Czym, do diabła, jest model klimatyczny — i dlaczego ma to znaczenie?

trzy kule modeli klimatycznych Narodowe Centrum Badań Atmosfery

Jeszcze kilka lat temu konwencjonalna mądrość głosiła, że ​​nie można przypisać ani jednego ekstremalnego zdarzenia pogodowego zmianie klimatu. Ale teraz naukowcy coraz częściej mogą i stwierdzają prawdopodobieństwo, że ludzkie działania spowodowały lub zaostrzyły określone susze i huragany.

Jednym z ważnych powodów tej zmiany jest to, że nauka o modelowaniu klimatu staje się coraz bardziej potężna, ponieważ ulepszenia technologii, technik i udostępniania danych pozwalają naukowcom przeprowadzać nowe eksperymenty lub po prostu przeprowadzać ich znacznie więcej.

(Przeczytaj towarzyszący artykuł: Jak badania nad bronią jądrową ujawniły nowe zagrożenia klimatyczne.)

Modele klimatu to zaawansowane symulacje komputerowe, które przybliżają reakcje planety na różne siły, takie jak wzrost stężenia dwutlenku węgla. Rozbijają oceany, powierzchnię i atmosferę na trójwymiarowe pudełka i obliczają, w jaki sposób zmieniają się warunki w czasie i przestrzeni.

Powiązana historia

towarzysząca historia Coraz potężniejsze modele klimatyczne Lawrence Livermore Lab stanowią surowe ostrzeżenie dla Kalifornii.

Podstawowe przyrosty mocy obliczeniowej przyczyniły się do wielu ulepszeń. Pudełka te miały około 500 kilometrów kwadratowych w 1990 roku. W przypadku niektórych dzisiejszych modeli o najwyższej rozdzielczości, w tym E3SM Departamentu Energii, japońskiego MRI i chińskiego FGOALS, mają one mniej niż 25 kilometrów kwadratowych. Rozdzielczość jest jeszcze wyższa w przypadku określonych zastosowań, takich jak modelowanie huraganów.

Ponadto najwcześniejsze modele klimatyczne z lat 60. koncentrowały się na atmosferze, ale teraz uwzględniają powierzchnię lądu, lód morski, aerozole, obieg węgla, roślinność i chemię atmosfery. Niedawno modele zaczęły uwzględniać zmiany zachowań ludzkich w odpowiedzi na zmiany klimatyczne, w tym migrację i wylesianie.

Inne postępy w modelowaniu pojawiły się w wyniku trwających trzy dekady wysiłków w ramach Światowego Programu Badań nad Klimatem, znanego jako Projekt porównań sprzężonych modeli (CMIP). W ramach tego programu instytucje badawcze są proszone o przeprowadzenie wspólnego zestawu eksperymentów ze wspólnym zestawem danych wejściowych i publiczne udostępnienie wyników.

Petabajty uzyskanych danych umożliwiły naukowcom na całym świecie prowadzenie badań, które zagłębiają się w określone obszary zainteresowań, bez konieczności zabezpieczania własnego czasu na superkomputerach.

Narodowe Centrum Badań Atmosfery

Obfitość danych pozwoliła również naukowcom na porównanie wyników różnych modeli ze sobą oraz ze zmianami klimatycznymi obserwowanymi do tej pory w świecie rzeczywistym. Dało to kluczowy wgląd w to, które modele działają najlepiej, a czasami nawet ujawniły problemy z naszymi obserwacjami. Oferuje również informacje zwrotne, które umożliwiają instytucjom testowanie nowych hipotez, dalsze udoskonalanie modeli i lepsze zrozumienie procesów naturalnych, mówi Noah Diffenbaugh, profesor nauk o systemach Ziemi na Stanford.

Warto zauważyć, że Kerry Emanuel, projektantka huraganów z MIT, wykorzystała publiczne dane z siedmiu modeli, aby przeprowadzić ukierunkowaną symulację huraganu dziesiątki tysięcy razy, próbując obliczyć szanse, że burza na skalę huraganu Harvey ponownie wyląduje na Teksasie. Badając dwa 20-letnie okresy w różnych scenariuszach emisji gazów cieplarnianych, He znaleziony że to, co było wydarzeniem 1 na 100 lat pod koniec XX wieku, będzie wydarzeniem 1 na 5,5 roku pod koniec tego roku.

Ale pomimo tych wszystkich ogromnych ulepszeń, nawet 25-kilometrowe pudełko jest wciąż zbyt duże, aby uchwycić procesy na małą skalę, takie jak zachowanie poszczególnych chmur. A naukowcy doskonale zdają sobie sprawę, że modele nie odzwierciedlają idealnie złożonych procesów naturalnych.

To dlatego ogólnie mówią w kategoriach zakresów w scenariuszach zmiany klimatu i dlaczego wydarzenia w świecie rzeczywistym mogą czasami zdarzać się poza tymi granicami.

W prognozach wciąż jest wiele niepewności i wszyscy się tym przejmujemy, mówi Emanuel.

ukryć