CzłowiekEkologiaKlimat

Modele klimatyczne stały się tak dokładne, że zdobyły Nagrodę Nobla


Nagroda Nobla dla zdobywców fizyki Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann i Giorgio Parisi
Ilustracja Niklas Elmehed

Trzech naukowców, którzy zaczęli przedzierać się przez chaos globalnego klimatu, kładąc podwaliny pod prognozy dotyczące przyszłości planety, otrzymało Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki 2021.

Osoby zajmujące się modelowaniem klimatu to eksperci z dziedziny nauk o Ziemi lub planetologii, często z doświadczeniem w fizyce stosowanej, matematyce lub informatyce, którzy wykorzystują fizykę i chemię do tworzenia równań, wprowadzania ich do superkomputerów i stosowania do symulacji klimatu Ziemi lub innych planet. Modele od dawna są postrzegane przez osoby zaprzeczające zmianom klimatu jako miękkie podbrzusze nauk o klimacie. Będąc z konieczności przewidywania, zostały one uznane za zasadniczo nieweryfikowalne, a wynik błędnych danych wejściowych daje niewiarygodne wyniki.

Artykuł National Geographic z roku 1990 ujął to w ten sposób: „Krytycy twierdzą, że modelowanie jest w powijakach i nie może nawet odtworzyć szczegółów naszego obecnego klimatu. Modelarze są zgodni i zauważają, że przewidywania z konieczności zmieniają się wraz z każdym udoskonaleniem modelu”.

Jednak nowsze analizy, datowane na dziesięciolecia, wykazały, że wiele nawet najwcześniejszych modeli było niezwykle dokładnych w swoich przewidywaniach globalnych wzrostów temperatury. Teraz, gdy moc obliczeniowa rośnie i coraz więcej udoskonaleń jest dodawanych do danych wejściowych modelowania, modelarze są pewniejsi w obronie swojej pracy.

W rezultacie, mówi Dana Nuccitelli, autorka Climatology versus Pseudoscience: Exposing the Failed Predictions of Global Warming Skeptics, „zdecydowanie nastąpiło odejście od jawnego zaprzeczania naukom o klimacie; ponieważ przewidywania okazały się tak dokładne, coraz trudniej jest zaprzeczyć nauce w tym momencie”.

W artykule z roku 1990 cytowano Manabe, powszechnie uważanego za ojca współczesnego modelowania klimatu, który powiedział, że w niektórych wczesnych modelach „zdarzały się różne szalone rzeczy… na przykład lód morski pokrywał tropikalne oceany”.

Jednak w przełomowym artykule z roku 1970, który jako pierwszy dokonał szczegółowej prognozy przyszłego ocieplenia, Manabe argumentował, że globalne temperatury wzrosną o 0,57 stopnia Celsjusza (1,03 stopnia Fahrenheita) między 1970 a 2000 rokiem. Rzeczywiste odnotowane ocieplenie było niezwykle bliskie 0,54 °C (0,97°F).

Artykuł z roku 2019 autorstwa Zeke’a Hausfathera z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, Henri Drake’a i Tristana Abbotta z Massachusetts Institute of Technology oraz Gavina Schmidta z NASA Goddard Institute for Space Studies przeanalizował 17 modeli z lat 70. i stwierdził, że 14 dokładnie przewidział związek między globalnymi temperaturami w miarę wzrostu emisji gazów cieplarnianych. (Szacunki dwóch były za wysokie, a jedna za niska). To dlatego, że fundamentalna fizyka zawsze była zdrowa, mówi Dana Nuccitelli, koordynatorka badań w Citizens’ Climate Lobby i autorka Climatology versus Pseudoscience: Exposing the Failed Predictions of Global Sceptycy ocieplenia.

„Od dziesięcioleci rozumiemy podstawową naukę, że jeśli wprowadzisz pewną ilość dwutlenku węgla do atmosfery, uzyskamy pewną ilość ocieplenia” – mówi. „Te przewidywania z lat 70 były niezwykle dokładne, ale wykorzystywały również dość uproszczone modele klimatyczne, częściowo ze względu na nasz poziom zrozumienia systemów klimatycznych, ale także z powodu ograniczeń obliczeniowych w tym czasie. To z pewnością prawda, że modele klimatyczne przeszły długą drogę”.

W dziedzinie modelowania klimatu „To, co nie zmieniło się przez lata, to ogólna ocena tego, jak bardzo świat się ociepli, gdy zwiększymy poziom CO2”, mówi Hayhoe, który jest także głównym naukowcem w organizacji Nature Conservancy i autorem Saving My: przypadek klimatologa dotyczący nadziei i uzdrowienia w podzielonym świecie. „To, co się zmieniło, to nasze rozumienie w coraz mniejszych skalach przestrzennych i czasowych. Nasze rozumienie sprzężeń zwrotnych w systemie klimatycznym, nasze rozumienie, na przykład, jak wrażliwa jest Arktyka”.

Twierdzi, że wraz ze wzrostem tego zrozumienia umożliwiło to rozwój tego, co nazywa „nowatorską dzisiejszą nauką o klimacie” – atrybucji poszczególnych zdarzeń, specjalizacji, za którą Otto i van Oldenberg zostali uznani w Time, która dla po raz pierwszy jest w stanie nakreślić silne powiązania między zmianą klimatu a konkretnymi zdarzeniami pogodowymi, takimi jak fale upałów w zachodnich Stanach Zjednoczonych lub ilość opadów nałożonych przez huragan Harvey.

„Nie moglibyśmy tego zrobić bez modeli”, mówi Hayhoe, „ponieważ potrzebujemy modeli do symulacji świata bez ludzi. I musimy porównać Ziemię bez ludzi z Ziemią, na której żyjemy, z ludźmi i emisją dwutlenku węgla. A kiedy porównamy te dwie Ziemie, możemy zobaczyć, jak zmiany klimatu wywołane przez człowieka zmieniły czas trwania, intensywność, a nawet szkody związane z konkretnym wydarzeniem”.

W przypadku Hayhoe faktyczna czynność modelowania polega na „patrzeniu na tysiące linii kodu i jest to tak intensywne, że często robię to w nocy, kiedy ludzie nie wysyłają e-maili, a światła są wyłączone i mogę skupić się na tym jasnym ekranie w ciemnym pokoju. Potem mrugam i nagle jest czwarta trzydzieści rano.

Jak mówi, duża część pracy wymaga odnalezienia w modelach rzeczy, które są złe, aby upewnić się, że odzwierciedlają rzeczywistość. „Jeśli to się nie zgadza, musimy przyjrzeć się uważniej, ponieważ jest coś, czego nie do końca rozumiemy”.

Podczas gdy takie rozbieżności mogą być wadami modeli, czasami mogą odzwierciedlać błędy w obserwacjach. Na przykład seria badań z r. 2005 wykazała, że dane satelitarne, które wydawały się nie wykazywać żadnego ocieplenia w niższych warstwach atmosfery, czyli w troposferze, i które były wykorzystywane do poddawania w wątpliwość modeli globalnego ocieplenia, same w sobie były wadliwe. Modele, poparte danymi z balonów meteorologicznych, przez cały czas były prawidłowe.

Ironią jest, mówi Michael Mann, wybitny profesor nauk o atmosferze na Penn State University, a ostatnio autor The New Climate War, że „naukowcy zajmujący się klimatem zostali odrzuceni jako alarmiści z powodu naszych prognoz, ale przewidywania, jeśli w ogóle, się zmieniły. być zbyt konserwatywnym i widzimy jeszcze większy wpływ, niż się spodziewaliśmy”.

Jego zdaniem jednym z takich przykładów jest widoczne zbliżające się upadek systemu napędzającego prądy Oceanu Atlantyckiego. „Jest to coś, co przewidywaliśmy, że może się wydarzyć, ale to nie tylko się dzieje, dzieje się to wcześniej, niż się spodziewaliśmy” – zauważa. Manabe, jak podkreśla, był jednym z tych, którzy po raz pierwszy podnieśli tę możliwość kilkadziesiąt lat temu. „To tylko podkreśla, że to, co dzieje się w nauce o klimacie, jest najgorszą rzeczą, jaka może przytrafić się modelarzowi klimatu: zobaczyć, jak spełniają się najgorsze przewidywania”.

Modelarze przyznają, że nauka nie jest doskonała; nawet teraz pozostają niepewności i to nie tylko jeden rodzaj.

„Czy w modelu mamy wszystkie procesy fizyczne? A jeśli je tam mamy, to czy są właściwie reprezentowane, czy nie? – pyta retorycznie Hayhoe. „Wtedy jest drugie źródło niepewności zwane niepewnością parametryczną”. Ponadto, mówi, niektóre procesy zachodzą w tak małych skalach – na przykład wśród cząstek chmur – że nie można ich zmierzyć bezpośrednio, ale trzeba je wywnioskować. Oczywiście dodaje to pewną niepewność ”. Jednak największa niepewność, jak mówi, dotyczy nie fizyki, ale naszego zbiorowego zachowania i tego, jak bardzo jesteśmy przygotowani, aby pozwolić na wzrost globalnych poziomów gazów cieplarnianych.

„Gdybyśmy nie wiedzieli, że emisje dwutlenku węgla wywarły na nas wszystkie te skutki, że to nie tylko ciekawość globalnego wzrostu temperatury, ale także nasza żywność, nasza woda, nasze zdrowie, nasze domy, nie działalibyśmy ”, mówi Hayhoe.

„Dlatego robię to, co robię i dlatego modele są tak ważne, ponieważ pokazują, co dzieje się teraz, za co jesteśmy odpowiedzialni i co wydarzy się w przyszłości. Nie mogę się doczekać dnia, w którym będziemy mogli po prostu wykorzystać modele klimatyczne, aby po prostu zrozumieć tę niesamowitą planetę, ale teraz te modele mówią nam: „Nadszedł czas, aby działać!” A jeśli tego nie zrobimy, konsekwencje będzie poważna i niebezpieczna”.

Zwycięzcy otrzymają 10 milionów koron szwedzkich (1,1 miliona dolarów), z czego połowa trafi do Manabe i Hasselmanna, a druga do Parisi.

irme.pl

Źródło: NATIONAL GEOGRAPHIC