Tvrdia: „Klimatické modely nie sú spoľahlivé
„Klimatické modely sú nespoľahlivé, v každom prípade sú zbytočné pre spoľahlivé predpovede alebo dokonca ďalekosiahle politické rozhodnutia.“
Faktom je, že počítačové modely môžu teraz dobre simulovať klimatický systém Zeme
Výskum urobil za posledných niekoľko desaťročí veľké pokroky v modelovaní klimatického systému. Napriek určitej nejasnosti je vďaka zložitým modelom a výkonným počítačom dlho možné spoľahlivo zrekonštruovať predchádzajúci vývoj podnebia a plánovať ďalší vývoj. Kvalitu modelov možno zistiť napríklad pri porovnaní predchádzajúcich predpovedí s realitou pozorovanou neskôr.
Klimatické modely sú mimoriadne zložité počítačové programy. Používajú sa na simuláciu vývoja a interakcií medzi jednotlivými zložkami klimatického systému Zeme - napríklad atmosférou a oceánmi, mrakmi, snehom a ľadovými masami alebo rôznymi geologickými, biologickými a chemickými procesmi.
Prvé, stále veľmi jednoduché klimatické modely boli vyvinuté v 60. rokoch 20. storočia (pozri napr. Manabe/Bryan 1969). Ale aj tieto hrubé modely priniesli pomerne presné výsledky - pri pohľade na dnešné poznatky: Manabe/Wetherald očakávali v roku 1967 zvýšenie teploty okolo 2 ° C, keď sa obsah oxidu uhličitého v zemskej atmosfére zdvojnásobil. Ľudia v skutočnosti medzitým zvýšili koncentráciu CO2 o zhruba 50 percent v porovnaní s úrovňami pred industrializáciou - a Zem sa zahriala takmer o jeden stupeň Celzia. (Súčasné odhady takzvanej „klimatickej citlivosti“ sa pohybujú medzi 1,5 ° C a 4,5 ° C.)
V priebehu desaťročí sa objavovali čoraz sofistikovanejšie modely. Najbežnejšie sú dnes na jednej strane „modely systému Zeme strednej zložitosti“ (skratka: EMIC), ktoré sú zámerne zjednodušené a pomocou ktorých možno simulovať dlhšie časové obdobia (storočia alebo tisícročia). Okrem toho sa na projektovanie vývoja podnebia v nasledujúcich desaťročiach používajú takzvané „modely globálnej cirkulácie“ (skratka: GCM), ktoré čo najpresnejšie reprodukujú jednotlivé časti klimatického systému a ich vzájomné pôsobenie. Ale napriek všetkej zložitosti klimatické modely prirodzene zostávajú zjednodušenými znázorneniami reality.
Pre aplikáciu klimatických modelov je Zem pokrytá trojrozmernou sieťou, jednotlivé parametre sa potom vypočítajú pre každú bunku siete a výmenu so susednými bunkami. Vďaka stále rýchlejším vysoko výkonným počítačom bolo možné do klimatických modelov integrovať čoraz viac fyzických procesov. Najmä procesy v oceánoch je teraz možné na modeloch predstaviť oveľa podrobnejšie a prirodzenejšie.
Aby sa znížila neistota vo výsledkoch, výskumníci zvyčajne používajú rôzne modely alebo majú rovnaký model spustený vo veľmi veľkom počte. Pre výsledky klimatických modelov sú preto zvyčajne zverejňované priemerné hodnoty mnohých výpočtov, ako aj rozsah získaných výsledkov. Aby sa zdôraznili limity klimatického modelovania, výskum nehovorí o klimatických „prognózach“, ale skôr o „klimatických“ projekciách, pretože každá simulácia je založená na určitých predpokladoch do budúcnosti, napríklad o emisiách skleníkových plynov. Sú ťažko predvídateľné a môžu byť samozrejme ovplyvnené ľuďmi a ich správaním.
Aké „dobré“ sú dnešné klimatické modely?
Piata hodnotiaca správa IPCC z rokov 2013/14 sa tejto otázke podrobne venuje na viac ako sto stranách (zväzok 1, kapitola 9). Jednoznačný záver je (nemecký preklad SPM, s. 13):
„Modely odrážajú pozorované vzorce a trendy [podnebia] v priebehu mnohých dekád povrchovej teploty v kontinentálnom meradle vrátane zvýšeného otepľovania od polovice 20. storočia a ochladenia bezprostredne po veľkých sopečných erupciách.“ “
Za otázkou kvality klimatických modelov v skutočnosti stoja dva dôvody:
- Môžu klimatické modely presne rekonštruovať minulosť?
- A môžu vytvárať spoľahlivé predpovede?
Na prvú otázku sa dá odpovedať pomerne ľahko, pretože v minulosti sa dajú porovnávať výsledky modelovania so skutočne nameranými teplotami. Obrázok 1 zobrazuje modelové výpočty priemernej teploty Zeme od polovice 19. storočia s ľudským vplyvom aj bez neho. Je zreteľne vidieť (v hornej časti grafu), že klimatické modely môžu reprodukovať skutočné namerané teploty (čierna cikcaková krivka) ako súhru prírodných a antropogénnych vplyvov.
Obrázok 1: Porovnanie medzi skutočným pozorovaným vývojom priemernej teploty Zeme (každá čierna krivka, kombinovaná z troch samostatných súborov údajov) a výpočtami klimatického modelu. Jemné oranžové a modrasté čiary zobrazujú výsledky jednotlivých výpočtov modelu, tučná červená alebo modrá krivka príslušnú strednú hodnotu. V hornej časti (a) modely zohľadňujú prírodné a ľudské vplyvy na podnebie, v strede (b) iba prírodné vplyvy (napr. Kolísanie slnečnej aktivity a sopečné erupcie) a v dolnej časti (c) sú zobrazené simulácie vývoja teploty od 19. storočia ktoré berú do úvahy iba emisie skleníkových plynov spôsobené človekom. Skutočné namerané hodnoty a výsledky modelu v grafike (a) jednoznačne najlepšie zodpovedajú; a graf (c) ukazuje, že globálne otepľovanie v posledných desaťročiach by bolo bez pôsobenia prírodných klimatických vplyvov vyššie (červené čiary) ako skutočné (čierna čiara), takže prírodné vplyvy do istej miery tlmili otepľovanie spôsobené človekom. Zdroj: IPCC 2013, AR5, WG1, kapitola 10, obrázok 10.01 (výňatok)
Piata hodnotiaca správa IPCC obsahuje grafiku, v ktorej je korešpondencia medzi počítačovými modelmi a skutočnými pozorovaniami zobrazená osobitne pre jednotlivé kontinenty a pre teploty vzduchu, tepelný obsah oceánov a rozsah morského ľadu (obrázok 2).
Obrázok 2: Porovnanie pozorovaných a simulovaných zmien podnebia na základe troch rozsiahlych ukazovateľov v atmosfére, kryosfére a oceáne: zmeny teplôt kontinentálneho povrchu pevniny (polia zvýraznené žltou farbou), rozsah arktického a antarktického morského ľadu v septembri (biele skrinky s čiernym rámom), ako aj Tepelný obsah vrstvy horného oceánu vo veľkých oceánskych panvách (biele škatule s modrými rámami). Sú zobrazené aj priemerné globálne zmeny (tri grafy v spodnom riadku). Všetky časové rady sú desaťročné priemery, ktoré sa vyznačujú v polovici desaťročia. Čierna čiara zobrazuje skutočne pozorované teploty, červené šrafované oblasti výsledky tých klimatických modelov, ktoré zohľadňujú prírodné a ľudské faktory - korešpondencia je zrejmá. Zdroj: IPCC 2013, WG1, obrázok SPM.6
To isté platí pre dlhšie časové obdobia a vyššie uvedené klimatické modely EMIC, ako ukazuje napríklad štúdia, ktorá porovnávala údaje o teplote a výsledky modelov späť na 850 (Eby et al. 2013). Novšie štúdie, ktoré porovnávali pozorovacie údaje o otepľovaní oceánov s výsledkami modelových výpočtov, potvrdili veľkú zhodu (Cheng et al. 2016, Gleckler et al. 2016). Ani dočasné spomalenie otepľovania po roku 1998 (niekedy nesprávne nazývané „prestávka na otepľovanie“) nemení základnú spoľahlivosť dnešných klimatických modelov - pretože jednotlivé behy modelu vedú aj k fázam rýchleho alebo pomalého otepľovania.
Môžu počítačové modely predpovedať budúcu klímu?
Kritici výskumu podnebia občas počujú, že vedci nedokážu ani predpovedať počasie na najbližšie týždne - ako to má fungovať pre podnebie o niekoľko desaťročí? Táto (rétorická) otázka je založená na tom, že sa nerozlišuje medzi počasím a podnebím: prvé je vlastne nepredvídateľné a je ťažké ho predpovedať po dlhšiu dobu, zatiaľ čo druhé je dlhodobý priemer počasia. Je pravda, že len ťažko môžete predpovedať počasie viac ako dva týždne vopred - ale napríklad v zime môžete s vysokou mierou istoty predpovedať, že o šesť mesiacov bude teplejšie.
Projekcie podnebia však samozrejme spôsobujú množstvo problémov. Napríklad je ťažké predvídať budúcu aktivitu slnka a je ťažké predpovedať krátkodobé vplyvy, ako sú sopečné erupcie. Spôsoby pôsobenia najdôležitejších faktorov, ktoré ovplyvňujú podnebie, sú však známe už dávno. Na konci osemdesiatych rokov zverejnil americký klimatológ James Hansen odhady budúceho vývoja teploty (Hansen et al. 1988). Tieto skoré výpočty už ukazujú - pozri obrázok 3 - celkom dobrú zhodu s nasledujúcimi pozorovaniami (Hansen et al. 2006). A odvtedy, ako som už povedal, sa klimatické modely výrazne vylepšili.
Obrázok 3: Porovnanie simulácií zmien globálnej teploty a následných skutočných pozorovaní - zelená, modrá a fialová ukazujú globálnu povrchovú teplotu pre rôzne scenáre emisií skleníkových plynov z ľudí, červená a čierna ukazujú dve rôzne analýzy skutočných údajov z pozorovania; Zdroj: Hansen 2006
Najbližšiu koreláciu s neskoršími reálnymi nameranými teplotami ukazuje Hansenov scenár B. Sám to kedysi považoval za najpravdepodobnejší variant, neskôr však skutočne preukázal najväčšiu zhodu s dosiahnutými emisiami CO2 v skutočnosti. Z roka na rok sa vyskytujú odchýlky - je ich však možné očakávať. Nepredvídateľná povaha počasia môže sťažiť určenie ľudského vplyvu, ale celkový trend je predvídateľný.
S výbuchom filipínskej sopky Pinatubo v roku 1991 sa naskytla príležitosť zistiť, aké presné sú predpovede modelov o účinkoch síranových aerosólov na podnebie. Výsledok: Modely presne predpovedali dočasné globálne ochladenie okolo 0,5 ° C, ktoré čoskoro nasledovalo po erupcii (pozri obrázok 4). Ešte viac: Kvantitatívne sa potvrdili napríklad aj účinky spätnej väzby slnečného žiarenia a vodných pár, ktoré prúdili do modelov (Hansen 2007).
Obrázok 4: Skutočne pozorované a simulované výkyvy globálnych teplôt po výbuchu Pinatubo - teplota pozorovaná meteorologickými stanicami je označená zelenou farbou, teplota pevniny a mora modrou farbou. Priemerný výsledok modelovania je zobrazený červenou farbou - pokles globálnej teploty o zhruba 0,5 stupňa Celzia jeden rok po výbuchu je pomerne presný, rovnako ako následné postupné zvyšovanie (cikcak krátkodobých výkyvov je normálny); Zdroj: Hansen 2007
V priebehu rokov sa vedcom podarilo identifikovať, izolovať a reprodukovať pomocou klimatických modelov vplyv prírodných faktorov na klimatický systém (ako sú sopečná činnosť alebo oceánsky fenomén El Niño) (Fyfe et al. 2010).
To, ako sú „dobré“ klimatické modely v súčasnosti, jasne ukazuje internetový blog RealClimate, ktorý prevádzkujú aktívni výskumníci v oblasti klímy: výsledky minulých modelových výpočtov neustále ukazujú teploty neskôr namerané v realite - výsledok si môžete pozrieť tu pohľad: Krivky skutočného otepľovania sa pohybujú takmer presne vo fluktuačnom rozmedzí, ktoré modely vopred vypočítali.
Dosahovateľné v klimatických predpovediach
Jedno tvrdenie, ktoré sa niekedy objavuje, je, že klimatické modely zveličujú účinky akumulácie CO2 v atmosfére. Neistoty sa v zásade môžu prejaviť v preháňaní aj podceňovaní. Ale je pravda, že modely klimatického systému Zeme majú väčšie neistoty smerom hore ako dole. Za to však nie sú zodpovedné nijaké zámery výskumníkov v oblasti klímy, ktorí tieto modely programujú - skôr, ako to v eseji vysvetľujú americkí atmosférickí fyzici Roe a Baker, ide o „nevyhnutný dôsledok“ základných charakteristík klimatického systému (Roe/Baker 2007): Pretože to Presný rozsah nárastu teploty pri stálom zvýšení skleníkových plynov veľmi silno závisí od rôznych procesov spätnej väzby a ich celkový účinok je posilňujúci, pri hornej hranici očakávaných teplôt sú väčšie neistoty ako pri dolnej hranici.
V skutočnosti existovali a skutočne existujú modelové výsledky, pri ktorých boli klimatické zmeny nadhodnotené - ale aj celá ich séria sa spätne ukázala ako príliš konzervatívna a dokonca ich predbehla realita. Napríklad Rahmstorf a kol. Rok 2012 naznačil, že hladiny morí od 90. rokov 20. storočia stúpali výraznejšie, ako sa kedysi predpokladalo v hodnotiacich správach IPCC na základe modelových výpočtov (obrázok 5). Podľa satelitných meraní bol priemerný nárast medzi rokmi 1993 a 2010 3,2 mm ročne, zatiaľ čo napríklad tretia hodnotiaca správa IPCC z roku 2001 očakávala ročný nárast približne o 2 mm.
Obrázok 5: Zmeny merania hladiny mora - prílivu a odlivu sú zobrazené oranžovou farbou, satelitné údaje sú k dispozícii od začiatku 90. rokov iba červenou farbou. Modrá oblasť zobrazuje projekcie tretej správy IPCC z roku 2001 (s modrou čiarou ako priemer), zelené čiary ukazujú hornú a dolnú hranicu a stredné hodnoty zo štvrtej hodnotiacej správy IPCC. Skutočný vývoj bol na hornom okraji alebo nad predchádzajúcimi projekciami modelu; Zdroj: Rahmstorf a kol. 2012
Tavenina arktického morského ľadu počas letných mesiacov bola tiež oveľa silnejšia a rýchlejšia, ako sa predpovedalo v klimatických modeloch (obrázok 6).
Obrázok 6: Zmena rozsahu arktického morského ľadu, každý za mesiac september každého roku, na miliónoch štvorcových kilometrov - odvážna červená čiara ukazuje skutočný vývoj od polovice 20. storočia, jemné farebné čiary ukazujú výsledky 13 rôznych modelov zo štvrtého IPCC - Správa o stave, tučná čierna čiara v strede; Zdroj: IPCC/NSDC/Nasa/AWI
Koľko presnosti môžete očakávať?
Príležitostne sa hovorí, že ľudstvo by malo s prijatím opatrení na ochranu podnebia počkať, kým nebudú výsledky klimatických modelov úplne isté. Ale aj pri dokonalých modeloch by zostali neistoty kvôli zásadne chaotickému charakteru klimatického systému. Simulovať všetky jemnosti podnebia je ľudsky nemožné - modely sú však už pripravené na spoľahlivú simuláciu dlhodobých klimatických trendov.
Ak by ste teda chceli čakať na absolútnu istotu v odpovediach na všetky otázky týkajúce sa vedy o klíme, nikdy by ste nemohli urobiť nič. Zvyčajne však ľudia už konajú s určitou pravdepodobnosťou: Každý, kto s 95-percentnou istotou vie, že k autonehode dôjde na nebezpečných miestach nadmernou rýchlosťou (podľa IPCC je rovnako isté, že hlavnou príčinou globálneho otepľovania sú ľudia), tam zaútočí dodržať povolenú rýchlosť. Mimochodom, v politike nie je nič neobvyklé rozhodovať sa na základe neistých faktov: napríklad pri rokovaniach o rozpočte sa politici spoliehajú na daňové odhady, ktoré nie sú ani zďaleka spoľahlivé na 95 percent.