Vad fan är en klimatmodell – och varför spelar den någon roll?

tre klimatmodellglober Nationellt centrum för atmosfärisk forskning

För bara några år sedan ansåg den konventionella visdomen att man inte kunde tillskriva klimatförändringar någon enskild extrem väderhändelse. Men nu kan forskare i allt högre grad ange oddsen för att mänskliga handlingar orsakade eller förvärrade specifika torka och orkaner.

En stor anledning till förändringen är att vetenskapen om klimatmodellering blir allt kraftfullare eftersom förbättringar av teknik, tekniker och datadelning tillåter forskare att sätta upp nya experiment eller helt enkelt köra många fler av dem.

(Läs den medföljande historien: Hur kärnvapenforskning avslöjade nya klimathot.)

Klimatmodeller är sofistikerade datorsimuleringar som approximerar hur planeten reagerar på olika krafter, som ökningar av koldioxid. De bryter ner haven, ytan och atmosfären i 3D-boxar och beräknar hur skiftande förhållanden spårar över tid och rum.

Relaterad berättelse

Medföljande berättelse Lawrence Livermore Labs allt kraftfullare klimatmodeller har varit en skarp varning för Kalifornien.

Grundläggande vinster i datorkraft har drivit på många av förbättringarna. Dessa lådor var cirka 500 kvadratkilometer 1990. För några av dagens modeller med högsta upplösning, inklusive Department of Energys E3SM, Japans MRI och Kinas FGOALS, är de under 25 kvadratkilometer. Upplösningen blir ännu högre för specifika applikationer, som att modellera orkaner.

Dessutom var de tidigaste klimatmodellerna på 1960-talet fokuserade på atmosfären, men nu tar de hänsyn till landytor, havsis, aerosoler, kolets kretslopp, vegetation och atmosfärisk kemi. På senare tid har modeller börjat införliva de sätt som mänskligt beteende förändras som svar på klimatförändringar, inklusive migration och avskogning.

Andra modelleringsframsteg har skett som ett resultat av tre decenniers ansträngning under World Climate Research Programme, känt som Coupled Model Intercomparison Project (CMIP). Under detta program uppmanas forskningsinstitutioner att genomföra en gemensam uppsättning experiment med en gemensam uppsättning indata, och offentligt dela resultaten.

Petabyte av resulterande data har gjort det möjligt för forskare runt om i världen att genomföra studier som dyker in i specifika intresseområden utan att behöva säkra sin egen tid på superdatorer.

Nationellt centrum för atmosfärisk forskning

Överflöd av data har också gjort det möjligt för forskare att jämföra resultaten av olika modeller mot varandra och mot klimatförändringar som har observerats i den verkliga världen hittills. Det har gett avgörande insikt i vilka modeller som fungerar bäst, och ibland har det till och med avslöjat problem med våra observationer. Det har också erbjudits feedback som gör det möjligt för institutioner att testa nya hypoteser, ytterligare förfina modeller och förbättra sin förståelse av naturliga processer, säger Noah Diffenbaugh, professor i jordsystemvetenskap vid Stanford.

Noterbart är att MIT:s orkanmodellerare Kerry Emanuel använde offentliga data från sju modeller för att köra en fokuserad orkansimulering tiotusentals gånger, i ett försök att beräkna oddsen för att en storm av storleken på orkanen Harvey kommer att landa på Texas igen. Genom att undersöka två 20-årsperioder över en rad scenarier för utsläpp av växthusgaser, hittades att det som var en 1-på-100-års händelse i slutet av 1900-talet kommer att vara en 1-i-5,5-års händelse i slutet av denna.

Men trots alla dessa enorma förbättringar är även en låda på 25 kvadratkilometer fortfarande alldeles för stor för att fånga småskaliga processer som beteendet hos enskilda moln. Och forskare är väl medvetna om att modellerna inte perfekt representerar komplexa naturliga processer.

Det är därför de i allmänhet talar i termer av intervall i klimatförändringsscenarier, och varför händelser i den verkliga världen fortfarande ibland kan inträffa utanför dessa gränser.

Det finns fortfarande mycket osäkerhet i prognoserna, och vi är alla besvärade av det, säger Emanuel.

Dölj