Hoe goed het klimaatmodelle geprojekteer Global Warming? - Klimaatsimpak Nuus Climate Impact News
Wetenskaplikes maak projeksies van toekomstige aardverwarming aan die hand van klimaatmodelle van toenemende kompleksiteit vir die afgelope vier dekades.
Hierdie modelle, gedryf deur atmosferiese fisika en biogeochemie, speel 'n belangrike rol in ons begrip van die aarde se klimaat en hoe dit waarskynlik in die toekoms sal verander.
Carbon Brief het prominente klimaatmodelprojeksies versamel sedert 1973 om te sien hoe goed hulle beide die verlede en toekomstige globale temperature projekteer, soos in die animasie hieronder getoon. (Klik op die speelknoppie om te begin.)
Alhoewel sommige modelle minder verwarming aangewys het as wat ons ervaar het en sommige geprojekteer het, word al die oppervlaktemperatuur tussen 1970 en 2016 verhoog wat nie te ver is van wat eintlik plaasgevind het nie, veral wanneer verskille in verondergestelde toekomstige uitstoot in ag geneem word.
Hoe het die verlede klimaatmodelle gevaar?
Terwyl die klimaatmodelprojeksies van die verlede voordeel trek uit kennis van atmosferiese kweekhuisgaskonsentrasies, vulkaniese uitbarstings en ander radiatiewe forcings wat die Aarde se klimaat beïnvloed, is beslis meer onseker. Klimaatmodelle kan geëvalueer word beide op hul vermoë om die verlede te verhoed en toekomstige voorspellings te voorspel.
Hindcasts - toets modelle teen die verlede temperature - is nuttig omdat hulle kan beheer vir radiative forcings. Voorspellings is nuttig omdat modelle nie kan wees nie implisiet ingestem om soortgelyk aan waarnemings te wees. Klimaatmodelle is nie geskik vir historiese temperature nie, maar modelle het wel kennis van waarnemings wat dit kan lig hul keuse in of model parameterisasies, soos wolkfisika en aerosol-effekte.
In die voorbeelde hieronder word klimaatsmodelprojeksies wat tussen 1973 en 2013 gepubliseer word, vergelyk met waargenome temperature van vyf verskillende organisasies. Die modelle wat in die projeksies gebruik word, wissel in kompleksiteit, van eenvoudig af energie balans modelle ten volle gekoppel Aardstelselmodelle.
(Let wel, hierdie model- / observasievergelykings gebruik 'n basislynperiode van 1970-1990 om waarnemings en modelle in die vroeë jare van die analise te belyn, wat toon hoe temperature mettertyd meer ontwikkel het.)
Een van die eerste projeksies van toekomstige verwarming het gekom John Sawyer by die UK se Met Office in 1973. In 'n papier gepubliseer in die natuur In 1973 het hy veronderstel dat die wêreld 0.6C tussen 1969 en 2000 sou verwarm, en dat die atmosferiese CO2 met 25% sou toeneem. Sawyer het aangevoer vir a klimaat sensitiwiteit - hoeveel langtermynverwarming sal plaasvind by verdubbeling van atmosferiese CO2-vlakke - van 2.4C, wat nie te ver van die beste skatting van 3C wat vandag deur die Intergouvernementele Paneel oor Klimaatsverandering (IPCC) gebruik word.
Hoekom die energiebeleid moet fokus op die klimaat
In teenstelling met die ander projeksies wat in hierdie artikel ondersoek is, het Sawyer nie elke jaar 'n beraamde opwarming gegee nie, net 'n verwagte 2000-waarde. Sy opwarmingskatting van 0.6C was amper op die punt - die waargenome verwarming oor daardie tydperk was tussen 0.51C en 0.56C. Hy het egter die jaar 2000 se atmosferiese CO2 konsentrasies oorskat, met die veronderstelling dat hulle 375-400ppm sou wees - in vergelyking met die werklike waarde van 370ppm.
Die eerste beskikbare projeksie van toekomstige temperature as gevolg van aardverwarming verskyn in 'n artikel in Wetenskap in 1975 gepubliseer deur die Columbia Universiteit wetenskaplike Prof Wally Broecker. Broecker gebruik a eenvoudige energiebalansmodel om te skat wat met die aarde se temperatuur sal gebeur as atmosferiese CO2 vinnig na 1975 toeneem. Broecker se geprojekteerde verwarming was redelik naby aan waarnemings vir 'n paar dekades, maar was onlangs aansienlik hoër.
Dit is hoofsaaklik te danke aan Broecker wat oorskat hoe CO2-emissies en atmosferiese konsentrasies sal toeneem nadat sy artikel gepubliseer is. Hy was redelik akkuraat tot 2000, wat 373ppm van CO2 voorspel het - in vergelyking met die werklike Mauna Loa waarnemings van 370ppm. In 2016 het hy egter beraam dat CO2 424ppm sou wees, terwyl slegs 404 pm is waargeneem.
Broecker het ook nie in sy model ander kweekhuisgasse in ag geneem nie. Maar as die opwarming impak van metaan, stikstofoksied en halocarbons was grootliks gekanselleer by die Algehele verkoeling van aërosols sedert 1970, maak dit nie so 'n groot verskil nie (alhoewel skattings van aërosol-forcings het groot onsekerhede).
Soos met Sawyer gebruik Broecker 'n ewewigsklimaat sensitiwiteit van 2.4C per verdubbeling van CO2. Broecker het aanvaar dat die Aarde dadelik opwarm om atmosferiese CO2 te pas, terwyl moderne modelle die vertraging tussen hoe vinnig die atmosfeer en oseane opwarm. (Die stadiger hitteopname deur die oseane word dikwels na verwys as die "termiese traagheid"Van die klimaatstelsel.)
Seewier 'woude' kan help om klimaatsverandering te beveg
U kan sy projeksie (swart lyn) sien in vergelyking met die waargenome temperatuurstyging (gekleurde lyne) in die grafiek hieronder.
Geprojekteerde verwarming van Broecker 1975 (dik swart lyn) in vergelyking met waarnemings temperatuur rekords van NASA, NOAA, HadCRUT, Cowtan en Way, en Berkeley Aarde (dun gekleurde lyne) van 1970 na 2020. Grondlynperiode van 1970-1990. Grafiek deur Carbon Brief gebruik Highcharts.
Broecker het sy projeksie op 'n tyd gemaak toe wetenskaplikes die waarnemings wyd gedink het het 'n beskeie afkoeling getoon van die aarde. Hy het sy artikel begin deur presies te verklaar dat "'n sterk saak kan gemaak word dat die huidige verkoelingstendens binne 'n dekade of so sal plaasvind op 'n uitgesproke opwarming wat deur koolstofdioksied veroorsaak word."
NASA se Dr James Hansen en kollegas het 'n referaat gepubliseer in 1981 wat ook 'n eenvoudige energiebalansmodel gebruik het om toekomstige opwarming te produseer, maar het vir hitte-traagheid as gevolg van die hitteopname van die oseaan verantwoordelik. Hulle het 'n klimaat sensitiwiteit van 2.8C aanvaar per verdubbeling van CO2, maar het ook gekyk na 'n reeks 1.4-5.6C per verdubbeling.
Geprojekteerde verwarming van Hansen et al. 1981 (vinnig groei-dik swart lyn- en stadige groei-dun grys lyn). Grafiek deur Carbon Brief gebruik Highcharts.
Hansen en kollegas het 'n aantal verskillende scenario's aangebied, wisselende toekomstige uitstoot en klimaat sensitiwiteit. In die bostaande grafiek sien u beide die "vinnige groei" scenario (dik swart lyn), waar CO2 emissies jaarliks ​​na 4 jaarliks ​​met 1981% styg, en 'n stadige groei scenario waar die emissies jaarliks ​​met 2% styg (dun grys lyn ). Die snelgroeisscenario oorskat die huidige emissies effens, maar as dit gekombineer word met 'n effens laer klimaat sensitiwiteit, bied dit 'n skatting van vroeë 2000's wat naby aan waargenome waardes voorkom.
Die algehele koers van verwarming tussen 1970 en 2016 wat Hansen et al in 1981 in die snelgroei-scenario beraam het, was ongeveer 20% laer as waarnemings.
Hansen et al., 1988
Die papier gepubliseer deur Hansen en kollegas in 1988 verteenwoordig een van die eerste moderne klimaatmodelle. Dit het die wêreld verdeel in diskrete roosterselle van agt grade breedtegraad teen 10 grade lengtelyne, met nege vertikale lae van die atmosfeer. Dit sluit in aërosols, verskeie kweekhuisgasse benewens CO2, en basiese wolkdinamika.
Hansen et al het drie verskillende scenario's geassosieer met verskillende toekomstige kweekhuisgasvrystellings. Scenario B word in die onderstaande grafiek getoon as 'n dik swart streep, terwyl scenario's A en C met dun grys lyne getoon word. Scenario A het eksponensiële groei in emissies gehad, met CO2 en ander GHG konsentrasies aansienlik hoër as vandag.
Geprojekteerde verwarming van Hansen et al. 1988 (scenario B-dik swart lyn- en scenario's A en C-dun soliede en stippelgrys lyne). Grafiek deur Carbon Brief gebruik Highcharts.
Scenario B het 'n geleidelike verlangsaming in CO2-emissies aangeneem, maar het konsentrasies van 401ppm in 2016 Dit was redelik naby aan die 404ppm waargeneem. Scenario B het egter die voortgesette groei van emissies van verskillende halokoolwaterkoolstowwe wat kragtige kweekhuisgasse is, aanvaar, maar is daarna beperk onder die Montreal-protokol van 1987. Scenario C het na die jaar 2000 nagenoeg nul bereik.
Van die drie was scenario B die naaste aan die werklike stralingsdwinging, maar nogtans omtrent 10% te hoog. Hansen et al gebruik ook 'n model met 'n klimaat sensitiwiteit van 4.2C per verdubbeling CO2 - op die hoë einde van die meeste moderne klimaatmodelle. As gevolg van die kombinasie van hierdie faktore, het scenario B geprojekteer 'n tempo van verwarming tussen 1970 en 2016 wat ongeveer 30% hoër was as wat waargeneem is.
IPCC Eerste Assesseringsverslag, 1990
Die IPCC se Eerste Assesseringsverslag (FAR) in 1990 het relatief eenvoudige energiebalans / opwelling diffusie-oseaanmodelle aangetref om veranderinge in globale lugtemperature te skat. Hul bekende besigheids-as-gewone (BAU) scenario het die vinnige groei van atmosferiese CO2 aanvaar en 418ppm CO2 in 2016 bereik, vergeleke met 404ppm in waarnemings. Die VOV het ook die voortgesette groei van atmosferiese halokoolstof konsentrasies baie vinniger aanvaar as wat eintlik plaasgevind het.
Die FAR het 'n beste skatting van klimaat sensitiwiteit as 2.5C verwarming vir dubbele CO2, met 'n reeks 1.5-4.5C. Hierdie ramings word toegepas op die BAU-scenario in die figuur hieronder, met die dik swart lyn wat die beste skatting verteenwoordig en die dun strepe swart lyne wat die hoë en lae punt van die klimaat sensitiwiteitsgebied verteenwoordig.
Geprojekteerde verwarming uit die IPCC Eerste Assesseringsverslag (gemiddelde projeksie-dik swart lyn, met boonste en onderste grense wat met dun gestippelde swart lyne getoon word). Grafiek deur Carbon Brief gebruik Highcharts.
Ten spyte van 'n beste skatting van klimaat sensitiwiteit 'n bietjie laer as die 3C wat vandag gebruik word, het die VOV die tempo van verwarming tussen 1970 en 2016 oorskat met ongeveer 17% in hul BAU-scenario, wat 1C-verwarming oor daardie tydperk toon, teenoor 0.85C waargeneem. Dit is hoofsaaklik te danke aan die projeksie van veel hoër atmosferiese CO2 konsentrasies as wat eintlik plaasgevind het.
IPCC Tweede Assesseringsverslag, 1995
Die IPCC se Tweede Assesseringsverslag (SAR) het net geredelik beskikbare projeksies vanaf 1990 gepubliseer. Hulle het 'n klimaat sensitiwiteit van 2.5C gebruik, met 'n reeks 1.5-4.5C. Hul mid-range uitstoot scenario, "IS92a", geprojekteer CO2 vlakke van 405ppm in 2016, byna identies aan waargeneem konsentrasies. SAR het ook 'n baie beter behandeling van antropogene aërosols ingesluit, wat 'n koel effek op die klimaat het.
Geprojekteerde verwarming uit die IPCC Tweede Assesseringsverslag (gemiddelde projeksie-dik swart lyn, met boonste en onderste grense wat met dunstreep swart lyne getoon word). Grafiek deur Carbon Brief gebruik Highcharts.
Soos u kan sien in die bostaande grafiek, het SAR se projeksies uiteindelik laer geword as waarnemings, wat stadiger was oor 28% oor die tydperk van 1990 tot 2016. Dit was waarskynlik as gevolg van 'n kombinasie van twee faktore: 'n laer klimaat sensitiwiteit as wat in die moderne ramings (2.5C vs 3C) en 'n oorskatting van die radiatiewe dwing van CO2 (4.37 watt per vierkante meter teenoor 3.7 wat in die daaropvolgende IPCC-verslag gebruik is en vandag nog gebruik word).
IPCC Derde Assesseringsverslag, 2001
Die IPCC Derde Assesseringsverslag (TAR) berus op sosiaal-oseane-algemene sirkulasiemodelle (GCMs) uit sewe verskillende modelleringsgroepe. Hulle het ook 'n nuwe stel sosio-ekonomiese emissiescenario's bekend gestel SRES, wat vier verskillende toekomstige uitstootbane ingesluit het.
Hier, Carbon Brief ondersoek die A2 scenario, alhoewel almal redelik soortgelyke emissies en opwarmingsbane tot 2020 het. Die A2-scenario het 'n 2016 atmosferiese CO2 konsentrasie van 406 ppm geprojekteer, byna dieselfde as wat waargeneem is. Die SRES scenario's was van 2000 en verder, met modelle voor die jaar 2000 gebruik geskatte historiese forcings. Die stippelgrys lyn in die bostaande figuur toon die punt op watter modelle oorgang van die gebruik van waargenome emissies en konsentrasies aan geprojekteerde toekomstige een.
Geprojekteerde verwarming uit die IPCC Derde Assesseringsverslag (gemiddelde projeksie-dik swart lyn, met boonste en onderste grense wat met dun strepe swart lyne getoon word). Grafiek deur Carbon Brief gebruik Highcharts.
Tar se kopprojeksie gebruik 'n eenvoudige klimaatmodel wat aangepas is om die gemiddelde uitsette van sewe meer gesofistikeerde GCM's te pas, aangesien geen spesifieke multimodel-gemiddelde in TAR gepubliseer is nie en data vir individuele modelopdragte nie geredelik beskikbaar is nie. Dit het 'n klimaat sensitiwiteit van 2.8C per verdubbeling van CO2, met 'n reeks 1.5-4.5C. Soos in die bostaande grafiek getoon, was die tempo van verwarming tussen 1970 en 2016 in die TAR ongeveer 14% laer as wat eintlik waargeneem is.
IPCC Vierde Assesseringsverslag, 2007
Die IPCC se Vierde Assesseringsverslag (AR4) featured modelle met aansienlik verbeterde atmosferiese dinamika en model resolusie. Dit het groter gebruik gemaak van Aarde-stelselmodelle - wat die biogeochemie van koolstofsiklusse insluit - asook verbeterde simulasies van grondoppervlak en ysprosesse.
AR4 gebruik dieselfde SRES scenario's as die TAR, met historiese emissies en atmosferiese konsentrasies tot en met die jaar 2000 en projeksies daarna. Modelle wat in AR4 gebruik is, het 'n gemiddelde klimaat sensitiwiteit van 3.26C, met 'n reeks 2.1C tot 4.4C.
Geprojekteerde verwarming uit die IPCC Vierde Assesseringsverslag (gemiddelde projeksie-dik swart lyn, twee-sigma boonste en onderste grense wat met dunstreep swart lyne getoon word). Grafiek deur Carbon Brief gebruik Highcharts.
Die figuur hierbo toon model lopies vir die A1B scenario (wat die enigste scenario met model lopies beskikbaar is, alhoewel sy 2016 CO2 konsentrasies byna identies is aan dié van die A2 scenario). AR4 projeksies tussen 1970 en 2016 toon verwarming redelik naby aan waarnemings, slegs 8% hoër.
IPCC Vyfde Assesseringsverslag, 2013
Die mees onlangse IPCC verslag - die Vyfde Assessering (AR5) - bevat addisionele verfynings op klimaatmodelle, sowel as 'n beskeie vermindering in toekomstige model onsekerheid in vergelyking met AR4. Die klimaatmodelle in die jongste IPCC-verslag was deel van die Gekoppelde Model Intervergelyking Projek 5 (CMIP5), waar tientalle verskillende modelleringsgroepe regoor die wêreld klimaatmodelle gebruik het met dieselfde stel insette en scenario's.
Geprojekteerde verwarming uit die IPCC Vyfde Evalueringsverslag (gemiddelde projeksie-dik swart lyn, twee-sigma boonste en onderste grense, getoon deur dun strepe swart lyne). Uitgestippelde swart lyn toon gemengde modelvelde. Grafiek deur Carbon Brief gebruik Highcharts.
AR5 het 'n nuwe stel toekomstige kweekhuisgaskonsentrasiescenario's bekend, bekend as die Verteenwoordiger Konsentrasie Pathways (RCPs). Dit het toekomstige projeksies vanaf 2006 en verder, met historiese data voor 2006. Die grys streeplyn in die figuur hierbo toon waar modelle oorgang van die gebruik van waargenome kragopwekkings na geprojekteerde toekomstige forcings.
Vergelyking van hierdie modelle met waarnemings kan 'n ietwat moeilike oefening. Die mees gebruikte velde van klimaatmodelle is globale oppervlaktemperature. Waargenome temperature kom egter van die oppervlak lug temperature oor die land en die see oppervlak temperature oor die see.
Om dit te verantwoord, het onlangs navorsers gesamentlike modelvelde geskep. Dit sluit in seewatertemperature oor die oseane en oppervlaktemperature oor land, om te pas by wat eintlik in die waarnemings gemeet word. Hierdie gemengde velde, wat deur die streeplyn in die bostaande figuur getoon word, toon effens minder opwarming as die globale oppervlaktetemperature, aangesien modelle die afgelope paar jaar die lug oor die oseaanverhitting vinniger as seevlaktemperature het.
Globale oppervlaktetemperature in CMIP5-modelle het meer as 16% opgewarm as waarnemings sedert 1970. Ongeveer 40% van hierdie verskil is te danke aan lugtemperature oor die oseaanopwarming vinniger as seevlaktemperature in die modelle; gemengde modelle velde wys slegs opwarming 9% vinniger as waarnemings.
A onlangse koerant in die natuur by Iselin Medhaug en kollegas stel voor dat die res van die afwyking verantwoord kan word deur 'n kombinasie van natuurlike veranderlikes op kort termyn (hoofsaaklik in die Stille Oseaan), klein vulkane en laer verwagte sonuitset wat nie in modelle in hul post- 2005 projeksies.
Hier is 'n opsomming van al die modelle wat Carbon Brief gekyk het. Die tabel hieronder toon die verskil in die tempo van verwarming tussen elke model of stel modelle en NASA se temperatuur waarnemings. Al die observasie temperatuur rekords is redelik soortgelyk, maar NASA's is onder die groep wat die afgelope jaar meer volledige globale dekking insluit en is dus meer direk vergelykbaar met die klimaatmodel data.
* SAR-tendens verskille word bereken oor die tydperk vanaf 1990-2016, aangesien skattings voor 1990 nie geredelik beskikbaar is nie.
# Verskille tussen hakies gebaseer op gemengde model land / oseaan velde
Klimaatmodelle wat sedert 1973 gepubliseer is, was oor die algemeen redelik vaardig om toekomstige verwarming te projekteer. Terwyl sommige te laag en te hoog was, het hulle almal uitkomste redelik naby aan wat eintlik plaasgevind het, veral wanneer daar verskil gemaak word tussen verskille tussen die voorspelde en werklike CO2 konsentrasies en ander klimaatveranderings.
Modelle is ver van perfek en sal voortdurend verbeter word met verloop van tyd. Hulle toon ook 'n redelike groot verskeidenheid toekomstige verwarming wat kan nie maklik vernou word nie gebruik net die veranderinge in die klimaat wat ons waargeneem het.
Nietemin, die noue ooreenstemming tussen geprojekteerde en waargenome opwarming sedert 1970, dui daarop dat ramings van toekomstige opwarming dieselfde kan bewys.
Omgewingswetenskaplike Dana Nuccitelli het 'n lys van vorige model- / waarnemingvergelykings beskikbaar gestel hier afgelaai word. Die PlotDigitizer sagteware is gebruik om waardes van ouer figure te verkry as data nie andersins beskikbaar was nie. CMIP3 en CMIP5 model data is verkry uit KNMI Klimaat Explorer.
Klimaatmodellering vir wetenskaplikes en ingenieurs
Lys Prys: $ 71.50
prys: $ 71.50
Klimaatsverandering en klimaatmodellering
Lys Prys: $ 74.99
Verkoopprys: $ 74.99 $ 56.80 Jy spaar: $ 18.19
Die Klimaatmodellering Primer, 4th Edition
Lys Prys: $ 69.75
Verkoopprys: $ 69.75 $ 47.20 Jy spaar: $ 22.55
Antieke Dooie See bied 'n skerp waarskuwing vir ons eie nabye toekoms
Koolstof styging kan wolkpuntpunt veroorsaak
Onlangse Australiese droogtes kan die ergste wees in 800-jare
Dit is alles net 'n deel van 'n natuurlike siklus, reg?
Fossiele Slakke Verduidelik Antieke Transition
Wanneer dit kom by die aanspreek van klimaatsverandering, skeptisisme maklik, maar optimisme geregverdig
Die grootste massa-uitsterwing kan ooit deur mikrobes uitgeskop word
Waarom sommige mense dink dat klimaatsverandering nie werklik is nie
Die ontkenning van klimaatsverandering is 'n konflik tussen feite en waardes. Mense ontken die klimaatkrisis omdat ...
Ons laat die vulkane van die planeet ver agter op kweekhuisgasvrystellings: die koolstofproduksie van die mensdom kan hul s'n oorskry deur ...
by Marta Moreno Ibáñez en Rene Laprise
Lang ysige nagte, ysbere, vriestemperature wat tot -45C daal. Dit is wat die 600-kundiges aan die ...
Menslike voorouers het in 'n lae-koolstofwêreld gewoon
Koolstofdioksiedvlakke is nou hoër as in die geskiedenis van die mensdom, en ook die voorgeskiedenis: 'n wêreld met 'n lae koolstofstof het ons ...
Antarktika het nou meer as 65,000-smeltwater mere soos die ys van die somer smelt
Gedurende die Antarktiese somer vorm duisende asemrowende blou mere rondom die ysvel van die kontinent, as ...
5 Klimaatsverandering Wetenskap Wanopvattings ontduik
Die wetenskap van klimaatsverandering is meer as 150 jaar oud en dit is waarskynlik die mees beproefde gebied van moderne wetenskap.