Mit: Modele klimatyczne są niewiarygodne

„Na zmiany klimatu ma wpływ między innymi Słońce, cykle Milankovicia, chmury, aerozole, wulkany, tektonika płyt, cyrkulacja prądów w oceanach. Dwutlenek węgla jest tylko jednym z czynników, który wpływa na zmiany klimatu. (…) Modele klimatyczne, które korelują wzrost temperatury ze wzrostem CO2 nie są całkiem rzetelne. Nie biorą pod uwagę wielu czynników, o których wspomniałem.” (prof. Andrzej Żelaźniewicz, źródło: Na temat.pl)

Modele klimatyczne nie są doskonałe. Zostały jednak zbudowane w oparciu o prawa fizyki, a doświadczenia pokazują, że symulacje z ich użyciem odtwarzają zmiany klimatu w przeszłości. Prognozy wykonane przy pomocy modeli klimatu 20-30 lat temu a także symulacje wpływu różnych czynników na klimat są potwierdzane przez obserwacje.

Zdjęcie przedstawia przypominający szereg szaf zez światełkami superkomputer.

Superkomputer "Discover". Zdjęcie dzięki uprzejmości NASA (Pat Izz).

Symulacje atmosfery wykonywane za pomocą modeli klimatu mogą budzić dwie zasadnicze wątpliwości: (1) czy mogą one odtworzyć przeszłość i (2) skutecznie przewidzieć przyszłość? Żeby znaleźć odpowiedź na pierwsze pytanie, wystarczy zajrzeć do podsumowania rezultatów symulacji IPCC temperatur powierzchniowych od XIX wieku – okazuje się, że modele dobrze odtwarzają następujące ostatnich latach ocieplenie. Pod warunkiem, że uwzględniamy w nich powodowany przez człowieka wzrost koncentracji CO2 w atmosferze.

Globalne temperatury

Rysunek 1: Porównanie modeli klimatu z obserwacjami.
(a) Pokazuje symulacje zrobione tylko z naturalnymi wymuszeniami, tj. zmianami słonecznymi i aktywnością wulkaniczną.
(b) Prezentuje symulacje zrobione z wymuszeniem antropogenicznym: gazy cieplarniane i aerozole siarczanowe.
(c) Pokazuje symulacje z użyciem zarówno naturalnych jak i ludzkich wymuszeń. (IPCC).

Prognozowanie przyszłości klimatu

Jednym z koronnych argumentów sceptyków klimatycznych jest stwierdzenie, że " naukowcy nie potrafią nawet przewidzieć pogody w przyszłym tygodniu - jak więc mogą przewidzieć klimat za wiele lat". Ten argument ilustruje elementarny brak zrozumienia dla różnic pomiędzy pogodą, która jest chaotyczna i trudna do przewidzenia, a klimatem, czyli pogodą uśrednioną w czasie. O ile nie można przewidzieć rezultatu pojedynczego rzutu kostką, to przewidzenie statystycznego rezultatu dużej liczby rzutów jest proste. I choć nie można przewidzieć dokładnie rozwoju atmosferycznych wirów – wyży i niżów, to średnie temperatury i opady w długim okresie czasu w danym regionie można podać całkiem dokładnie.

Prognozowaniu przyszłego klimatu napotyka na wiele trudności. Erupcje wulkaniczne, czy krótkotrwałe zmiany stanu oceanu, takie jak El Niño, nie są na razie uwzględniane w prognozach. Nie zmienia to jednak faktu, że główne wymuszania, które wpływają na klimat są nie tylko brane pod uwagę, ale wręcz stanowią podstawę wszystkich długotrwałych prognoz. Dowodem na skuteczność modeli w prognozowaniu klimatu są badania Jamesa Hansena. W 1988 roku przewidział on trendy temperatury na kolejne trzydzieści lat (Hansen 1988) i jak na razie te przewidywania dobrze zgadzają się z obserwacjami.

Hansen 1988 prognoza temperatury obserwacje

Rysunek 2: Zmiany średniej temperatury powierzchni Ziemi obliczone dla Scenariuszy A, B i C, porównane z obserwacjami.

Hansenowski „Scenariusz C” odpowiadający rzeczywistym wymuszaniom radiacyjnym pokazuje dobrą korelację z obserwowanymi temperaturami. Wyraźnie widać skoki temperatury, co jest zupełnie normalne – ogólnemu trendowi wzrostu temperatur stale towarzyszą zakłócające go zmienne zjawiska pogodowe. Wypracowany przez Hansena model okazał się odporny nawet na jednorazowe zdarzenia istotnie wpływające na klimat.

W 1991 roku wybuch wulkanu Pinatubo umożliwił naukowcom sprawdzenie, na ile dokładnie modele przewidują reakcję klimatu na aerozole siarczanowe wtłoczone do stratosfery w wyniku takiej erupcji. Modele przewidywały globalne oziębienie na poziomie ok. 0,5°C wkrótce po wybuchu, co faktycznie zostało zaobserwowane. Co więcej, elementy modelu opisujące sprzężenie radiacyjne, parę wodą i sprzężenia dynamiczne, również okazały się działać poprawnie (Hansen 2007).

Reakcja temperatur na wybuch Pinatubo

Rysunek 3: Obserwowana i symulowana zmiana średniej temperatury powierzchni Ziemi podczas wybuchu wulkanu Pinatubo. Zielony kolor oznacza temperatury obserwowane przez stacje pogodowe. Niebieski oznacza temperatury lądu i oceanu. Czerwony oznacza wyniki modelowe (Hansen 2007).

Niepewność w przewidywaniu przyszłości

Wiele osób uważa błędnie, że modele klimatyczne są stronnicze i zakładają zbyt silny efekt związany z CO2. Warto tutaj zauważyć, że niepewność może istnieć w obu kierunkach. W rzeczywistości w systemie klimatycznym z dodatnim sprzężeniem zwrotnym rozkład niepewność dopuszcza raczej mocniejszą niż słabszą reakcję klimatu na wymuszenia (Roe 2007).

Z tego powodu wiele przewidywań publikowanych przez IPCC okazało się zaniżać reakcję klimatu. Na przykład pomiary satelitarne i nabrzeżne pokazują (Rahmstorf 2012), że poziom wody w oceanach podnosi się w tempie szybszym, niż przewidywał to IPCC: „Wykorzystując pomiary satelitarne określono trend liniowy podnoszenia się poziomu oceanów w okresie 1993-2011. Wyniósł on 3,2±0.5 mm/rok, czyli był o 60% większy, niż prognozowało to IPCC”.

Zmiany poziomu oceanów

Rys. 4: Poziom oceanów mierzony przez satelity (kolor czerwony wraz z linią trendu; dane AVISO) i z pomocą wodowskazów nabrzeżnych (kolor pomarańczowy, dane Church i White). Dane pomiarów naziemnych zostały przesunięte, by ich średnia w okresie 1993-2010 była zgodna ze średnią pomiarów satelitarnych. Scenariusze IPCC są pokazane w kolorze niebieskim (trzeci raport IPCC z 2001 roku) i zielonym (czwarty raport IPCC z 2007 roku).

Podobnie, tempo letniego topnienia lodu morskiego w Arktyce przyśpieszyło znacznie powyżej prognoz opartych na modelach klimatycznych. Obszar topnienia lodu w okresie 2007-2009 był o około 40% większy, niż przeciętne szacunki modeli klimatycznych IPCC AR4. Grubość lodu arktycznego w ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci również stale się obniżała.

Prognozowany trend zaniku lodu w Arktyce

Rysunek 5: Obserwowany (czerwona linia) i modelowany zasięg lodu morskiego podczas wrześniowego minimum w milionach kilometrów kwadratowych. Gruba czarna linia pokazuje średnią z trzynastu modeli IPCC AR4 a przerywane czarne linie pokazują zakres przewidywań modeli. W 2012 roku padł nowy rekord 3,4 mln km2, na poziomie przewidywań IPCC na koniec XXI wieku (Diagnoza z Kopenhagi 2009), Rok 2012 NSIDC.

Czy wiemy wystarczająco dużo, żeby działać?

Sceptycy wskazują na niedoskonałości modeli, argumentując, że skoro nie są w 100% wiarygodne, to nie powinniśmy opierać naszych decyzji na ich przewidywaniach. To prawda, modele nie są idealne, wyraźnie nie oddają wiernie rzeczywistości, a niektóre ich przewidywania nie sprawdzają się. Żaden z modeli użytych w Czwartym Raporcie IPCC z 2007 roku nie był w stanie odtworzyć obserwowanego szybkiego zaniku lodu pływającego w Arktyce (nie mówiąc już o przewidzeniu dramatycznego zaniku, jaki nastąpił już po opublikowaniu raportu); żaden model nie oddaje poprawnie wielkiej asymetrii ocieplenia pomiędzy północnym a południowym biegunem w ostatnich dekadach; modele uparcie zaniżają obserwowane przesuwanie się cyrkulacji atmosferycznej i stref klimatycznych w kierunku biegunów; nie są w stanie odtworzyć wielkości ocieplenia na wysokich szerokościach geograficznych, wykazywanego przez dane paleoklimatyczne z przeszłych okresów ocieplenia takich jak Pliocen; wydają się też niedoszacowywać obserwowanych trendów zmian w cyklu hydrologicznym (zwłaszcza ekstremalnych opadów). Obecne modele klimatyczne nie są też w stanie precyzyjnie określić progów, poza którymi dojdzie do przekroczenia punktów krytycznych, takich jak rozpad lądolodu Antarktydy Zachodniej, stepowienie Amazonii, destabilizacja wiecznej zmarzliny czy oceanicznych hydratów metanu.

Czy powinniśmy czuć się uspokojeni tym, że nie jesteśmy w stanie bezbłędnie przewidzieć reakcji systemu klimatycznego Ziemi? Czy też może to, że nie rozumiemy systemu, na którym przeprowadzamy wielki i niemożliwy do odwrócenia eksperyment - oraz od którego jesteśmy uzależnieni - powinno raczej stanowić przesłankę do wzmożonej ostrożności?

Sceptycy argumentują, że zanim zaczniemy angażować się w obniżanie emisji CO2, powinniśmy zaczekać, aż modele klimatycznie staną się zupełnie pewne. Cóż - jeśli będziemy czekać na stuprocentową pewność, to nigdy nie zrobimy nic.

Modele prognozujące klimat są stale ulepszane przez dodawanie nowych procesów, redukowanie przybliżeń i zwiększanie dokładności w miarę wzrostu mocy obliczeniowych komputerów. Jednak skomplikowana i nieliniowa natura klimatu sprawia, że wypracowane modele zawsze będą wymagały uściślania i udoskonalania. Do pokazania dokładnych trendów i głównych efektów wcale nie trzeba jednak modeli doskonałych pod każdym względem, a to, czym dysponujemy obecnie, jest zupełnie wystarczające. Czy gdybyśmy wiedzieli, że szansa ma wypadek samochodowy wynosi 90%, nie zapięlibyśmy pasów bezpieczeństwa? Przewidywania IPCC zakładają wyższe niż 90% prawdopodobieństwo, że ludzie powodują poważne w skutkach globalne ocieplenie. Wstrzymywanie się z działaniami, aż będziemy mieć 100% pewności jest lekkomyślne i nieodpowiedzialne.

Marcin Popkiewicz na podstawie Skeptical Science

opieka merytoryczna: prof. Szymon Malinowski

Opublikowano: 2013-08-02 21:02
Tagi

mit o klimacie modele numeryczne prognozy klimatu

Fundacja UW
Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.