Verbeteringen in nieuwere klimaatmodellen hebben geleid tot grotere onzekerheden in toekomstige klimaatprognoses. Zijn klimaatmodellen gebrekkig en worden ze erger? NASA Goddard Space Flight Center
De eerste klimaatmodellen zijn gebouwd op fundamentele wetten van fysica en chemie en ontworpen om te studeren het klimaatsysteem. Nu is het gebruik van klimaatmodellen verhitte grond in de publieke discussie over ons veranderende klimaat.
Klimaatmodellen vertegenwoordigen de fysieke wereld met behulp van een reeks vergelijkingen op basis van deze bekende natuurkundige wetten. Deze modellen zijn virtuele laboratoria; dit zijn de tools waarmee we experimenten kunnen uitvoeren die we in de echte wereld niet kunnen uitvoeren.
Zoals alle wetenschappelijke apparatuur, worden klimaatmodellen zorgvuldig ontwikkeld en gecontroleerd. We baseren ons vertrouwen in een model op zijn vermogen om het huidige klimaat en de waargenomen veranderingen en ook op de belangrijkste tijdsperioden van de wereld te reproduceren verleden.
Krijgen van het recht
Klimaatmodellen leggen betrouwbaar vele aspecten van ons klimaatsysteem vast. Modellen reproduceren veel belangrijke natuurlijke klimaatprocessen, waaronder de seizoensgebonden en dagelijks temperatuurcycli die we in de echte wereld ervaren.
Klimaatmodellen reageren ook nauwkeurig op verstoringen buiten het klimaatsysteem zelf. In 1992 NASA-wetenschappers gebruikten de vulkaanuitbarsting Mt Pinatubo als test voor hun model. Ze voorspelden nauwkeurig de waargenomen klimaatkoeling die zich begin jaren negentig in de echte wereld afspeelde als reactie op deze vulkanische aërosolen.
Vergelijking van de voorspelde respons van het klimaatmodel op de vulkaanuitbarsting van Mt Pinatubo en waargenomen koeling. Gewijzigd ten opzichte van de Mount Pinatubo-uitbarsting: effecten op de atmosfeer en het klimaat (1996)
Modellen leggen ook de waargenomen opwarming van de 20e eeuw vast bij wereldwijde temperaturen als reactie op toenemende broeikasgassen. In feite hebben wetenschappers gemaakt accuraat klimaatmodel voorspellingen van opwarming op wereldschaal al in 1975, zelfs voordat een sterke opwarming duidelijk werd in waarnemingsgegevens.
Voorspellingen van klimaatmodellen gemaakt in 1975, vergeleken met waarnemingen. Gewijzigd ten opzichte van Skeptical Science (www.skepticalscience.com/lessons-from-past-climate-predictions-broecker.html)
Experimenteren in de virtuele wereld
Deze virtuele laboratoria helpen ons ook de aard van interacties tussen de onderling verbonden componenten van de aarde te begrijpen. We kunnen zien hoe veranderingen in het landoppervlak door ontbossing en landbouw hebben aanzienlijke effecten op het klimaat.
We kunnen ook de reactie van het klimaatsysteem op grote verstoringen of "forcings" onderzoeken. Eerdere studies tonen dat grootschalige verstoringen kunnen optreden in de oceaanstromingen en luchttemperaturen als reactie op het smelten van geïdealiseerde ijskappen in de Noord-Atlantische Oceaan.
Met modellen kunnen we ook toekomstige veranderingen onderzoeken. Modellen project een aanzienlijke opwarming van extreme temperaturen in de volgende eeuw, wat ons helpt om het potentieel voor toekomstige effecten op kwetsbare systemen te beoordelen.
Kijkend naar het grote geheel
Ondanks deze modelleersuccessen kunnen we dat nooit volmaakt beschrijf onze complexe, chaotische fysieke wereld met een reeks vergelijkingen. Kleine veranderingen kunnen het klimaatsysteem op gecompliceerde manieren beïnvloeden en we ontwikkelen nog steeds ons theoretisch begrip van de meest complexe aspecten van het klimaatsysteem.
Zo blijft het nauwkeurig modelleren van wolken een uitdaging. We weten het niet precies hoe wolken ontstaan, wat betekent dat we niet per se weten hoe we cloudprocessen het beste kunnen weergeven in een klimaatmodel. Het nodige benaderingen die we maken bij het modelleren van wolkenvorming kan leiden tot verschillen tussen modellen en de echte wereld, zoals te veel aanhoudende motregen in de modellen.
Ons vertrouwen in modelresultaten hangt nauw samen met ruimtelijke en temporele schalen. Voor modellen op wereldschaal worden robuustere resultaten verkregen bij het onderzoeken van veranderingen op langere termijn op grotere schaal dan op bepaalde locaties, op bepaalde tijden.
Voor al deze onderzoeken is er niet één best klimaatmodel, maar een verzameling modellen om samen te gebruiken. Ondertussen hebben we er één in een enkele set beschikbare waarnemingen van het echte wereldklimaat, met al zijn inherente chaotische variabiliteit. Om rekening te houden met dit chaotische element, beoordelen we hoe het gemiddelde en het bereik van een groep modellen zich verhouden tot waarnemingen.
Wanneer we deze benadering gebruiken en we denken aan grootschalige veranderingen in de afgelopen decennia of meer, zijn klimaatmodellen krachtige hulpmiddelen waarmee we vragen kunnen beantwoorden over vroegere, huidige en toekomstige klimaatveranderingen.
Het nieuwste van het nieuwste
De IPCC's vijfde beoordelingsrapport is binnenkort verschuldigd en omvat evaluaties van de nieuwste generatie van klimaatmodellen. Het lijkt contra-intuïtief, maar vroeg suggereren dat significante modelverbeteringen mogelijk hebben geleid tot bredere, in plaats van kleinere, onzekerheden in toekomstige klimaatprognoses.
Resterende onzekerheden geven niet aan dat de modellen slechter worden of dat ons begrip van klimaatverandering minder duidelijk wordt. In feite zijn klimaatmodellen verbeterd door een groot deel van het waargenomen klimaat te simuleren.
Deze toekomstige onzekerheden zijn gedeeltelijk het gevolg van de nieuwere modellen die nu een groter aantal belangrijke maar complexe processen bevatten. Zo kunnen modellen nu bijvoorbeeld kleine deeltjes industriële vervuiling bevatten en interacties tussen het klimaat, de vegetatie en het landoppervlak.
We kunnen lichen de ontwikkeling van klimaatmodellen tot natuurlijke selectie. Succesvolle modellen en hun componenten gedijen, terwijl minder effectieve modellen uiteindelijk afvallen en uitsterven.
Wetenschappelijke, niet politieke instrumenten
Ondanks recente verbeteringen zijn klimaatmodellen een bliksemafleider geworden. Modellen zijn steeds meer gepolitiseerd en modelgebaseerde studies roepen vaak verhitte reacties op dat klimaatmodellen gebrekkig zijn en niet te vertrouwen.
Deze verwachtingen van modelperfectie zijn misplaatst; terwijl modelzekerheid nooit haalbaar is, hebben we vertrouwen in ons gebruik van klimaatmodellen.
meteorologen Knutson en Tuleya merk op dat "als we waarnemingen van de toekomst hadden, we ze natuurlijk meer zouden vertrouwen dan modellen, maar helaas zijn er op dit moment geen waarnemingen van de toekomst beschikbaar".
Bij gebrek aan tijdreizende klimatologen zijn modellen ongeëvenaarde hulpmiddelen om ons veranderende klimaatsysteem te begrijpen. Dat wil zeggen, klimaatmodellen zijn wetenschappelijke instrumenten. We moeten ze als zodanig erkennen en ze met strikt wetenschappelijk, niet politiek, scepticisme beschouwen.
Over de auteurs
Sophie Lewis, postdoctoraal onderzoeker, Universiteit van Melbourne en Sarah Perkins-Kirkpatrick, postdoctoraal onderzoeker, UNSW
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
Related Books:
De toekomst die we kiezen: de klimaatcrisis overleven
door Christiana Figueres en Tom Rivett-Carnac
De auteurs, die een sleutelrol speelden in de Overeenkomst van Parijs over klimaatverandering, bieden inzichten en strategieën voor het aanpakken van de klimaatcrisis, inclusief individuele en collectieve actie.
Klik voor meer info of om te bestellen
De onbewoonbare aarde: leven na opwarming
door David Wallace-Wells
Dit boek onderzoekt de mogelijke gevolgen van ongecontroleerde klimaatverandering, waaronder massale uitsterving, voedsel- en waterschaarste en politieke instabiliteit.
Klik voor meer info of om te bestellen
Het Ministerie van de Toekomst: een roman
door Kim Stanley Robinson
Deze roman verbeeldt een wereld in de nabije toekomst die worstelt met de gevolgen van klimaatverandering en biedt een visie op hoe de samenleving zou kunnen transformeren om de crisis het hoofd te bieden.
Klik voor meer info of om te bestellen
Onder een witte lucht: de aard van de toekomst
door Elizabeth Kolbert
De auteur onderzoekt de menselijke impact op de natuurlijke wereld, inclusief klimaatverandering, en het potentieel voor technologische oplossingen om milieu-uitdagingen aan te pakken.
Klik voor meer info of om te bestellen
Drawdown: het meest uitgebreide plan ooit voorgesteld om opwarming van de aarde tegen te gaan
onder redactie van Paul Hawken
Dit boek presenteert een alomvattend plan voor het aanpakken van klimaatverandering, inclusief oplossingen uit een reeks sectoren zoals energie, landbouw en transport.
