A tudósok az elmúlt négy évtizedben egyre növekvő bonyolultságú éghajlati modellek segítségével vetítették előre a jövőbeli globális felmelegedést.
Ezek a légköri fizika és biogeokémia vezérelt modellek fontos szerepet játszanak a Föld éghajlatának megértésében és abban, hogy a jövőben valószínűleg megváltozik-e.
A Carbon Brief az 1973 óta kiemelkedő éghajlati modell-előrejelzéseket gyűjtött, hogy megtudja, mennyire jól előrejelzik mind a múltbeli, mind a jövőbeli globális hőmérsékleteket, amint az alábbi animáció mutatja. (A kezdéshez kattintson a lejátszás gombra.)
Míg egyes modellek kevésbé melegítettek előre, mint amilyet már tapasztaltunk, és mások többet vettek előre, mindegyik felszíni hőmérsékleti növekedést mutatott az 1970 és az 2016 között, amelyek nem voltak túl messze a ténylegesen bekövetkezettől, különösen, ha figyelembe vesszük a feltételezett jövőbeli kibocsátások különbségeit.
Hogyan váltak a múltbeli éghajlati modellek?
Míg az éghajlati modell előrejelzései a légköri üvegházhatású gázok koncentrációjának, a vulkánkitöréseknek és más tényeknek a megismerését szolgálják sugárzó erő A Föld éghajlatának befolyásolásakor a jövőbe való átélés érthetően bizonytalan. Az éghajlati modelleket ki lehet értékelni mind azon képességük alapján, hogy előre tudják előrevetíteni a múltbeli hőmérsékleteket, mind a jövőbeli előrejelzéseket.
A Hindcast-ok - amelyek tesztelik a modelleket a múltbeli hőmérsékletekkel szemben - hasznosak, mert képesek ellenőrizni a sugárzó erőket. Az előrejelzések akkor hasznosak, mert a modellek nem lehetnek hallgatólagosan hangolva hogy hasonló legyen a megfigyelésekhez. Az éghajlati modellek nem felel meg a múltbeli hőmérsékletnek, de a modellezők rendelkeznek bizonyos megfigyelésekkel, amelyek ezt megtehetik tájékoztassák választásukat of modellparaméterek, mint például a felhőfizika és az aeroszolhatások.
Az alábbi példákban az 1973 és 2013 között közzétett klímamodell-előrejelzéseket hasonlítják össze a megfigyelt hőmérsékleti értékekkel öt különböző szervezet. Az előrejelzésekben alkalmazott modellek bonyolultsága és egyszerűsége eltérő energiamérleg modellek teljesen összekapcsolt Földrendszer modellek.
(Megjegyzés: ezek a modellek / megfigyelések összehasonlításai az 1970-1990 kiindulási periódusát használják a megfigyelések és modellek összehangolására az elemzés korai éveiben, ez azt mutatja, hogy a hőmérsékletek hogyan változtak az idő múlásával egyértelműbben.)
Sawyer, 1973
A jövőbeli felmelegedés egyik első előrejelzése jött John Sawyer az Egyesült Királyság Met Office-ban, az 1973-ben. A a Nature kiadványban az 1973-ban azt feltételezte, hogy a világ melegíti az 0.6C-t az 1969 és az 2000 között, és hogy a légköri CO2 25% -kal növekszik. Sawyer egy a éghajlati érzékenység - mennyi hosszú távú felmelegedés következik be a légköri CO2 szintek megkétszereződésével - az 2.4C-vel, ami nem túl messze van a legjobb becslés Az éghajlatváltozással foglalkozó kormányközi testület (IPCC) által ma használt 3C.
A cikkben megvizsgált többi előrejelzéssel ellentétben Sawyer nem adott becsült melegedést minden évre, csak egy várható 2000 értéket. Az 0.6C felmelegedésével kapcsolatos becslése szinte észrevehető volt - ebben az időszakban a megfigyelt felmelegedés 0.51C és 0.56C között volt. Túlbecsülte az 2000 év atmoszférikus CO2 koncentrációit, feltételezve, hogy ezek 375-400ppm lesznek - a ténylegeshez képest 370ppm értéke.
Broecker, 1975
A globális felmelegedés miatti jövőbeli hőmérsékletek első elérhető előrejelzése egy évben jelent meg cikk Tudomány a 1975-ben, amelyet a Columbia Egyetem tudósa publikált Prof. Wally Broecker. Broecker a egyszerű energiamérleg-modell megbecsülni, hogy mi történne a Föld hőmérsékletével, ha a légköri CO2 az 1975 után is gyorsan növekszik. Broecker várható felmelegedése néhány évtizeden keresztül ésszerűen közel állt a megfigyelésekhez, ám a közelmúltban jelentősen magasabb volt.
Ennek oka elsősorban az, hogy Broecker túlbecsüli a CO2-kibocsátás és a légköri koncentráció növekedését, miután megjelent a cikk. Meglehetősen pontos volt az 2000-ig, megjósolta a CO373 2ppm értékét - összehasonlítva az 370ppm tényleges Mauna Loa megfigyeléseivel. Az 2016-ban azonban becslése szerint a CO2 424ppm lesz, míg csak az 404 pm-et figyelték meg.
Broecker a modelljében más üvegházhatású gázokat sem vett figyelembe. Mivel azonban a melegítő hatás a metán, dinitrogén-oxid és a halogénezett szénhidrogének már nagyrészt megszüntették valami által az aeroszolok teljes hűtési hatása az 1970 óta ez nem változtat ilyen nagy különbséget (bár az aeroszolos erőkifejtések becslése szerint) nagy bizonytalanságok vannak).
Sawyerhez hasonlóan, Broecker az 2.4C egyensúlyi éghajlati érzékenységét alkalmazta a CO2 megduplázódásával. Broecker feltételezte, hogy a Föld azonnal felmelegszik, hogy megfeleljen a légköri CO2-nak, míg a modern modellek jelentik a késést a légkör és az óceánok felmelegedése között. (Az óceánok lassabb hőfelvételét gyakran „termikus tehetetlenség”).)
Az alábbi táblázatban látható a vetülete (fekete vonal) a megfigyelt hőmérséklet-emelkedéshez (színes vonal) összehasonlítva.
A várható felmelegedés a Broecker 1975-től (vastag fekete vonal), összehasonlítva a megfigyelési hőmérsékleti rekordokkal NASA, NOAA, HadCRUT, Cowtan és Wayés Berkeley Earth (vékony színes vonalak) 1970-től 2020-ig. Az 1970-1990 kiindulási periódusa. Diagram a Carbon Brief segítségével Highcharts.
Broecker abban az időben készítette a vetítést, amikor a tudósok széles körben úgy gondolták, hogy a megfigyelések szerény hűtést mutatott a Földről származó. A cikkét azzal kezdte, hogy őszintén kijelentette, hogy „határozottan be lehet állítani, hogy a jelenlegi hűtési tendencia körülbelül egy évtized alatt engedi át a szén-dioxid által kiváltott kifejezett melegedést”.
Hansen és munkatársai, 1981
a NASA Dr. James Hansen és kollégái közzétett egy papírt az 1981-ben, amely szintén egy egyszerű energiamérleg-modellt használt a jövőbeli felmelegedés előrejelzésére, de az óceán hőfelvételének termikus tehetetlensége miatt. Feltételezték, hogy az 2.8C éghajlati érzékenysége megkétszereződik a CO2-nél, de megvizsgálták az 1.4-5.6C tartományt is a duplázásonként.
A Hansen és munkatársai által tervezett felmelegedés 1981 (gyors növekedés - vastag fekete vonal - és lassú növekedés - vékony szürke vonal). Diagram a Carbon Brief segítségével Highcharts.
Hansen és munkatársai számos különféle forgatókönyvet mutattak be, amelyek változtak a jövőbeli kibocsátások és az éghajlati érzékenység szempontjából. A fenti táblázatban láthatjuk a „gyors növekedés” forgatókönyvet (vastag fekete vonal), ahol a CO2 kibocsátás 4% -kal növekszik évente az 1981 után, és a lassú növekedésű forgatókönyvet, ahol a kibocsátás évente 2% -kal növekszik (vékony szürke vonal). ). A gyors növekedésű forgatókönyv kissé túlbecsüli a jelenlegi kibocsátásokat, de kissé alacsonyabb éghajlati érzékenységgel kombinálva becslést nyújt a korai 2000-ek felmelegedésére a megfigyelt értékek közelében.
Az 1970 és az 2016 közötti felmelegedés általános sebessége, amelyet Hansen és társai az 1981-ben előre jeleztek a gyors növekedés forgatókönyvében, körülbelül 20% -kal alacsonyabb volt, mint a megfigyelések.
Hansen és munkatársai, 1988
A könyv megjelent Hansen és az 1988 munkatársai képviselték az első modern klímamodelleket. A világot nyolc szélességi fokú, 10 fokos hosszúságú, különálló rácsos sejtekre osztotta, a légkör kilenc függőleges rétegével. Tartalmazta az aeroszolokat, a CO2 mellett különféle üvegházhatású gázokat és az alapvető felhődinamikát.
Hansen és munkatársai három különféle forgatókönyvet mutattak be, amelyek a jövőbeni üvegházhatású gázok különböző kibocsátásaihoz kapcsolódnak. A B forgatókönyvet az alábbi ábra egy vastag fekete vonallal, míg az A és C forgatókönyvet vékony szürke vonallal ábrázolja. Az A forgatókönyv exponenciálisan növekedett a kibocsátásokban, a CO2 és más üvegházhatást okozó gázok koncentrációja lényegesen magasabb volt, mint ma.
A melegítés Hansen és munkatársai által az 1988-től (B forgatókönyv - vastag fekete vonal, valamint A és C forgatókönyv - vékony, szilárd és szaggatott szürke vonal). Diagram a Carbon Brief segítségével Highcharts.
A B forgatókönyv a CO2-kibocsátás fokozatos lelassulását feltételezte, de koncentrációja kb 401ppm az 2016-ben amelyek nagyon közel álltak a 404ppm megfigyelt. A B forgatókönyv azonban feltételezte, hogy folyamatosan növekszik a különféle halogénezett szénhidrogének kibocsátása, amelyek erőteljes üvegházhatású gázok, amelyeket később korlátoztak a Montreali Jegyzőkönyv az 1987. A C forgatókönyv szerint a kibocsátás az 2000 év után nullához közel esik.
A három közül a B forgatókönyv a legközelebb állt a tényleges sugárzó erőhöz, bár még mindig körülbelül 10% túl magas. Hansen és munkatársai szintén 4.2C éghajlati érzékenységű modellt alkalmaztak a CO2 megduplázódása esetén - a legmodernebb éghajlati modellek csúcsán. Ezeknek a tényezőknek a kombinációja miatt a B forgatókönyv az 1970 és az 2016 közötti felmelegedési sebességet körülbelül 30% -kal meghaladta, mint amit megfigyeltünk.
IPCC első értékelő jelentés, 1990
Az IPCC-k Első értékelő jelentés (FAR) az 1990-ben viszonylag egyszerű energiamérleg / felfelé irányuló diffúziós óceán modelleket mutatott be a globális léghőmérséklet változásának becslésére. A szokásos üzleti szokásos (BAU) forgatókönyv feltételezte a légköri CO2 gyors növekedését, elérte az 418ppm CO2-et az 2016-ben, összehasonlítva az 404ppm-rel a megfigyelésekben. A FAR azt is feltételezte, hogy a légköri halogénezett szénhidrogének koncentrációja folyamatosan növekszik, mint az valójában megtörtént.
A FAR adta a legjobb becslést az éghajlati érzékenységről, mint az 2.5C felmelegedése a megduplázódott CO2 esetében, az 1.5-4.5C tartományban. Ezeket a becsléseket az alábbi ábrán a BAU forgatókönyv szerint alkalmazzák, a vastag fekete vonal képviseli a legjobb becslést, és a vékony szaggatott fekete vonal képviseli az éghajlati érzékenységi tartomány felső és alsó végét.
Kivetített melegítés az IPCC Első értékelő jelentése alapján (átlagos vetület - vastag fekete vonal, a felső és alsó határokat vékony pontozott fekete vonal mutatja). Diagram a Carbon Brief segítségével Highcharts.
A klímaérzékenység legjobb becslése ellenére, amely alacsonyabb, mint a ma alkalmazott 3C, a FAR az 1970 és az 2016 közötti felmelegedési sebességet körülbelül 17% -kal becsülte meg a BAU-forgatókönyvben, bemutatva az 1C felmelegedését abban az időszakban, szemben a megfigyelt 0.85C-vel. Ez elsősorban a valós CO2 légköri koncentrációk előrejelzésével magyarázható, mint az valóban történt.
Az IPCC második értékelő jelentése, 1995
Az IPCC-k Második értékelő jelentés (SAR) csak az 1990-től kezdve közzétette könnyen elérhető előrejelzéseket. Az 2.5C éghajlati érzékenységét használták, az 1.5-4.5C tartományban. Középkategóriás kibocsátási forgatókönyve, az „IS92a” az 2ppm CO405 szintet prognosztizálta az 2016-ben, közel azonos a megfigyelt koncentrációkkal. A SAR magában foglalta az antropogén aeroszolok sokkal jobb kezelését is, amelyek hűtő hatással vannak az éghajlatra.
Kivetített melegítés az IPCC második értékelő jelentése alapján (átlagos vetítés - vastag fekete vonal, a felső és alsó határvonalakat vékony pontozott fekete vonal mutatja). Diagram a Carbon Brief segítségével Highcharts.
Amint az a fenti ábrán látható, a SAR előrejelzései lényegesen alacsonyabbak voltak, mint a megfigyelések, az 28% körüli felmelegedéssel az 1990 és 2016 közötti időszakban lassabban felmelegedve. Ez valószínűleg két tényező kombinációjának tudható be: alacsonyabb éghajlati érzékenység, mint amit a modern becslésekben találtak (2.5C vs. 3C), és a CO2 sugárzó erő (4.37 watt per négyzetméter, szemben a következő IPCC jelentésben használt, és ma is használt 3.7 értékkel).
Az IPCC harmadik értékelő jelentése, 2001
Az IPCC Harmadik értékelő jelentés (TAR) a légkör-óceán általános cirkulációs modelleire (GCM) támaszkodott hét különböző modellező csoportból. Bevezettek egy új társadalmi-gazdasági kibocsátási forgatókönyvet is, úgynevezett SRES, amely négy különböző jövőbeli kibocsátási pályát tartalmazott.
Itt a Carbon Brief vizsgálja a A2 forgatókönyv, bár mindegyiküknek meglehetősen hasonló kibocsátása és melegítési pályája van az 2020-ig. Az A2 forgatókönyv a 2016 légköri CO2 koncentrációját 406 ppm-re becsülte, majdnem ugyanazt, mint amit megfigyeltünk. Az SRES forgatókönyvek az 2000-től kezdődtek, a 2000 év előtti modellekkel becsült történelmi erőket alkalmazva. A fenti ábrán szaggatott szürke vonal azt a pontot jelzi, amelyen a modellek áttérnek a megfigyelt kibocsátások és koncentrációk felhasználásáról a tervezett jövőbeli kibocsátásokra.
Kivetített melegítés az IPCC harmadik értékelő jelentése alapján (átlagos vetítés - vastag fekete vonal, a felső és alsó határokat vékony pontozott fekete vonalak mutatják). Diagram a Carbon Brief segítségével Highcharts.
A TAR fő vetítése egy egyszerű klímamodellt használt, amelyet hét kifinomultabb GCM átlagértékéhez igazítottak, mivel a TAR-ban nem került közzétételre konkrét multimódusú átlag, és az egyes modell futtatásokhoz nem állnak rendelkezésre adatok. Az éghajlati érzékenysége 2.8C / CO2 megduplázódása esetén, az 1.5-4.5C tartományával. Amint a fenti ábra mutatja, az 1970 és 2016 közötti felmelegedés mértéke a TAR-ban körülbelül 14% -kal alacsonyabb volt, mint amit valójában megfigyeltünk.
IPCC negyedik értékelő jelentés, 2007
Az IPCC-k Negyedik értékelő jelentés (AR4) olyan modelleket mutatott be, amelyek jelentősen javított légköri dinamikával és modellfelbontással rendelkeznek. Sokkal szélesebb körben használta a Föld Rendszermodelleket - amelyek beépítik a szénciklusok biogeokémiait -, valamint a szárazföldi felület és a jég folyamatának jobb szimulációját.
Az AR4 ugyanazokat az SRES forgatókönyveket alkalmazta, mint a TAR, korábbi kibocsátásokkal és légköri koncentrációkkal az 2000 évig és az azt követő előrejelzéseknél. Az AR4-ben használt modellek átlagos éghajlati érzékenysége 3.26C volt, 2.1C – 4.4C tartományban.
Kivetített melegítés az IPCC negyedik értékelő jelentéséből (átlagos vetület - vastag fekete vonal, két szigma felső és alsó határ, vékony pontozott fekete vonallal mutatva). Diagram a Carbon Brief segítségével Highcharts.
A fenti ábra az A1B forgatókönyv modellfutásait mutatja (ez az egyetlen forgatókönyv, ahol a modell futtatások könnyen elérhetők, bár 2016 CO2 koncentrációi majdnem megegyeznek az A2 forgatókönyv koncentrációival). Az AR4 előrejelzései az 1970 és az 2016 között a megfigyelésekhez közeli felmelegedést mutatnak, csak az 8% -kal magasabbak.
IPCC ötödik értékelő jelentés, 2013
A legfrissebb IPCC - Ötödik értékelés (AR5) - további finomításokat tartalmazott az éghajlati modellek vonatkozásában, valamint a jövőbeli modell bizonytalanságának szerény csökkentését az AR4-hez képest. A klímamodellek a legutóbbi IPCC jelentésben a Párosított modell-összehasonlító projekt 5 (CMIP5), ahol a világ minden táján több tucat különböző modellező csoport futtatott klímamodelleket ugyanazon bemenetek és forgatókönyvek felhasználásával.
Kivetített melegítés az IPCC ötödik értékelő jelentéséből (átlagos vetület - vastag fekete vonal, két szigma felső és alsó határ, vékony pontozott fekete vonallal mutatva). A szaggatott fekete vonal kevert modellmezőket mutat. Diagram a Carbon Brief segítségével Highcharts.
Az AR5 bemutatta az üvegházhatású gázok jövőbeli koncentrációjának új sorozatát, az úgynevezett Reprezentatív koncentrációs utak (RCP). Ezeknek jövőbeli előrejelzései vannak az 2006-től kezdve, az 2006 előtti történeti adatokkal. A fenti ábrán látható szürke szaggatott vonal azt mutatja, hogy a modellek mikor lépnek át a megfigyelt erőszakos alkalmazásokról a jövőbeni előrejelzésekre.
Össze lehet hasonlítani ezeket a modelleket a megfigyelésekkel kissé trükkös gyakorlat. Az éghajlati modellek közül a leggyakrabban használt mezők a felszíni levegő globális hőmérséklete. A megfigyelt hőmérsékletek azonban a szárazföldi és a tenger felszíni hőmérsékletének az óceán feletti hőmérsékletéből származnak.
Ennek figyelembevételére a közelmúltban a kutatók vegyes modellmezőket hoztak létre, amelyek tartalmazzák a tenger felszíni hőmérsékleteit az óceánok felett és a felszíni levegő hőmérsékletet a szárazföld felett, annak érdekében, hogy megfeleljenek a megfigyelésekben ténylegesen mért értékeknek. Ezek a kevert mezők, amelyeket a fenti ábrán szaggatott vonal mutat, kissé kevésbé melegszik fel, mint a globális felszíni levegő hőmérséklete, mivel a modellek az óceán felett a levegő felmelegedése gyorsabb, mint a tenger felszíni hőmérséklete az elmúlt években.
A CMIP5 modellekben a felszíni levegő globális hőmérséklete az 16% körül gyorsabban melegedett, mint az 1970 óta végzett megfigyelések. Ennek a különbségnek a körülbelül 40% -át az okozza, hogy az óceán feletti levegő hőmérséklete felmelegszik, mint a modellekben a tenger felszíni hőmérséklete; a kevert modellmezők csak az 9% felmelegedését mutatják gyorsabban, mint a megfigyelések.
A újabb cikk a Nature-ban by Iselin Medhaug és munkatársai azt sugallják, hogy a különbség fennmaradó részét a rövid távú természetes változások (főleg a Csendes-óceánon), a kis vulkánok és a vártnál alacsonyabb napenergia-kibocsátás kombinációjával magyarázhatják, amelyeket a modellek nem foglaltak maguk után. 2005 vetületek.
Az alábbiakban összefoglaljuk az összes modellt, amelyet a Carbon Brief átnézett. Az alábbi táblázat bemutatja a melegedési sebesség különbségét az egyes modellek vagy modellkészletek között, valamint a a NASA hőmérsékleti megfigyelések. Az összes megfigyelési hőmérsékleti rekord meglehetősen hasonló, de a NASA azon csoportjába tartozik, amely az elmúlt években teljesebb globális lefedettséget mutat, és így közvetlenül összehasonlítható az éghajlati modell adataival.
* A SAR trendkülönbségeket az 1990 – 2016 értékre számolják az időszakra, mivel az 1990 előtti becslések nem állnak rendelkezésre.
# A zárójelben levő különbségek a kevert föld- / óceánmezők keveréke alapján
Következtetés
Az 1973 óta közzétett klímamodellek általában elég ügyesek voltak a jövőbeli felmelegedés előrejelzésében. Míg néhányan túl alacsonynak, míg mások túl magasnak bizonyultak, az eredmények mindegyike ésszerűen közel áll ahhoz, ami ténylegesen bekövetkezett, különösen akkor, ha figyelembe veszik a becsült és a tényleges CO2 koncentrációk, valamint az egyéb éghajlati erők közötti eltéréseket.
A modellek messze nem tökéletesek, és az idő múlásával tovább javulnak. Megmutatják azt is, hogy ez a jövőbeli felmelegedés meglehetősen széles nem könnyű szűkíteni csak a megfigyelt éghajlati változások felhasználásával.
Ennek ellenére a várható és a megfigyelt felmelegedés közötti szoros egyezés az 1970 óta azt sugallja, hogy a jövőbeli felmelegedés becslései hasonlóan pontosak lehetnek.
Módszertani megjegyzés
Környezettudós Dana Nuccitelli segítőkészen rendelkezésre bocsátotta a rendelkezésre álló korábbi modellek / megfigyelések összehasonlító listáját itt Az PlotDigitizer szoftver arra szolgáltak, hogy az értékeket a régebbi adatokból nyerjék, amikor az adatok egyébként nem álltak rendelkezésre. A CMIP3 és a CMIP5 modell adatait a következőktől szereztük be KNMI Climate Explorer.
Ez a cikk eredetileg megjelent Carbon Brief
A szerzőről
Zeke Hausfather az éghajlattudomány és az energia kutatásait foglalja magában, USA-val összpontosítva. Zeke környezettudományi diplomát szerzett a Yale Egyetemen és a Vrije Universiteit Amszterdamban, és klímatudományi PhD-t szerez a kaliforniai Berkeley Egyetemen. Az elmúlt 10 években adattudósként és vállalkozóként dolgozott a cleantech szektorban.
Kapcsolódó könyvek
at InnerSelf Market és Amazon
