Bagaimana Sudah Memiliki Model Iklim yang Diproyeksikan Pemanasan Global?

Bagaimana Sudah Memiliki Model Iklim yang Diproyeksikan Pemanasan Global?

Para saintis telah membuat ramalan pemanasan global masa depan menggunakan model iklim yang semakin kompleks untuk empat dekad yang lalu.

Model-model ini, didorong oleh fizik atmosfera dan biogeokimia, memainkan peranan penting dalam pemahaman kita terhadap iklim Bumi dan bagaimana ia akan berubah pada masa depan.

Carbon Brief telah mengumpul unjuran model iklim yang menonjol sejak 1973 melihat betapa baiknya mereka memproyeksikan suhu dunia masa depan dan masa hadapan, seperti yang ditunjukkan dalam animasi di bawah ini. (Klik butang main untuk memulakan.)

Walaupun sesetengah model memperlihatkan pemanasan yang kurang daripada yang kita alami dan beberapa yang diunjurkan lebih banyak, semua menunjukkan kenaikan suhu permukaan antara 1970 dan 2016 yang tidak terlalu jauh dari apa yang sebenarnya berlaku, terutamanya apabila perbezaan dalam pelepasan masa depan yang diambil kira diambil kira.

Bagaimanakah model-model iklim yang lepas dijawab?

Walaupun unjuran model iklim manfaat masa lalu dari pengetahuan mengenai kepekatan gas rumah kaca atmosfera, letusan gunung berapi dan lain-lain pendarahan radiasi yang menjejaskan iklim Bumi, melemparkan ke hadapan ke masa depan difahami lebih tidak menentu. Model iklim boleh dinilai sama ada keupayaan mereka untuk menghindari suhu lalu dan meramalkan masa depan.

Hindcasts - menguji model terhadap suhu masa lalu - berguna kerana mereka boleh mengawal untuk tujuan penyinaran radiasi. Ramalan berguna kerana model tidak boleh tersirat secara tersirat untuk menjadi serupa dengan pemerhatian. Model iklim adalah tidak sesuai dengan suhu sejarah, tetapi modellers mempunyai pengetahuan tentang pengamatan yang boleh memaklumkan pilihan mereka of parameterisasi model, seperti fizik awan dan kesan aerosol.

Dalam contoh di bawah, unjuran model iklim yang diterbitkan di antara 1973 dan 2013 dibandingkan dengan suhu yang diperhatikan dari lima organisasi yang berlainan. Model yang digunakan dalam unjuran berbeza dalam kerumitan, dari mudah model keseimbangan tenaga untuk digabungkan sepenuhnya Model Sistem Bumi.

(Nota, perbandingan model / pemerhatian ini menggunakan tempoh asas 1970-1990 untuk menyelaraskan pemerhatian dan model pada tahun-tahun awal analisis, yang menunjukkan bagaimana suhu telah berkembang dari masa ke masa dengan lebih jelas.)

Sawyer, 1973

Salah satu daripada unjuran pertama pemanasan masa depan datang dari John Sawyer di Pejabat Met UK di 1973. Didalam kertas diterbitkan dalam Alam dalam 1973, dia menegaskan bahawa dunia akan memanaskan 0.6C antara 1969 dan 2000, dan CO2 atmosfera akan meningkat sebanyak 25%. Sawyer berhujah untuk a kepekaan iklim - berapa banyak pemanasan jangka panjang akan berlaku setiap kali ganda tahap CO2 atmosfera - 2.4C, yang tidak terlalu jauh anggaran terbaik daripada 3C yang digunakan oleh Panel Antar Kerajaan mengenai Perubahan Iklim (IPCC) hari ini.

Tidak seperti unjuran lain yang diperiksa dalam artikel ini, Sawyer tidak memberikan anggaran pemanasan untuk setiap tahun, hanya nilai 2000 yang dijangka. Anggapan pemanasannya terhadap 0.6C hampir hampir pada - pemanasan yang diperhatikan sepanjang tempoh itu adalah antara 0.51C dan 0.56C. Dia memandang berat tahun konsentrasi CO2000 atmosfer 2 tahun, bagaimanapun, mengandaikan bahawa mereka akan menjadi 375-400ppm - berbanding dengan aktual nilai 370ppm.

Broecker, 1975

Unjuran pertama yang akan datang pada suhu masa depan disebabkan oleh pemanasan global muncul dalam artikel dalam Sains dalam 1975 diterbitkan oleh saintis Universiti Columbia Prof Wally Broecker. Broecker menggunakan a model imbangan tenaga sederhana untuk menganggarkan apa yang akan berlaku kepada suhu bumi jika CO2 atmosfera terus meningkat dengan pesat selepas 1975. Pemanasan yang diproyeksikan oleh Broecker cukup dekat dengan pemerhatian selama beberapa dekad, tetapi baru-baru ini telah jauh lebih tinggi.

Ini kebanyakannya disebabkan oleh Broecker yang melampaui betapa pelepasan CO2 dan kepekatan atmosfera akan meningkat selepas artikelnya diterbitkan. Dia cukup tepat sehingga 2000, meramalkan 373ppm CO2 - berbanding pemerhatian Mauna Loa sebenar 370ppm. Walau bagaimanapun, dalam 2016, beliau menganggarkan bahawa CO2 akan menjadi 424ppm, sedangkan hanya 404 pm yang telah diperhatikan.

Broecker juga tidak mengambil gas rumah kaca lain dalam modelnya. Bagaimanapun, sebagai kesan pemanasan dari metana, nitrous oksida dan halokarbon telah sebahagian besarnya dibatalkan oleh pengaruh pendinginan aerosol secara keseluruhan sejak 1970, ini tidak membuat perbezaan yang besar (walaupun anggaran pengerahan aerosol mempunyai ketidakpastian yang besar).

Seperti dengan Sawyer, Broecker menggunakan kepekaan iklim keseimbangan 2.4C setiap kali penggantian CO2. Broecker mengandaikan bahawa Bumi dengan serta-merta menghangatkan untuk memadankan CO2 atmosfera, manakala model moden menyumbang kepada ketinggalan antara seberapa cepat suasana dan lautan menjadi panas. (Pengambilan haba yang lebih perlahan oleh lautan sering disebut sebagai "inersia haba"Sistem iklim.)

Anda dapat melihat unjurannya (garis hitam) berbanding kenaikan suhu diperhatikan (garis berwarna) dalam carta di bawah.

<br />

Projek pemanasan dari Broecker 1975 (garis hitam tebal) berbanding rekod suhu pemerhatian dari NASA, NOAA, HadCRUT, Cowtan dan Way, dan Berkeley Earth (garis berwarna nipis) dari 1970 ke 2020. Tempoh asas 1970-1990. Carta dengan ringkas Carbon menggunakan Highcharts.

Broecker membuat unjurannya pada masa apabila para saintis memikirkan secara luas bahawa pemerhatian menunjukkan penyejukan sederhana Bumi. Beliau memulakan artikelnya dengan menyatakan dengan mendalam bahawa "satu kes yang kuat boleh dibuat bahawa trend penyejukan sekarang akan, dalam satu dekad atau lebih, memberi laluan kepada pemanasan ketara yang diakibatkan oleh karbon dioksida".

Hansen et al, 1981

NASA Dr James Hansen dan rakan sekerja menerbitkan satu kertas di 1981 yang juga menggunakan model keseimbangan tenaga yang mudah untuk memproyeksikan pemanasan masa depan, tetapi menyumbang kepada inersia terma kerana pengambilan haba lautan. Mereka menganggap kepekaan iklim 2.8C setiap kali penggantian CO2, tetapi juga melihat pelbagai 1.4-5.6C setiap kali penggandaan.

Diproyeksikan pemanasan dari Hansen et al 1981 (garis pertumbuhan hitam yang tebal dan lambat kelabu pertumbuhan kelabu). Carta dengan ringkas Carbon menggunakan Highcharts.

Hansen dan rakan sekerja mempersembahkan beberapa senario yang berbeza, pelepasan masa depan dan kepekaan iklim yang berbeza. Dalam carta di atas, anda dapat melihat kedua-dua "pertumbuhan pantas" senario (garis hitam tebal), di mana pelepasan CO2 meningkat sebanyak 4% setiap tahun selepas 1981, dan senario pertumbuhan lambat di mana pelepasan meningkat sebanyak 2% setiap tahun (garis kelabu nipis ). Senario pertumbuhan yang pantas agak melampaui pelepasan semasa, tetapi apabila digabungkan dengan sensitiviti iklim yang sedikit lebih rendah, ia memberikan anggaran pemanasan awal-2000 yang dekat dengan nilai yang diperhatikan.

Kadar keseluruhan pemanasan antara 1970 dan 2016 yang diunjurkan oleh Hansen et al dalam 1981 dalam senario pertumbuhan pantas adalah kira-kira 20% lebih rendah daripada pemerhatian.

Hansen et al, 1988

Platform kertas diterbitkan oleh Hansen dan rakan-rakan dalam 1988 mewakili salah satu model iklim moden yang pertama. Ia membahagikan dunia ke dalam sel grid diskret lapan darjah lintang dengan garis panjang 10, dengan sembilan lapisan menegak atmosfera. Ini termasuk aerosol, pelbagai gas rumah hijau di samping CO2, dan dinamik awan asas.

Hansen et al membentangkan tiga senario yang berbeza yang berkaitan dengan pelepasan gas rumah hijau yang berlainan. Skenario B ditunjukkan dalam carta di bawah sebagai garis hitam tebal, sementara senario A dan C ditunjukkan oleh garisan kelabu nipis. Senario A mempunyai pertumbuhan eksponen dalam pelepasan, dengan CO2 dan kepekatan GHG lain jauh lebih tinggi dari hari ini.

Projek pemanasan dari Hansen et al 1988 (senario B-tebal hitam-senario dan senario A dan C nipis pepejal dan putus-putus garisan kelabu). Carta dengan ringkas Carbon menggunakan Highcharts.

Senario B mengandaikan kelembapan secara beransur-ansur dalam pelepasan CO2, tetapi mempunyai kepekatan 401ppm di 2016 yang cukup dekat dengan 404ppm diperhatikan. Walau bagaimanapun, senario B mengandaikan pertumbuhan berterusan pelepasan pelbagai halokarbon yang merupakan gas rumah hijau yang kuat, tetapi kemudiannya dibatasi di bawah Protokol Montreal daripada 1987. Senario C mempunyai pelepasan akan hampir-nol selepas tahun 2000.

Daripada ketiga-tiga, senario B adalah paling dekat dengan pemancaran radiasi sebenar, walaupun masih kira-kira 10% terlalu tinggi. Hansen et al juga menggunakan model dengan sensitiviti iklim 4.2C setiap kali ganda CO2 - pada akhir model model paling moden. Disebabkan gabungan faktor-faktor ini, senario B memproyeksikan kadar pemanasan antara 1970 dan 2016 yang lebih kurang 30% lebih tinggi daripada yang diperhatikan.

Laporan Penilaian Pertama IPCC, 1990

IPCC's Laporan Penilaian Pertama (FAR) di 1990 memperlihatkan keseimbangan tenaga yang sederhana dan mudah untuk menaksir perubahan suhu udara global. Senario perniagaan mereka seperti biasa (BAU) mengandaikan pertumbuhan pesat CO2 atmosfera, mencapai 418ppm CO2 dalam 2016, berbanding dengan 404ppm dalam pemerhatian. FAR juga mengandaikan pertumbuhan berterusan kepekatan halokarbon atmosfera lebih cepat daripada yang sebenarnya berlaku.

FAR memberikan anggaran terbaik kepekaan iklim sebagai pemanasan 2.5C untuk CO2 dua kali ganda, dengan pelbagai 1.5-4.5C. Anggaran ini digunakan untuk senario BAU dalam angka di bawah ini, dengan garis hitam tebal mewakili anggaran terbaik dan garisan hitam nipis yang merepresentasikan hujung kepekaan iklim yang tinggi dan rendah.

Memaparkan pemanasan dari Laporan Penilaian Pertama IPCC (garis hitam tebal unjuran, dengan batas atas dan bawah yang ditunjukkan oleh garisan hitam yang tipis). Carta dengan ringkas Carbon menggunakan Highcharts.

Walaupun anggaran terbaik kepekaan iklim yang lebih rendah daripada 3C yang digunakan pada hari ini, FAR menilai kadar pemanasan antara 1970 dan 2016 sekitar 17% dalam senario BAU mereka, menunjukkan pemanasan 1C sepanjang tempoh itu berbanding 0.85C yang diperhatikan. Ini sebahagian besarnya disebabkan oleh unjuran kepekatan CO2 atmosfera yang lebih tinggi daripada yang sebenarnya berlaku.

Laporan Penilaian Kedua IPCC, 1995

IPCC's Laporan Penilaian Kedua (SAR) hanya menerbitkan unjuran sedia ada dari 1990 seterusnya. Mereka menggunakan kepekaan iklim 2.5C, dengan pelbagai 1.5-4.5C. Senario emisi jarak tengah mereka, "IS92a", memproyeksikan tahap CO2 405ppm di 2016, hampir sama dengan kepekatan yang diperhatikan. SAR juga termasuk rawatan aerosol antropogenik yang lebih baik, yang mempunyai kesan pendinginan pada iklim.
<br />

Diharapkan pemanasan dari Laporan Penilaian Kedua IPCC (garis hitam tebal unjuran, dengan batas atas dan bawah yang ditunjukkan oleh garisan hitam tipis). Carta dengan ringkas Carbon menggunakan Highcharts.

Seperti yang anda lihat dalam carta di atas, unjuran SAR akhirnya menjadi lebih rendah daripada pemerhatian, pemanasan kira-kira 28% lebih perlahan sepanjang tempoh dari 1990 ke 2016. Ini berkemungkinan disebabkan gabungan dua faktor: kepekaan iklim yang lebih rendah daripada yang dijumpai dalam anggaran moden (2.5C vs 3C) dan terlalu tinggi memaksa radiasi CO2 (Watt 4.37 setiap meter persegi berbanding 3.7 yang digunakan dalam laporan IPCC yang berikutnya dan masih digunakan hari ini).

Laporan Penilaian Ketiga IPCC, 2001

IPCC Laporan Penilaian Ketiga (TAR) bergantung kepada model peredaran am-atmosfera laut (GCMs) dari tujuh kumpulan pemodelan yang berbeza. Mereka juga memperkenalkan satu set baru senario pelepasan sosioekonomi, yang dipanggil SRES, yang termasuk empat litar pelepasan masa depan yang berbeza.

Di sini, Carbon Brief mengkaji Senario A2, walaupun semuanya mempunyai pelepasan yang agak sama dan lekukan pemanasan hingga 2020. Senario A2 memproyeksikan kepekatan 2016 CO2 atmosfera 406 ppm, hampir sama dengan apa yang diamati. Senario SRES adalah dari 2000 seterusnya, dengan model sebelum tahun 2000 menggunakan anggaran perkiraan sejarah. Garis abu-abu kelabu dalam gambar di atas menunjukkan titik di mana peralihan model dari menggunakan pelepasan diperhatikan dan konsentrasi untuk memproyeksikan masa depan.

Diunjur pemanasan dari Laporan Penilaian Ketiga IPCC (garis hitam tebal unjuran, dengan batas atas dan bawah yang ditunjukkan oleh garisan hitam yang tipis). Carta dengan ringkas Carbon menggunakan Highcharts.

Unjuran tajuk TAR menggunakan model iklim sederhana yang dikonfigurasi untuk mencocokkan output rata-rata tujuh GCM yang lebih canggih, karena tidak ada multimodel rata-rata khusus yang diterbitkan dalam TAR dan data untuk menjalankan model individu tidak tersedia. Ia mempunyai sensitiviti iklim 2.8C setiap kali ganda CO2, dengan pelbagai 1.5-4.5C. Seperti yang ditunjukkan dalam carta di atas, kadar pemanasan antara 1970 dan 2016 dalam TAR adalah kira-kira 14% lebih rendah daripada apa yang sebenarnya diperhatikan.

Laporan Penilaian Keempat IPCC, 2007

IPCC's Laporan Penilaian Keempat (AR4) model yang mempunyai dinamik atmosfera dan resolusi model yang bertambah baik. Ia menggunakan lebih banyak Model Sistem Bumi - yang menggabungkan biogeokimia kitaran karbon - serta simulasi peningkatan permukaan tanah dan proses ais.

AR4 menggunakan senario SRES yang sama dengan TAR, dengan pelepasan bersejarah dan kepekatan atmosfera sehingga tahun 2000 dan unjuran selepas itu. Model yang digunakan dalam AR4 mempunyai kepekaan iklim minima 3.26C, dengan pelbagai 2.1C hingga 4.4C.

<br />

Diharapkan pemanasan dari Laporan Penilaian keempat IPCC (garis hitam tebal unjuran, dua batas atas dan bawah yang ditunjukkan oleh garisan hitam yang tipis). Carta dengan ringkas Carbon menggunakan Highcharts.

Angka di atas menunjukkan model berjalan untuk senario A1B (yang merupakan satu-satunya senario dengan model yang sedia ada, walaupun kepekatan 2016 CO2 hampir sama dengan senario A2). Unjuran AR4 antara pameran 1970 dan 2016 menunjukkan pemanasan agak dekat dengan pemerhatian, hanya 8% lebih tinggi.

Laporan Penilaian Kelima IPCC, 2013

Laporan IPCC yang terkini - Penilaian Kelima (AR5) - memaparkan penambahan tambahan terhadap model iklim, serta pengurangan yang sederhana dalam ketidakpastian model masa depan berbanding AR4. Model iklim dalam laporan IPCC terkini adalah sebahagian daripada Projek Intercomparison Model yang Digabungkan 5 (CMIP5), di mana berpuluh-puluh kumpulan pemodelan yang berlainan di seluruh dunia menjalankan model iklim menggunakan set input dan senario yang sama.

Diharapkan pemanasan daripada Laporan Penilaian Kelima IPCC (garis hitam tebal unjuran, dua batas atas dan bawah yang ditunjukkan oleh garisan hitam yang tipis). Garis hitam yang putus-putus mempamerkan medan model campuran. Carta dengan ringkas Carbon menggunakan Highcharts.

AR5 memperkenalkan satu set baru senario kepekatan gas rumah hijau yang akan datang, yang dikenali sebagai Pathways Kepekatan Wakil (RCPs). Ini mempunyai unjuran masa depan dari 2006 dan seterusnya, dengan data sejarah sebelum 2006. Barisan putus-putus abu-abu dalam angka di atas menunjukkan di mana peralihan model dari menggunakan tocings diperhatikan untuk memproyeksikan forcings masa depan.

Membandingkan model-model ini dengan pemerhatian boleh jadi senaman yang agak rumit. Bidang yang paling sering digunakan daripada model iklim ialah suhu udara permukaan global. Walau bagaimanapun, suhu yang diperhatikan berasal dari suhu udara permukaan di atas permukaan tanah dan permukaan laut di atas lautan.

Untuk mengambil kira ini, lebih baru-baru ini, penyelidik telah mencipta medan model campuran, yang termasuk suhu permukaan laut di atas lautan dan suhu udara permukaan di atas tanah, untuk memadankan apa yang sebenarnya diukur dalam pemerhatian. Bidang campuran, yang ditunjukkan oleh garis putus-putus dalam gambar di atas, memperlihatkan pemanasan sedikit lebih sedikit daripada suhu udara permukaan global, kerana model mempunyai udara atas pemanasan laut lebih cepat daripada suhu permukaan laut dalam beberapa tahun terakhir.

Suhu udara permukaan global dalam model CMIP5 telah menghangat sekitar 16% lebih cepat daripada pemerhatian sejak 1970. Mengenai 40% perbezaan ini disebabkan oleh suhu udara di atas pemanasan laut lebih cepat daripada suhu permukaan laut dalam model; Bidang model yang dicampur hanya menunjukkan pemanasan 9% lebih cepat daripada pemerhatian.

A kertas kerja baru dalam Alam by Iselin Medhaug dan rakan sekerja mencadangkan bahawa perbezaan divergensi itu boleh diambil kira dengan kombinasi variabiliti semula jadi jangka pendek (terutamanya di Lautan Pasifik), gunung berapi kecil dan output suria yang lebih rendah daripada jangkaan yang tidak termasuk dalam model dalam pasca- Unjuran 2005.

Berikut adalah ringkasan semua model Carbon Brief telah melihat. Jadual di bawah menunjukkan perbezaan kadar pemanasan antara setiap model atau set model dan NASA pemerhatian suhu. Semua rekod suhu pemerhatian agak sama, tetapi NASA adalah antara kumpulan yang merangkumi liputan global yang lebih lengkap dalam beberapa tahun kebelakangan ini dan dengan itu lebih tepat berbanding data model iklim.

Bagaimana Sudah Memiliki Model Iklim yang Diproyeksikan Pemanasan Global?

* Perbezaan trend SAR dikira sepanjang tempoh dari 1990-2016, kerana anggaran sebelum 1990 tidak tersedia.
# Perbezaan dalam kurungan berdasarkan model tanah campuran / laut

Kesimpulan

Model iklim yang diterbitkan sejak 1973 secara amnya agak mahir dalam memproyeksikan pemanasan masa depan. Walaupun sesetengahnya terlalu rendah dan terlalu tinggi, mereka semua menunjukkan hasil yang munasabah dengan apa yang sebenarnya berlaku, terutamanya apabila perbezaan antara ramalan CO2 dan ramalan iklim lain yang diramalkan dan sebenar diambil kira.

Model adalah jauh dari sempurna dan akan terus diperbaiki dari masa ke masa. Mereka juga menunjukkan pelbagai pemanasan masa depan yang agak besar tidak boleh dengan mudah disempitkan hanya menggunakan perubahan iklim yang telah kita perhatikan.

Walau bagaimanapun, perlawanan dekat antara pemanasan dan pemanasan diperhatikan sejak 1970 mencadangkan bahawa anggaran pemanasan masa depan boleh membuktikan sama dengan tepat.

Nota metodologi

Saintis alam sekitar Dana Nuccitelli membantu memberikan senarai model / perbandingan pemerhatian masa lalu, yang tersedia di sini. Yang Perisian PlotDigitizer digunakan untuk mendapatkan nilai dari angka yang lebih tua apabila data tidak tersedia. Data model CMIP3 dan CMIP5 diperoleh daripada KNMI Climate Explorer.

Artikel ini pada asalnya muncul di Carbon Brief

Tentang Pengarang

Zeke Hausfather merangkumi penyelidikan dalam sains iklim dan tenaga dengan tumpuan AS. Zeke memiliki ijazah sarjana dalam bidang sains alam sekitar dari Yale University dan Vrije Universiteit Amsterdam, dan menamatkan pengajian PhD dalam sains iklim di University of California, Berkeley. Beliau telah menghabiskan tahun-tahun 10 yang lalu sebagai seorang saintis data dan usahawan dalam sektor cleantech.

Buku-buku yang berkaitan

Senarai harga: $ 59.99
Harga jualan: $ 59.99 $ 45.47 Anda dapat menjimat: $ 14.52


Senarai harga: $ 135.00
Harga jualan: $ 135.00 $ 103.85 Anda dapat menjimat: $ 31.15


Senarai harga: $ 29.99
Harga jualan: $ 29.99 $ 26.61 Anda dapat menjimat: $ 3.38