între timp, oamenii au crescut concentrația de CO2 cu aproximativ 50% comparativ cu nivelurile preindustriale - iar pământul s-a încălzit cu aproape un grad Celsius. (Estimările actuale ale așa-numitei „sensibilități climatice” sunt cuprinse între 1,5 ° C și 4,5 ° C.)
De-a lungul deceniilor, au apărut modele din ce în ce mai sofisticate. Cele mai frecvente astăzi sunt, pe de o parte, „modelele de sistem Pământ de complexitate medie” (abrevierea: EMIC), care sunt în mod deliberat simplificate și cu care se pot simula perioade mai lungi de timp (secole sau milenii). În plus, așa-numitele „modele de circulație globală” (abrevierea: GCM) sunt utilizate pentru a proiecta evoluțiile climatice în deceniile următoare, care reproduc părți individuale ale sistemului climatic și interacțiunea lor cât mai precis posibil. Dar, în ciuda complexității, modelele climatice rămân în mod natural reprezentări simplificate ale realității.
Pentru aplicarea modelelor climatice, pământul este acoperit cu o rețea tridimensională, parametrii individuali sunt apoi calculați pentru fiecare celulă de rețea și schimbul cu celule vecine. Datorită computerelor performante din ce în ce mai rapide, procesele fizice din ce în ce mai mari ar putea fi integrate în modelele climatice. În special, procesele din oceane pot fi acum reprezentate în modele într-un mod mult mai detaliat și natural.
Pentru a reduce incertitudinile rezultatelor, cercetătorii folosesc de obicei modele diferite sau au același model rulat în număr foarte mare. Prin urmare, pentru rezultatele modelelor climatice, valorile medii ale multor calcule sunt publicate de obicei, precum și gama rezultatelor obținute. Pentru a sublinia limitele modelării climatice, cercetarea nu vorbește despre „prognoze” climatice, ci mai degrabă despre „proiecții” climatice, deoarece fiecare simulare se bazează pe anumite ipoteze pentru viitor, de exemplu despre emisiile de gaze cu efect de seră. Acestea sunt greu previzibile și, desigur, pot fi influențate de oameni și de comportamentul lor.
Cât de „bune” sunt modelele climatice de astăzi?
Al cincilea raport de evaluare al IPCC din 2013/14 tratează această problemă în detaliu pe mai mult de o sută de pagini (volumul 1, capitolul 9). Concluzia clară este (traducerea germană a SPM, p. 13):
„Modelele reflectă modelele și tendințele observate [ale climei] de-a lungul mai multor decenii de temperatură a suprafeței la scară continentală, inclusiv încălzirea crescută de la mijlocul secolului al XX-lea și răcirea imediat după erupțiile vulcanice mari.”
De fapt, există două motive care stau la baza întrebării privind calitatea modelelor climatice:
- Pot fi modelele climatice reconstituirea precisă a trecutului?
- Și pot produce prognoze fiabile?
Prima întrebare este relativ ușor de răspuns, deoarece în trecut se pot compara rezultatele modelării cu temperaturile măsurate efectiv. Figura 1 prezintă calcule model pentru temperatura medie a pământului de la mijlocul secolului al XIX-lea - atât cu influența umană, cât și fără aceasta. Se poate vedea clar (în partea superioară a graficului) că modelele climatice pot reproduce temperaturile reale măsurate (curba în zigzag negru) ca o interacțiune a influențelor naturale și antropice.
Ilustrația 1: Comparație între dezvoltarea reală observată a temperaturii medii a pământului (fiecare curbă neagră, combinată din trei seturi de date separate) și calculele modelului climatic. Liniile fine portocalii și albăstrui arată rezultatele calculelor individuale ale modelului, curba roșie sau albastră îngroșată valoarea medie respectivă. În partea de sus (a) modelele iau în considerare influențele naturale și umane asupra climei, în mijloc (b) doar influențele naturale (de exemplu, fluctuațiile activității solare și erupțiile vulcanice), iar în partea de jos (c) sunt prezentate simulări ale dezvoltării temperaturii începând cu secolul al XIX-lea. care iau în considerare doar emisiile de gaze cu efect de seră provocate de om. Valorile reale măsurate și rezultatele modelului în graficul (a) se potrivesc în mod clar cel mai bine; iar graficul (c) arată că încălzirea globală din ultimele decenii ar fi fost mai mare (linii roșii) decât era reală (linia neagră) fără efectul influențelor climatice naturale, astfel încât influențele naturale au atenuat oarecum încălzirea provocată de om. Sursa: IPCC 2013, AR5, WG1, Capitolul 10, Figura 10.01 (extras)
Al cincilea raport de evaluare IPCC conține un grafic în care corespondența dintre modelele computerizate și observațiile reale este prezentată separat pentru continentele individuale și pentru temperaturile aerului, conținutul de căldură al oceanelor și întinderea gheții marine (Figura 2).
Figura 2: Comparația schimbărilor climatice observate și simulate pe baza a trei indicatori la scară largă din atmosferă, criosferă și ocean: modificări ale temperaturilor continentale ale suprafeței terestre (casete evidențiate în galben), întinderea gheții marine arctice și antarctice în septembrie (casete albe cu cadru negru) și Conținutul de căldură al stratului oceanic superior în bazinele oceanice mari (cutii albe cu cadre albastre). De asemenea, sunt afișate modificările globale medii (cele trei grafice din rândul de jos). Toate seriile temporale sunt medii pe zece ani, care sunt marcate la mijlocul deceniului. Linia neagră arată temperaturile observate efectiv, zonele hașurate roșii rezultatele acelor modele climatice care iau în considerare factorii naturali și umani - acordul este evident. Sursa: IPCC 2013, WG1, Figura SPM.6
Același lucru este valabil și pentru perioade mai lungi de timp și pentru modelele climatice EMIC menționate anterior, după cum se arată, de exemplu, printr-un studiu care a comparat datele de temperatură și rezultatele modelului înapoi la 850 (Eby și colab. 2013). Studii mai recente care au comparat datele observaționale privind încălzirea oceanelor cu rezultatele calculelor model au confirmat marele acord (Cheng și colab. 2016; Gleckler și colab. 2016). Chiar și încetinirea temporară a încălzirii după 1998 (uneori denumită incorect „pauză de încălzire”) nu schimbă fiabilitatea fundamentală a modelelor climatice actuale - deoarece modelele individuale rulate au ca rezultat și faze cu încălzire mai rapidă sau mai lentă.
Pot modele de calculatoare să prezică climatul viitor?
Ocazional, criticii cercetărilor climatice spun că oamenii de știință nici nu pot prezice vremea pentru următoarele câteva săptămâni - cum ar trebui să funcționeze pentru climă în câteva decenii? Această întrebare (retorică) se bazează pe lipsa unei distincții între vreme și climă: prima este de fapt imprevizibilă și dificil de prezis pe perioade lungi de timp, în timp ce cea de-a doua este o medie pe termen lung a vremii. Este adevărat că cu greu puteți prevedea vremea cu mai mult de două săptămâni înainte - dar iarna, de exemplu, puteți prevedea cu un grad foarte ridicat de certitudine că va fi mai cald șase luni mai târziu.
Dar, desigur, proiecțiile climatice pun o serie de dificultăți. De exemplu, activitatea viitoare a soarelui este dificil de prezis, iar influențele pe termen scurt, cum ar fi erupțiile vulcanice, sunt dificil de prezis. Cu toate acestea, modalitățile de acțiune ale celor mai importanți factori care influențează clima sunt de mult cunoscute. La sfârșitul anilor 1980, climatologul american James Hansen a publicat estimări ale evoluției viitoare a temperaturii (Hansen și colab. 1988). Aceste calcule timpurii arată deja - vezi Figura 3 - un acord destul de bun cu observațiile ulterioare (Hansen și colab. 2006). Și de atunci, așa cum am spus, modelele climatice au fost îmbunătățite semnificativ.
Figura 3: Comparația simulărilor schimbărilor de temperatură globale și a observațiilor efective ulterioare - verde, albastru și violet arată temperatura globală a suprafeței pentru diferite scenarii de emisii de gaze cu efect de seră umane, roșu și negru prezintă două analize diferite ale datelor de observare reale; Sursa: Hansen 2006
Cea mai strânsă corelație cu temperaturile reale măsurate ulterior este prezentată de scenariul Hansen B. El a considerat odată că aceasta este cea mai probabilă variantă, dar ulterior a arătat de fapt cea mai mare corespondență cu emisiile de CO2 realizate în realitate. Există abateri de la an la an - dar acestea sunt de așteptat. Natura imprevizibilă a vremii poate face dificilă determinarea impactului uman, dar tendința generală este previzibilă.
Odată cu erupția vulcanului filipinez Pinatubo în 1991, a apărut ocazia de a afla cât de exacte sunt predicțiile făcute de modele despre efectele aerosolilor sulfatici asupra climei. Rezultat: Modelele au prezis cu acuratețe răcirea globală temporară de aproximativ 0,5 ° C care a urmat în curând erupției (vezi Figura 4). Mai mult: efectele de reacție ale radiației solare și ale vaporilor de apă, de exemplu, care curgeau în modele, au fost confirmate și cantitativ (Hansen 2007).
Figura 4: Fluctuații globale de temperatură observate și simulate efectiv după erupția Pinatubo - temperatura observată de stațiile meteo este marcată în verde, pe uscat și pe mare, în albastru. Rezultatul mediu al modelării este afișat în roșu - scăderea temperaturii globale cu aproximativ 0,5 grade Celsius la un an după erupție este destul de precisă, la fel ca și creșterea graduală ulterioară (zigzagul fluctuațiilor pe termen scurt este normal); Sursa: Hansen 2007
De-a lungul anilor, cercetătorii au reușit să identifice, să izoleze și să reproducă influența factorilor naturali asupra sistemului climatic (cum ar fi activitatea vulcanică sau fenomenul oceanic El Niño) cu o precizie crescândă folosind modele climatice (Fyfe și colab. 2010).
Cât de „bune” sunt acum modelele climatice este clar arătat pe blogul de internet RealClimate, care este condus de cercetători activi în domeniul climei: rezultatele calculelor modelului din trecut arată continuu temperaturile măsurate ulterior în realitate - puteți vedea rezultatul aici look: Curbele încălzirii reale se mișcă aproape exact în intervalul de fluctuație calculat în prealabil de modele.
Imponderabile în prognozele climatice
O afirmație care a fost făcută uneori este că modelele climatice exagerează efectele acumulării de CO2 în atmosferă. În principiu, incertitudinile se pot manifesta atât în exagerare, cât și subevaluare. Dar este adevărat că modelele sistemului climatic al Pământului au incertitudini mai mari în sus decât în jos. Cu toate acestea, nu sunt responsabili de acest lucru intențiile cercetătorilor climatici care programează aceste modele - mai degrabă, așa cum explică fizicienii atmosferici americani Roe și Baker într-un eseu, este o „consecință inevitabilă” a caracteristicilor de bază ale sistemului climatic (Roe/Baker 2007): Pentru că Măsura exactă a creșterii temperaturii cu o creștere fixă a gazelor cu efect de seră depinde foarte puternic de diferite procese de feedback și al căror efect general este unul de consolidare, există incertitudini mai mari cu limita superioară a temperaturilor preconizate decât cu limita inferioară.
Au existat și există de fapt rezultate de model în care schimbările climatice au fost supraestimate - dar și o serie întreagă s-a dovedit a fi prea conservatoare retrospectiv, ceea ce înseamnă că realitatea chiar le-a depășit. De exemplu, Rahmstorf și colab. 2012 a indicat faptul că nivelul mării a crescut mai brusc din anii 1990 decât au fost proiectate odată în rapoartele de evaluare IPCC bazate pe calcule model (Figura 5). Conform măsurătorilor prin satelit, creșterea medie între 1993 și 2010 a fost de 3,2 mm pe an, în timp ce al treilea raport de evaluare al IPCC din 2001, de exemplu, se aștepta la o creștere anuală de aproximativ 2 mm.
Figura 5: Modificarea nivelului mării - măsurătorile nivelului mareei sunt afișate în portocaliu, datele satelitului fiind disponibile doar de la începutul anilor 1990 în roșu. Zona albastră prezintă proiecțiile celui de-al treilea raport IPCC din 2001 (cu linia albastră ca medie), liniile verzi arată limitele superioare și inferioare și valorile medii din al patrulea raport de evaluare IPCC. Dezvoltarea reală a fost la marginea superioară sau peste proiecțiile modelului anterior; Sursa: Rahmstorf și colab. 2012
Topirea gheții marine arctice în lunile de vară a fost, de asemenea, mult mai puternică și mai rapidă decât s-a prevăzut în modelele climatice (Figura 6).
Figura 6: Modificarea întinderii gheții marine arctice, fiecare pentru luna septembrie a fiecărui an, în milioane de kilometri pătrați - linia roșie îndrăzneață arată evoluția reală de la mijlocul secolului al XX-lea, liniile fine colorate arată rezultatele a 13 modele diferite din al patrulea IPCC- Raport de stare, linia neagră și îndrăzneață înseamnă; Sursa: IPCC/NSDC/Nasa/AWI
Câtă precizie vă puteți aștepta?
Ocazional se spune că omenirea ar trebui să aștepte să ia măsuri de protecție climatică până când rezultatele modelelor climatice sunt complet sigure. Dar chiar și cu modele perfecte, incertitudinile ar rămâne datorate caracterului fundamental haotic al sistemului climatic. Simularea tuturor subtilităților climatice este uman imposibilă - dar modelele sunt deja atât de departe încât pot simula în mod fiabil tendințele climatice pe termen lung.
Deci, dacă ați dori să așteptați o certitudine absolută în răspunsul la toate întrebările legate de științele climatice, nu ați putea face niciodată nimic. De obicei, însă, oamenii acționează deja atunci când există o anumită probabilitate: oricine știe cu 95 la sută certitudinea că un accident de mașină va apărea în locuri periculoase la viteză excesivă (conform IPCC, este la fel de sigur că oamenii sunt principala cauză a încălzirii globale), va ataca păstrați limita de viteză. De altfel, în politică este orice altceva decât neobișnuit să ia decizii pe baza unor fapte incerte: în negocierile bugetare, de exemplu, politicienii se bazează pe estimări fiscale care sunt departe de 95% fiabile.