Το στοίχημα για το κλίμα

Θέλετε να μάθετε τι λένε τα μοντέλα υπολογιστών για το κλίμα; Ρίξτε ένα ζάρι...

Όσον αφορά την πρόβλεψη του μέλλοντος του πλανήτη μας, πόση πίστη θα βάζατε σε έναν υπολογιστή ικανό να εκτελέσει ένα εκατομμύριο δισεκατομμύρια λειτουργίες το δευτερόλεπτο; Είναι μια φοβερή μηχανή για μια φοβερή εργασία, αλλά οι Βρετανοί ειδικοί για το κλίμα πιστεύουν ότι ο υπολογιστικός κολοσσός, που θα είναι έτοιμος για λειτουργία στο Κέντρο Πρόβλεψης και Έρευνας του Κλίματος στο Hadley του Met Office, θα τους φέρει πιο κοντά στην απάντηση σε μερικές από τις πιο πιεστικές ερωτήσεις που αντιμετωπίζει ο κόσμος σήμερα . Πόσο ζεστός θα γίνει ο πλανήτης μας τις επόμενες δεκαετίες; Πού θα γίνουν αισθητές οι χειρότερες επιπτώσεις της υπερθέρμανσης του πλανήτη; Και τι μπορεί να γίνει για να προστατευθούν όσοι κινδυνεύουν περισσότερο;

Ο υπερυπολογιστής Hadley Center θα ξεκινήσει την επίθεσή του σε αυτά τα ζητήματα το επόμενο έτος χρησιμοποιώντας την πιο εξελιγμένη προσομοίωση του κλίματος της Γης που έχει επινοηθεί ποτέ. Οι εκατομμύρια γραμμές του κώδικα υπολογιστή του συνθέτουν ένα μαθηματικό μοντέλο της ατμόσφαιρας της Γης, των χερσαίων μαζών, των ωκεανών και των πάγων – ακόμη και μέχρι το επίπεδο της σκόνης στον αέρα και την κατάσταση των φυτών στο έδαφος.

Τροφοδοτούμενος με δεδομένα σχετικά με τις τρέχουσες κλιματικές συνθήκες, ο υπερυπολογιστής θα επεξεργαστεί στη συνέχεια πώς θα αλλάξει το σημερινό κλίμα κάτω από διάφορα σενάρια - όπως τα προβλεπόμενα μελλοντικά επίπεδα ανθρωπογενούς ρύπανσης. Τα αποτελέσματα αναμένουν με ανυπομονησία τους επιστήμονες του κλίματος, οι οποίοι θα τα καταστήσουν τη βάση των συμβουλών τους προς τις κυβερνήσεις του κόσμου για το πώς να αποτρέψουν την κλιματική καταστροφή. Αλλά πόσο αξιόπιστα είναι τα αποτελέσματα αυτών των μοντέλων υπολογιστών; Μπορούν να τους εμπιστευτούν οι κυβερνήσεις που αντιμετωπίζουν τη λήψη αποφάσεων πολιτικής που θα επηρεάσουν όλες τις ζωές μας;

Οι σχεδιαστές κλιματικών μοντέλων παραδέχονται ότι ακόμη και η δύναμη των υπερυπολογιστών όπως η μηχανή Hadley Center ή ο Ιαπωνικός Προσομοιωτής Γης είναι ανεπαρκής για να ανταποκριθεί πλήρως στην πολυπλοκότητα του κλίματος. Ακόμα κι έτσι, είναι βέβαιοι ότι με ολοένα μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ, θα πλησιάσουν περισσότερο τον στόχο της αξιόπιστης πρόβλεψης του κλίματος.

«Αυτή η επόμενη γενιά κλιματικών μοντέλων θα περιλαμβάνει λεπτομερή χημεία και αλληλεπιδράσεις με τα φυτά, το έδαφος και τη βιολογία των ωκεανών», λέει η Δρ Vicky Pope, Επικεφαλής Πρόβλεψης Κλίματος στο Κέντρο Hadley. "Μόνο με την εισαγωγή νέων υπερυπολογιστών θα έχουμε αρκετή υπολογιστική ισχύ για να τρέξουμε αυτά τα μοντέλα."

Όμως, σύμφωνα με ορισμένους ειδικούς, η προσπάθεια για ολοένα μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ χάνει ένα πολύ πιο βασικό πρόβλημα με τα τρέχοντα κλιματικά μοντέλα. Υποστηρίζουν ότι τα μοντέλα εξακολουθούν να είναι πολύ ακατέργαστα για να είναι αξιόπιστα, χωρίς ανεπαίσθητα αποτελέσματα που μπορούν να έχουν βαθιά επίδραση στο κλίμα της Γης.

Και ως απόδειξη, αυτοί οι επικριτές επισημαίνουν την πρόσφατη ανακάλυψη ανησυχητικών αποκλίσεων μεταξύ αυτού που λένε τα κλιματικά μοντέλα ότι πρέπει να συμβαίνει και της πραγματικότητας. «Τα μοντέλα φαίνεται να διαφωνούν με τις παρατηρήσεις», 3 3 λέει ο Δρ Φρεντ Σίνγκερ του Πανεπιστημίου της Βιρτζίνια, προσθέτοντας ότι τα μοντέλα «θα πρέπει να αντιμετωπίζονται με προσοχή».

Ποιος έχει δίκιο λοιπόν; Με το μέλλον του πλανήτη να διακυβεύεται, δεν πρόκειται για ακαδημαϊκή διαμάχη:οι ζωές όλων θα μπορούσαν να επηρεαστούν βαθιά από το αποτέλεσμα αυτών των προσομοιώσεων υπερυπολογιστή.

Ενώ μπορεί μόλις τώρα να προσελκύουν το παγκόσμιο ενδιαφέρον των μέσων ενημέρωσης, τα κλιματικά μοντέλα υπάρχουν εδώ και πάνω από 50 χρόνια, με επιστήμονες να εργάζονται πάνω τους από τότε που οι πρώτοι εμπορικοί υπολογιστές έγιναν διαθέσιμοι τη δεκαετία του 1950. Αλλά ακόμη και τότε, τα ίδια δύο ζητήματα συνέχισαν την έρευνα:έλλειψη υπολογιστικής ισχύος και ανησυχία για τα ζωτικά συστατικά που έλειπαν από τα μοντέλα.

Jargon Buster

Κλιματολογία
Η μελέτη των μακροπρόθεσμων καιρικών μοτίβων, συνήθως επί σειρά ετών. Χρησιμοποιείται για να επινοήσει πιθανές μελλοντικές προβλέψεις αναλύοντας τις τρέχουσες συνθήκες και τις αιτίες για αυτές
Κλιματικό μοντέλο
Μηχανογραφημένες προσομοιώσεις βασισμένες σε πραγματικά δεδομένα που στοχεύουν να δείξουν πώς η θερμοκρασία και ο καιρός σε ένα συγκεκριμένο μέρος του πλανήτη θα επηρεαστεί από διάφορες ατμοσφαιρικές επιρροές

Κράτα το απλό, ανόητο

Οι κίνδυνοι από τη χρήση ενός πολύ απλοϊκού μοντέλου έγιναν σαφείς από νωρίς. Το 1971 δύο επιστήμονες της NASA πραγματοποίησαν μια πρωτοποριακή μελέτη για ένα ζήτημα που παραμένει κεντρικό στην έρευνα για το κλίμα:τον ρόλο της σκόνης και των σωματιδίων καπνού στην υπερθέρμανση του πλανήτη. Γνωστά τεχνικά ως αεροζόλ, αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια έχουν μια σειρά από πηγές:μερικές φυσικές, όπως έρημοι και ηφαίστεια, και κάποιες ανθρωπογενείς, όπως οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας από άνθρακα. Η μελέτη της NASA εξέτασε πώς αυτά τα αερολύματα θα μπορούσαν να μειώσουν την υπερθέρμανση του πλανήτη λόγω του διοξειδίου του άνθρακα αντανακλώντας περισσότερη από τη θερμότητα του Ήλιου πίσω στο διάστημα.

Χρησιμοποιώντας εκτιμήσεις των ανθρωπογενών επιπέδων αερολυμάτων για τα επόμενα 50 χρόνια, οι ερευνητές έκαναν μια εκπληκτική ανακάλυψη:το φαινόμενο ανάκλασης είχε τη δύναμη να σταματήσει την υπερθέρμανση του πλανήτη. Προειδοποίησαν ότι οι θερμοκρασίες θα μπορούσαν να πέσουν κατά 3,5°C και ίσως ακόμη και να βυθίσουν τον πλανήτη σε μια νέα Εποχή των Παγετώνων.

Ενώ οι ερευνητές δεν ισχυρίστηκαν ποτέ ότι το σενάριό τους ήταν αναπόφευκτο, η ιδέα μιας νέας Εποχής των Παγετώνων προσέλκυσε τεράστια κάλυψη από τα μέσα ενημέρωσης κατά τη δεκαετία του 1970. Το γεγονός ότι οι κλιματολόγοι πίστευαν το ακριβώς αντίθετο είναι πολύ πιο πιθανό, δεν αποτελεί έκπληξη, προκάλεσε κυνισμό σχετικά με τα κλιματικά μοντέλα. Ωστόσο, στην πραγματικότητα, η μελέτη θεωρούνταν πάντα από τους κλιματολόγους ως απλώς ένα ακατέργαστο πρωτότυπο των πολύ πιο εξελιγμένων μοντέλων που έκτοτε συνέχισαν να κατασκευάζουν. Για παράδειγμα, το μοντέλο της NASA απέτυχε να λάβει υπόψη το γεγονός ότι τα αερολύματα τείνουν να συγκεντρώνονται σε ορισμένες περιοχές - για παράδειγμα, πάνω από τη βιομηχανοποιημένη Ευρώπη - ενώ τα αέρια του θερμοκηπίου διαχέονται πιο ομοιόμορφα σε όλο τον πλανήτη. Οι ρυθμοί παραγωγής αερολύματος και το κατά πόσον όλα έχουν ψυκτικό αποτέλεσμα, τέθηκαν επίσης υπό αμφισβήτηση.

Τα σημερινά μοντέλα έχουν μια πολύ πιο εξελιγμένη άποψη των αερολυμάτων. Περιλαμβάνουν όχι μόνο την άμεση επίδρασή τους –όπως το ψυκτικό τους αποτέλεσμα, που προκαλείται από την ανάκλαση του ηλιακού φωτός πίσω στο διάστημα– αλλά και τα έμμεσα αποτελέσματά τους. Και το κυριότερο μεταξύ αυτών είναι ο τρόπος με τον οποίο τα αερολύματα λειτουργούν ως «σπόροι» για το σχηματισμό νεφών, των οποίων η επίδραση στην υπερθέρμανση του πλανήτη είναι πιο περίπλοκη.

Σύμφωνα με τον Pope, τα σύννεφα μπορούν να παράγουν τόσο ψύξη όσο και θέρμανση. «Σε μια συννεφιασμένη μέρα, λιγότερη θερμότητα από τον Ήλιο φτάνει στην επιφάνεια της Γης και νιώθουμε δροσερός», εξηγεί. "Από την άλλη πλευρά, σε μια συννεφιασμένη νύχτα, η θερμότητα που παράγεται κατά τη διάρκεια της ημέρας παγιδεύεται και η θερμοκρασία κοντά στην επιφάνεια παραμένει σχετικά ζεστή."

Το να μάθετε πώς τα σύννεφα βοηθούν και εμποδίζουν την υπερθέρμανση του πλανήτη είναι αναμφισβήτητα η μεγαλύτερη πρόκληση που αντιμετωπίζουν τα σημερινά κλιματικά μοντέλα. Ωστόσο, οι προσπάθειες προσομοίωσης των λευκών, χνουδωτών πραγμάτων που επιπλέουν στον ουρανό εξακολουθούν να γονατίζουν ακόμη και τους σημερινούς υπερυπολογιστές. «Τα σύννεφα έχουν μεγέθη περίπου εκατοντάδων μέτρων, αλλά η χωρική ανάλυση [ή κλίμακα] των καλύτερων μοντέλων του τρέχοντος κλίματος είναι 100 χιλιόμετρα – που είναι μεγαλύτερη κατά 1000», επισημαίνει ο ειδικός για το κλίμα, καθηγητής Thomas Reichler του Πανεπιστημίου της Γιούτα. "Αυτό σημαίνει ότι τα μεμονωμένα σύννεφα και η απόκρισή τους στην κλιματική αλλαγή δεν προσομοιώνονται καλά στα τρέχοντα μοντέλα."

Επομένως, είναι σημαντικό να μοντελοποιήσουμε τα σύννεφα λεπτομερώς, επειδή η κλιματική τους επίδραση εξαρτάται από το ύψος, το πάχος και τις θερμικές τους ιδιότητες, οι οποίες εξαρτώνται από το μεμονωμένο μέγεθός τους. Αλλά χωρίς την υπολογιστική ισχύ για τη λεπτομέρεια μοντελοποίησης των νεφών, οι κλιματολόγοι αναγκάστηκαν να καταγράψουν μόνο τα βασικά χαρακτηριστικά τους, όπως τη θερμοκρασία και την υγρασία. Ελπίζουμε ότι αυτό θα δώσει τουλάχιστον κάποιο οδηγό για την επίδραση των νεφών στο μελλοντικό κλίμα.
"Η μεγαλύτερη πρόοδος τα τελευταία χρόνια ήταν στην αναπαράστασή μας για το πώς τα σύννεφα, οι ωκεανοί, ο θαλάσσιος πάγος και το κλίμα αλληλεπιδρούν με τη ζωή στο Γη"
Σύμφωνα με νέα έρευνα, τα τρέχοντα μοντέλα υπολογιστών ενδέχεται να υπερισχύουν της σχέσης μεταξύ των νεφών και της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Από το 1980, η μέση θερμοκρασία στην Ευρώπη 3 έχει αυξηθεί κατά 1°C – πολύ πιο γρήγορα από το αναμενόμενο, αν έφταιγαν μόνο οι αυξήσεις των αερίων του θερμοκηπίου. Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι περισσότερο ηλιακό φως φτάνει τώρα στο έδαφος λόγω των εκστρατειών καθαρού αέρα, οι οποίες έχουν μειώσει σημαντικά τα επίπεδα αερολυμάτων που σχηματίζουν σύννεφα στην Ευρώπη.

Γρίφος στο σύννεφο

Για να δοκιμάσει αυτή τη θεωρία, μια ομάδα με επικεφαλής τον Christian Ruckstuhl του Ινστιτούτου για την Επιστήμη της Ατμόσφαιρας και του Κλίματος στην Ελβετία μέτρησε τα επίπεδα αεροζόλ σε διάφορες τοποθεσίες στην Ευρώπη. Και τα αποτελέσματα φαίνεται να επιβεβαιώνουν ότι η πτώση των επιπέδων ρύπανσης είναι πράγματι υπεύθυνη για τη σχετικά γρήγορη αύξηση της θερμοκρασίας. Αλλά η ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι το επίπεδο του ηλιακού φωτός που έφτανε στο έδαφος επηρεάστηκε ελάχιστα από την παρουσία νεφών. Με άλλα λόγια, το μεγαλύτερο μέρος της παρατηρούμενης θέρμανσης φαίνεται να οφείλεται άμεσα στην περικοπή των αερολυμάτων – και όχι στον ρόλο τους στο σχηματισμό νεφών, όπως υποτίθεται σε πολλά μοντέλα υπολογιστών.

Ορισμένοι ερευνητές προχωρούν παραπέρα, υποστηρίζοντας ότι η σχέση μεταξύ νεφών και θερμοκρασίας μπορεί να έχει παρεξηγηθεί θεμελιωδώς. Σε έρευνα που δημοσιεύθηκε τον Ιούνιο, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Αλαμπάμα, στο Χάντσβιλ, ισχυρίστηκαν ότι τα σύννεφα τείνουν να ανταποκρίνονται (αυξάνεται η νεφοκάλυψη) στις αυξανόμενες θερμοκρασίες, αντί να τις προκαλούν. Σύμφωνα με το μέλος της ομάδας Dr Roy Spencer, η έρευνά τους υποδηλώνει ότι τα σύννεφα μειώνουν στην πραγματικότητα την υπερθέρμανση του πλανήτη - σε αντίθεση με ό, τι προβλέπουν πολλά μοντέλα τώρα - και μπορεί γενικά να λειτουργήσουν ως τροχοπέδη σε κάθε είδους κλιματική αλλαγή. «Η δουλειά μας με έπεισε ότι η αιτία και το αποτέλεσμα έχουν πραγματικά σημασία», λέει. "Δυστυχώς, στη διαδικασία καθιστά επίσης πολύ πιο δύσκολο να καταλάβουμε το όλο πρόβλημα της υπερθέρμανσης του πλανήτη."

Αλλά τα σύννεφα είναι μόνο ένα χαρακτηριστικό του πλανήτη μας, του οποίου οι λεπτότητες αποτελούν μεγάλη πρόκληση για την πρόβλεψη του κλίματος. Το κλιματικό μοντέλο που σχεδιάζεται για τον νέο υπερυπολογιστή Met Office θα περιλαμβάνει την επίδραση της βλάστησης – και ορισμένοι ερευνητές έχουν προειδοποιήσει ότι ακόμη και τέτοιες λεπτομέρειες όπως το πώς η υγρασία ταξιδεύει μέσα από τις ρίζες των φυτών μπορεί να έχει μεγάλη επίδραση στις κλιματικές προβλέψεις.

Μπροστά σε τόση πολυπλοκότητα, μπορεί να πιστέψει κανείς σε προβλέψεις υπολογιστών για το κλίμα του μέλλοντος; «Αν οι γνώσεις μας για την υπερθέρμανση του πλανήτη προέρχονταν εξ ολοκλήρου από κλιματικά μοντέλα, πιθανότατα θα ήμουν επίσης πιο σκεπτικιστής», λέει ο Reichler. "Αλλά το μεγαλύτερο μέρος της γνώσης μας προέρχεται στην πραγματικότητα από σχετικά απλές και καθιερωμένες θεωρίες και φυσικούς νόμους."
"Η δουλειά μας με έπεισε ότι η αιτία και το αποτέλεσμα έχουν πραγματικά σημασία. Δυστυχώς, στη διαδικασία, κάνει επίσης το όλο το πρόβλημα της υπερθέρμανσης του πλανήτη είναι πολύ πιο δύσκολο να κατανοηθεί"
Σύμφωνα με τον Reichler, ο κύριος ρόλος των μοντέλων υπολογιστών είναι να συμπληρώσουν τα γενικά συμπεράσματα - για παράδειγμα, παρέχοντας μια εικόνα για την επίδραση της κλιματικής αλλαγής σε συγκεκριμένες περιοχές . Και τα μοντέλα φαίνεται να γίνονται πιο αξιόπιστα, λέει. Σε έρευνα που δημοσιεύτηκε νωρίτερα φέτος, ο Reichler και ο συνάδελφός του Dr Junsu Kim δοκίμασαν πάνω από 50 κλιματικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται από ερευνητικά κέντρα σε όλο τον κόσμο. Η πρόκληση ήταν απλή:όταν τροφοδοτήθηκαν με δεδομένα 20 ετών για τις κλιματικές συνθήκες μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1990, πόσο καλά προβλέπουν τα μοντέλα το σημερινό κλίμα;

Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά, με τα καλύτερα μοντέλα να παράγουν προβλέψεις πολύ κοντά σε αυτό που πραγματικά παρατηρήθηκε. «Μπορούμε τώρα να έχουμε πολύ μεγαλύτερη εμπιστοσύνη στις προβλέψεις για την κλιματική αλλαγή που βασίζονται σε μοντέλα από ό,τι στο παρελθόν», λέει ο Reichler.

Δεν συμφωνούν όλοι. Μια πρόσφατη μελέτη με περισσότερα από 20 κορυφαία κλιματικά μοντέλα υποδηλώνει ότι δεν μπορούν να αναπαράγουν τα βασικά χαρακτηριστικά των παγκόσμιων μεταβολών της θερμοκρασίας που παρατηρήθηκαν από τα τέλη της δεκαετίας του 1970.

Σύμφωνα με τον Δρ Τζον Κρίστι του Πανεπιστημίου της Αλαμπάμα, τα μοντέλα προβλέπουν ότι η χαμηλότερη ατμόσφαιρα (η λεγόμενη τροπόσφαιρα) θα πρέπει να θερμαίνεται περισσότερο από την επιφάνεια, με τα μεγαλύτερα αποτελέσματα να παρατηρούνται στους τροπικούς. «Όταν κοιτάμε τα πραγματικά δεδομένα για το κλίμα, ωστόσο, δεν βλέπουμε επιταχυνόμενη θέρμανση στην τροπική τροπόσφαιρα», λέει ο Δρ Κρίστι. "Η τάση της θέρμανσης που βλέπουμε στις τροπικές περιοχές είναι λιγότερο από το μισό από αυτό που προβλέπουν τα μοντέλα."

Σύμφωνα με ορισμένους κλιματολόγους, ο ένοχος δεν είναι τα κλιματικά μοντέλα, αλλά τα δεδομένα παρατήρησης που χρησιμοποιούνται για τη σύγκριση, η οποία από μόνη της υπόκειται σε σφάλματα. Η συζήτηση φαίνεται ότι θα συνεχιστεί, αλλά οι περισσότεροι ειδικοί επιμένουν ότι το μεγάλο μήνυμα που προκύπτει από τα κλιματικά μοντέλα παραμένει αδιαμφισβήτητο:ο πλανήτης θερμαίνεται και η ανθρώπινη δράση είναι σε μεγάλο βαθμό υπεύθυνη για αυτό. Λέει ο Ράιχλερ:«Με βάση το ευρύ φάσμα αποδεικτικών στοιχείων, δεν έχω καμία αμφιβολία για την πραγματικότητα και τη σοβαρότητα της υπερθέρμανσης του πλανήτη – και την αναγκαιότητα δράσης».

Ο Robert Matthews είναι επισκέπτης αναγνώστης στο Science στο Πανεπιστήμιο Aston

Ένα ζήτημα προβληματισμού

Πώς η μέτρηση του φωτός στη Σελήνη μπορεί να βελτιώσει τα κλιματικά μοντέλα

Η απόκοσμη λάμψη που παρατηρείται συχνά να φωτίζει το σκοτεινό μισό ενός μισοφέγγαρου δίνει στους κλιματολόγους έναν νέο τρόπο δοκιμής της αξιοπιστίας των μοντέλων υπολογιστών τους. Ονομάζεται «Earthshine», το φαινόμενο προκαλείται από το ηλιακό φως που αντανακλάται από τη Γη και χτυπά τη Σελήνη. Ως εκ τούτου, η έντασή του εξαρτάται από χαρακτηριστικά που σχετίζονται με το κλίμα, όπως η νεφοκάλυψη, τα επίπεδα θαλάσσιου πάγου και οι χιονοπτώσεις στα βουνά. Οι μετρήσεις με τηλεσκόπια με βάση τη Γη έχουν δείξει μια αξιοσημείωτη αύξηση της ανακλαστικότητας της επιφάνειας της Γης από το 1999, η οποία συμπίπτει με την επιβράδυνση της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Οι επιστήμονες του κλίματος θα εκτελέσουν τα μοντέλα υπολογιστών τους για να ελέγξουν ότι μπορούν να αναπαράγουν αυτή τη σύνδεση μεταξύ της ανακλαστικότητας και των πρόσφατων επιπέδων υπερθέρμανσης του πλανήτη – και μπορεί να τους βοηθήσει να το εξηγήσουν.

• Αφού χτυπήσει τη Γη, το ανακλώμενο ηλιακό φως αναπηδά από τη Σελήνη και επιστρέφει στη Γη, όπου μπορεί να παρατηρηθεί με επίγεια τηλεσκόπια.
• Το φως του ήλιου χτυπά τη Γη και αναπηδά από την επιφάνειά της. Διαφορετικές επιφάνειες αντανακλούν διαφορετικές ποσότητες φωτός – οι ωκεανοί αντανακλούν σχετικά λίγο, τα σύννεφα και ο πάγος πολύ και η γη ποικίλλει μεταξύ των δύο.

ΥΠΕΡ και ΚΑΤΑ

Μπορούμε να εμπιστευτούμε τα κλιματικά μοντέλα υπολογιστών;

ΝΑΙ
Dr Vicky Pope, Met Office Hadley Centre

«Τα κλιματικά μοντέλα λύνουν σύνθετες μαθηματικές εξισώσεις που βασίζονται σε καλά καθιερωμένους φυσικούς νόμους που καθορίζουν τη συμπεριφορά του καιρού και του κλίματος. Τα μοντέλα δοκιμάζονται και δοκιμάζονται με διάφορους τρόπους. Πρώτον, χρησιμοποιούνται για την αναπαραγωγή του κλίματος του πρόσφατου παρελθόντος. Δεύτερον, χρησιμοποιούνται για να αναπαράγουν όσα γνωρίζουμε για τα αρχαία κλίματα, τα οποία είναι πιο περιορισμένα. Το μοντέλο υπολογιστή του Met Office Hadley Centre είναι μοναδικό καθώς χρησιμοποιείται επίσης με περισσότερες περιφερειακές λεπτομέρειες για την παραγωγή των μετεωρολογικών προβλέψεων κάθε μέρα.
"Τα παγκόσμια κλιματικά μοντέλα έχουν γίνει πιο ολοκληρωμένα με την πάροδο των ετών καθώς η ισχύς των υπολογιστών και η κατανόησή μας για το κλίμα η αλλαγή έχει αυξηθεί. Η μεγαλύτερη πρόοδος των τελευταίων ετών –και όπου απαιτούνται ακόμη περαιτέρω πρόοδοι– είναι η αναπαράστασή μας για το πώς τα σύννεφα, οι ωκεανοί, ο θαλάσσιος πάγος και το κλίμα αλληλεπιδρούν με τη ζωή στη Γη. Οι προκύπτουσες κλιματικές προβλέψεις έχουν βελτιωθεί εμφανώς τα τελευταία χρόνια. Περαιτέρω βελτιώσεις είναι απαραίτητες και εφικτές.»

ΟΧΙ
Καθηγητής John Christy, Πανεπιστήμιο της Αλαμπάμα

«Υπάρχουν τόσες πολλές περίπλοκες και ελάχιστα κατανοητές διαδικασίες στο κλιματικό σύστημα που οι μακροπρόθεσμες προβλέψεις πρέπει πάντα να είναι ύποπτες. Για παράδειγμα, υπάρχουν μεγάλα άγνωστα στοιχεία στην κατανόησή μας για το πώς αντιδρά το κλίμα όταν θερμαίνεται ή ψύχεται. Αυτό σχετίζεται άμεσα με τα σύννεφα και τη βροχή – τα δύο πράγματα που τα κλιματικά μοντέλα κάνουν κακή δουλειά να μιμούνται. Πρόσφατες παρατηρήσεις δείχνουν ότι το κλίμα δεν είναι τόσο ευαίσθητο στην αύξηση του CO2 όσο πιστεύεται ευρέως, επειδή τα σύννεφα προφανώς αντιδρούν για να εμποδίσουν το κλίμα να πάει στραβά.
«Αυτό που χρειαζόμαστε είναι πιο θεμελιώδης έρευνα που επικεντρώνεται σε δεδομένα παρατήρησης. Η άγνοιά μας για το κλιματικό σύστημα είναι εκπληκτική. Για παράδειγμα, δεν έχουμε ένα παγκόσμιο σύστημα παρατήρησης που να παρέχει δεδομένα από τα οποία μπορούμε να προσδιορίσουμε την αλληλεπίδραση όλων των κλιματικών παραγόντων. Αυτή είναι μια θεμελιώδης απαίτηση εάν πρόκειται να βελτιώσουμε τα κλιματικά μοντέλα. Η κατανόηση του τι κάνει το κλίμα και γιατί, θα οδηγήσει σε πιο αξιόπιστα μοντέλα υπολογιστών.”

Τι προβλέπουν τα μοντέλα για τον μελλοντικό καιρό στο Ηνωμένο Βασίλειο

ΑΛΛΑΓΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ
2020 Εάν οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου παραμείνουν σχετικά υψηλές, οι ετήσιες θερμοκρασίες σε ολόκληρο το Ηνωμένο Βασίλειο είναι πιθανό να αυξηθούν κατά περίπου 0,5°C τα επόμενα 10 χρόνια.
2080 Μέχρι το 2080, είναι πιθανό να εμφανιστούν έντονες περιφερειακές διαφορές, με τις θερμοκρασίες στην πιο πυκνοκατοικημένη Νοτιοανατολική Αγγλία να αυξάνεται έως και 3,5°C.

ΒΡΟΧΗ
2020 Υποθέτοντας σχετικά υψηλές εκπομπές αερίων θερμοκηπίου, τα υπολογιστικά μοντέλα προβλέπουν ότι τα ετήσια επίπεδα βροχόπτωσης θα μπορούσαν να μειωθούν κατά 10 τοις εκατό σε μια ευρεία περιοχή του Ηνωμένου Βασιλείου έως το 2020, αυξάνοντας τον κίνδυνο ξηρασίας.
2080 Το μεγαλύτερο μέρος του Ηνωμένου Βασιλείου θα μπορούσε να αντιμετωπίσει υψηλότερο κίνδυνο ξηρασίας έως το 2080, μέσω πολύ ξηρότερων καλοκαιριών στην Αγγλία, την Ουαλία και την Ιρλανδία. Ωστόσο, οι ανατολικές περιοχές ενδέχεται επίσης να αναμένουν περισσότερες βροχοπτώσεις
τον χειμώνα.

Κλιματικά σπασίματα

Οι υπερυπολογιστές που αναδημιουργούν τον πραγματικό κόσμο για να προβλέψουν τι θα κάνει ο καιρός στο μέλλον

Η πρόβλεψη του μέλλοντος του κλίματος είναι ένα από τα πιο δύσκολα προβλήματα σε όλη την επιστήμη – και αυτό απαιτεί απίστευτη υπολογιστική ισχύ. Τα μοντέλα υπολογιστών λειτουργούν τεμαχίζοντας και κόβοντας μαθηματικά ολόκληρη την επιφάνεια της Γης, με βουνά, ωκεανούς και την ατμόσφαιρα, σε δισεκατομμύρια «κύτταρα», τα οποία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής και της χημείας.
Η μελέτη των εφέ απαιτεί υπολογιστικά μεγαθήρια όπως το μηχάνημα που εγκαθίσταται τώρα στα κεντρικά γραφεία του Met Office στο Exeter. Καθισμένος σε ένα κλιματιζόμενο κτίριο, ο υπερυπολογιστής είναι μια σειρά διασυνδεδεμένων επεξεργαστών των οποίων η συνδυασμένη ισχύς ισοδυναμεί με 100.000 οικιακούς υπολογιστές. Όταν το μηχάνημα φτάσει σε πλήρη ισχύ το 2011, θα είναι ικανό για μέγιστη ταχύτητα ενός εκατομμυρίου δισεκατομμυρίων λειτουργιών ανά δευτερόλεπτο. Ωστόσο, ακόμη και αυτό δεν είναι αρκετό για να δώσει το επίπεδο λεπτομέρειας που απαιτείται για αξιόπιστες προβλέψεις σχετικά με την κλιματική αλλαγή για μεμονωμένες χώρες. Έτσι νωρίτερα φέτος, οι επιστήμονες του κλίματος ζήτησαν μια διεθνή προσπάθεια για τη δημιουργία ενός «υπερυπολογιστή» αρκετές χιλιάδες φορές ταχύτερο ακόμη και από το νέο μηχάνημα του Met Office στο Hadley Centre.

Ο ταπεινός υπολογιστής του σπιτιού σας μπορεί επίσης να κάνει προβλέψεις για το κλίμα

Δεν χρειάζεστε υπερυπολογιστή για να δοκιμάσετε τη μοντελοποίηση του κλίματος. Ο υπολογιστής σας είναι αρκετός – μόλις συνεργαστεί με χιλιάδες άλλους σε όλο τον κόσμο. Από το 2003, περίπου 150.000 ιδιοκτήτες υπολογιστών έχουν ενταχθεί στο έργο Climateprediction.net, που δημιουργήθηκε από τον Δρ Μάιλς Άλεν του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης για τη δημιουργία του πιο ισχυρού κλιματικού μοντέλου στον κόσμο. Λειτουργεί εκμεταλλευόμενος την υπολογιστική ισχύ των υπολογιστών όταν κάθονται και δεν κάνουν τίποτα. Μέχρι στιγμής έχει σημειώσει το ισοδύναμο των 35 εκατομμυρίων ετών χρόνου εκτέλεσης, επιτρέποντας στους ειδικούς του κλίματος να διερευνήσουν μια σειρά από σενάρια «τι θα γινόταν αν;». Το έργο έδειξε πώς ακόμη και μικρές αλλαγές στις συνθήκες εκκίνησης μπορούν να οδηγήσουν σε δραματικά διαφορετικές προβλέψεις μελλοντικών αυξήσεων της παγκόσμιας θερμοκρασίας, που κυμαίνονται από λιγότερο από 2°C έως πάνω από 11°C.

Μάθετε περισσότερα

Μοντέλο κλίματος που συγκεντρώνει τη δύναμη χιλιάδων υπολογιστών www.climateprediction.net
Οι Reicher και Kim αναφέρουν την αποτελεσματικότητα των κλιματικών μοντέλων www.bit.ly/1q4sRI
Μια συγκριτική μελέτη κλιματικών μοντέλων και τροπικών τάσεων θερμοκρασίας www.bit.ly/3rkuoT
Μοντέλα υπολογιστών που εκτελούνται από το Met Office www.bit.ly/Woj0f

Ακολουθήστε το Science Focus στο Twitter, το Facebook, το Instagram και Flipboard