Verbesserungen bei neueren Klimamodellen haben zu größeren Unsicherheiten bei zukünftigen Klimaprojektionen geführt. Sind Klimamodelle fehlerhaft und werden sie schlechter? NASA Goddard Space Flight Center
Die ersten Klimamodelle wurden auf Grundgesetzen der Physik und Chemie aufgebaut und entworfen, um zu studieren das Klimasystem. Jetzt ist die Verwendung von Klimamodellen in der öffentlichen Diskussion über unser sich änderndes Klima ein heißer Boden.
Klimamodelle vertreten die physikalische Welt unter Verwendung einer Reihe von Gleichungen, die auf diesen bekannten physikalischen Gesetzen basieren. Diese Modelle sind virtuelle Labors. Dies sind die Werkzeuge, mit denen wir Experimente durchführen können, die wir in der realen Welt nicht durchführen können.
Klimamodelle werden wie alle wissenschaftlichen Geräte sorgfältig entwickelt und überprüft. Wir stützen unser Vertrauen in ein Modell auf seine Fähigkeit, das aktuelle Klima und die beobachteten Veränderungen sowie die wichtigsten Zeiträume des Landes zu reproduzieren passt.
Es richtig verstehen
Klimamodelle erfassen zuverlässig viele Aspekte unseres Klimasystems. Modelle reproduzieren viele wichtige natürliche Klimaprozesse, einschließlich der saisonal und Unterricht Temperaturzyklen, die wir in der realen Welt erleben.
Klimamodelle reagieren auch genau auf Störungen außerhalb des Klimasystems. Im Jahr 1992 NASA-Wissenschaftler nutzte den Vulkanausbruch des Mt. Pinatubo als Test für ihr Modell. Sie haben die beobachtete Klimakühlung, die sich in den frühen neunziger Jahren in der realen Welt als Reaktion auf diese vulkanischen Aerosole abspielte, genau vorhergesagt.
Vergleich der vorhergesagten Reaktion des Klimamodells auf den Vulkanausbruch des Mt. Pinatubo und der beobachteten Abkühlung. Modifiziert vom Ausbruch des Mount Pinatubo: Auswirkungen auf Atmosphäre und Klima (1996)
Modelle erfassen auch die beobachtete Erwärmung des 20. Jahrhunderts bei globalen Temperaturen als Reaktion auf zunehmende Treibhausgase. In der Tat machten Wissenschaftler genau Klimamodell Vorhersagen der globalen Erwärmung bereits 1975, noch bevor eine starke Erwärmung in Beobachtungsaufzeichnungen offensichtlich wurde.
Klimamodellvorhersagen von 1975 im Vergleich zu Beobachtungen. Modifiziert von Skeptical Science (www.skepticalscience.com/lessons-from-past-climate-predictions-broecker.html)
Experimentieren in der virtuellen Welt
Diese virtuellen Labors helfen uns auch, die Art der Wechselwirkungen zwischen den miteinander verbundenen Komponenten der Erde zu verstehen. Wir können sehen wie Änderungen in der Landoberfläche haben Abholzung und Landwirtschaft erhebliche Auswirkungen auf das Klima.
Wir können auch die Reaktion des Klimasystems auf große Störungen oder „Zwänge“ untersuchen. Vorherige Studien erklären dass als Reaktion auf das Schmelzen der idealisierten Eisdecke im Nordatlantik großräumige Störungen der Meeresströmungen und Lufttemperaturen auftreten können.
Modelle ermöglichen es uns auch, zukünftige Änderungen zu untersuchen. Modelle Projekt Eine erhebliche Erwärmung der Temperaturextreme im Laufe des nächsten Jahrhunderts hilft uns, das Potenzial für zukünftige Auswirkungen auf gefährdete Systeme abzuschätzen.
Das große Ganze betrachten
Trotz dieser Modellierungserfolge können wir hört niemals perfekt Beschreiben Sie unsere komplexe, chaotische physische Welt mit einer Reihe von Gleichungen. Kleine Veränderungen können das Klimasystem auf komplizierte Weise beeinflussen, und wir entwickeln noch unser theoretisches Verständnis der komplexesten Aspekte des Klimasystems.
Beispielsweise bleibt die genaue Modellierung von Wolken eine Herausforderung. Wir wissen es nicht genau wie sich Wolken bilden, was bedeutet, dass wir nicht unbedingt wissen, wie Wolkenprozesse in einem Klimamodell am besten dargestellt werden können. Das Nötige Annäherungen Wir machen bei der Modellierung Wolkenbildung kann zu Unterschieden zwischen Modellen und der realen Welt führen, wie z zu viel anhaltender Nieselregen in den Modellen.
Unser Vertrauen in Modellergebnisse ist eng mit räumlichen und zeitlichen Skalen verbunden. Für Modelle im globalen Maßstab werden robustere Ergebnisse erzielt, wenn längerfristige Änderungen im größeren Maßstab untersucht werden, als an bestimmten Standorten zu bestimmten Zeiten.
Für all diese Studien gibt es kein einziges bestes Klimamodell, sondern eine Sammlung von Modellen, die zusammen verwendet werden können. Inzwischen haben wir eine in einer Reihe verfügbarer Beobachtungen des realen Weltklimas mit all seiner inhärenten chaotischen Variabilität. Um dieses chaotische Element zu berücksichtigen, bewerten wir, wie der Durchschnitt und die Reichweite einer Gruppe von Modellen mit Beobachtungen verglichen werden.
Wenn wir diesen Ansatz verwenden und große Veränderungen über Jahrzehnte oder länger hinweg berücksichtigen, sind Klimamodelle leistungsstarke Werkzeuge, mit denen wir Fragen zum vergangenen, gegenwärtigen und zukünftigen Klimawandel beantworten können.
Der Stand der Technik
Das IPCCs fünfter Bewertungsbericht ist bald fällig und beinhaltet Auswertungen der neueste Generation von Klimamodellen. Es scheint kontraintuitiv, aber früh Ergebnisse legen nahe, dass signifikante Modellverbesserungen eher zu größeren als zu kleineren Unsicherheiten bei zukünftigen Klimaprojektionen geführt haben könnten.
Die verbleibenden Unsicherheiten deuten nicht darauf hin, dass sich die Modelle verschlechtern oder dass unser Verständnis des Klimawandels weniger klar wird. Tatsächlich haben sich Klimamodelle verbessert, um einen Großteil des beobachteten Klimas zu simulieren.
Diese zukünftigen Unsicherheiten sind teilweise auf die neueren Modelle zurückzuführen, die jetzt eine größere Bandbreite wichtiger, aber komplexer Prozesse beinhalten. Zum Beispiel können Modelle jetzt kleine Partikel industrieller Verschmutzung und Wechselwirkungen zwischen Klima, Vegetation und Landoberfläche enthalten.
Wir können wie die Entwicklung von Klimamodellen zur natürlichen Selektion. Erfolgreiche Modelle und ihre Komponenten gedeihen, während weniger effektive Modelle schließlich abfallen und aussterben.
Wissenschaftliche, nicht politische Werkzeuge
Trotz der jüngsten Verbesserungen sind Klimamodelle zu einem Blitzableiter geworden. Modelle sind zunehmend politisiert und modellbasierte Studien lösen häufig heftige Reaktionen darauf aus, dass Klimamodelle fehlerhaft sind und nicht vertrauenswürdig sind.
Diese Erwartungen an die Perfektion des Modells sind falsch. Während Modellsicherheit niemals erreichbar ist, sind wir zuversichtlich, Klimamodelle zu verwenden.
Meteorologen Knutson und Tuleya Beachten Sie: „Wenn wir Beobachtungen der Zukunft hätten, würden wir ihnen offensichtlich mehr vertrauen als Modellen, aber leider sind Beobachtungen der Zukunft derzeit nicht verfügbar.“
In Abwesenheit zeitreisender Klimatologen sind Modelle konkurrenzlose Werkzeuge zum Verständnis unseres sich verändernden Klimasystems. Das heißt, Klimamodelle sind wissenschaftliche Werkzeuge. Wir sollten sie als solche erkennen und sie mit strenger wissenschaftlicher, nicht politischer Skepsis betrachten.
Über die Autoren
Sophie Lewis, Postdoktorandin, University of Melbourne und Sarah Perkins-Kirkpatrick, Postdoktorandin, UNSW
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
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