Debatindlæg, Klimamodeller, PM

Kogende klimamodel

I vores omtale for nyligt af N. Scafettas artikel om de nye CMIP6-klimamodeller blev det nævnt, at der var meget stor spredning i modellernes resultater for Klimaets Ligevægtsfølsomhed – ECS (Equilibrium Climate Sensitivity), dvs. temperaturstigningen fremkaldt af en fordobling af atmosfærens CO2-indhold. Buddene lå mellem 1,83 og 5,67 grader celsius. Sidstnævnte tal virker meget højt, og undertegnede blev nysgerrig efter at se, hvad den models ophav havde at sige om deres resultater.

Modellen hedder CanESM5, det står for Canadian Earth System Model – version 5, dvs. den Canadiske Verdens-System-Model nr. 5. Den er udviklet af et canadisk klimacenter i Victoria, British Columbia. Den er beskrevet i en lang artikel, offentliggjort i et tidsskrift kaldet Geoscientific Model Development, dvs. Geovidenskabelig Model-udvikling.

Artiklen er 50 sider lang og går i detaljer med alle aspekter af udviklingen og afprøvningerne af modellen.

En sådan model er flikket sammen af flere delmodeller. Én del simulerer cirkulationen i atmosfæren, en anden, udviklingen på jordoverfladen (f.eks. ændringer i vegetationen). Havet simuleres dels med en generel model, samt specialiserede komponenter vedr. havets kemi og økologi. Man kobler så alle model-delene sammen og styrer udvekslingen mellem dem i simuleringen af klimaet, og deraf afledte begivenheder i naturen.

Detaljerigdommen i simulationerne er imponerende. I atmosfæren kigges på vanddamp, skyer og skydannelser både ved vanddråber og iskrystaller, partikler i luften, både fra naturen (salt fra havet, mineralkorn fra ørkener, klipper osv.), og menneskeudledte partikler, svovl, sod m.v. Modellen kigger ligeledes på strålingsbalancen, lys ind og lys ud, hvor sidstnævnte afhænger af skydækket, sne, bar jord, vegetation, søer, havet osv. Modellen tager højde for balancen af CO2, metan og lattergas mellem jorden, vegetationen og atmosfæren. Her ses både på planternes fotosyntese, afgivelse af metan fra sumpområder og andre detaljer. Afvandingen gennem åer, floder og gennem grundvandet simuleres også, sammen med smeltevand fra is og sne.

I havet kigger man selvfølgeligt på omsætningen af CO2 i de forskellige vanddybder, dels som opløst og dels som udveksling med levende organismer. Man har også medtaget cirkulationen af jern i havet.

Sammenkoblingen af delmodellerne giver så de endelige resultater. Man styrer mængden af CO2 manuelt, idet man vælger et scenarie, man ønsker at studere. Det kan så indebære, at der tilføres en vis mængde (gigatons) CO2 til atmosfæren hvert år – eller hver time, og så lader man modellen beregne, hvordan CO2-en fordeles mellem planter, havet og luften.

Selve beregningen foregår, som vi tidligere har været inde på, ved at Jorden er opdelt i ”celler”, arealer af jord- eller havoverfladen og så med en tykkelse i lodret retning. Cellerne er typisk på ca. 100 km2 og tykkelsen varierer, fra få 100 meter nær overfladen til noget mere længere oppe. I hver celle beregner programmet så tilstanden af alle parametrene og ændringerne i dem inden for korte tidsintervaller, og derefter vekselvirkningen med nabocellerne. Således kommer vi hele Jorden rundt. Tidsrummet, hver beregning dækker, er fra 1 til 3 timer, så der skal mange beregninger til bare for et enkelt kalenderår. Takket være de enorme computere, canadierne har installeret, kan man beregne ca. 10 års forløb pr. 24 timers kørselstid. Det anses for at være meget hurtigt i den branche.

Efter opbygningen var færdig, skulle modellen testes og justeres, ”tunes”. Man kører den som forsøg, og ser om resultaterne overhovedet ser fornuftige ud. Det gjorde de ikke i starten, den globale temperatur blev for kold. Det kunne så rettes ved justeringer på eksotiske detaljer som størrelsen af snefnug på havisen, hastigheden af dræning af våd jord, sammenvoksning af partikler i skydannelsen og planternes meroptag af CO2 pga. højere koncentrationer. Her kan man frit ændre på tallene, én parameter blev således ændret fra 2 til 3, en ændring på 50 %.

Artiklen går derpå over til at beskrive computerprogrammernes opbygning, samt den meget imponerende computerkraft, der er samlet sammen for at kunne køre modellen. Derefter kommer evalueringen:

Til en start bliver modellen sat til at simulere 1000 år uden nogen ekstern tilførsel af drivhusgasser i atmosfæren. Man ønsker her, at modellen skal vise et system i ligevægt, den skal ikke fare ud ad en eller anden tangent med de utallige parametre i spil. Det er jo klart, at man har brug for denne totalt stabile tilstand over lang tid, når man tror, at drivhusgasserne er det eneste, der har indflydelse på Jordens klima.

Denne test bestod modellen med glans, som vist i figur 1. Over 1000 år skete der bare ingen ændringer, hverken i varme, havniveau (en minimal stigning) eller indhold af CO2 i luften.

Fig. 1: Prøvekørsler over 100 år af modellen uden tilsætning af drivhusgasser.

Næste skridt var at lade modellen simulere en nylig periode, i det konkrete tilfælde 1981-2010 og se, hvor tæt dens resultater lå på virkeligheden. Fig. 2 viser resultatet for temperaturen, dels modellens temperatur, og dels differencen mellem denne og så faktiske målinger. Det er et noget broget billede, nogle steder er modellen for varm (Sydamerika og store dele af havet), andre steder for kold (Asien og polerne) i forhold til virkeligheden. Tilsvarende sammenligninger blev udført for nedbør, vinde og skydække m.v. Man tjekkede også modellens simulering af tilvæksten i planter globalt og de lokale luftfugtigheder i den forbindelse.

Fig. 2: Verdens gennemsnitstemperatur 1981-2010 for to tremåneders perioder: Øverst december-februar, nederst juni-august. Til venstre modellens resultat (i absolutte temperaturer, grader kelvin), til højre modellens afvigelse fra de målte temperaturer (rød: modellen viser for meget, blå, for lidt).

Vi kommer langt omkring, bl.a. har modellen også beregninger af havtemperaturen og saltindholdet ned til 5 km’s dybde, se fig. 3. Havtemperaturerne viser en betydelig afvigelse fra de målte i de øverste 1000 m, modellen får et meget varmere hav end målt i virkeligheden.

Fig. 3: Perioden 1981-2010, temperatur (øverst) og saltindhold (nederst) i havet. Til venstre modelresultatet, til højre forskellen til virkeligheden. Den vandrette akse er breddegrader fra syd til nord.

Modellen regner sig også frem til en udbredelse af havis ved begge poler, se fig. 4. Her er den igen ikke specielt præcis, som gennemsnit for 1981-2010 får den lidt større værdier end vi reelt har haft. Til gengæld er den langt bedre end forgængeren, CanESM2).

Fig. 4: Modellens forudsigelser af havisens udbredelse over året, gennemsnit for 1981-2010. Rød kurve: Den nye model, mørkeblå kurve, den forrige model (CanESM2). Øvrige kurver, faktiske målinger. Til venstre udbredelse, til højre volumen.

Et sidste eksempel, blandt mange, er mængden af opløst CO2 i havet, se fig. 5.

Fig. 5: Mængden af CO2 opløst i havet, gennemsnit 1981-2010, i mikromol/kg vand (1 mikromol er ca. 0,044 milligram) Modelresultat til venstre, afvigelse fra målinger til højre.

Modellen prøver også at tage højde for de store udsving i klimaet: El Niño / La Niña. Her er det mere vanskeligt, bl.a. fordi man ikke ved præcist hvad, der sætter disse fænomener i gang, og derfor er det svært at forudsige, hvornår de optræder.

Artiklen kommer derefter ind på klimafølsomheden ECS. Den er jo som nævnt den højeste blandt alle CMIP6-modellerne. Forfatterne bemærker, at der ikke er gjort noget forsøg på at justere ECS, den er kommet ud automatisk ved den standardtest, man underkaster modellerne for at finde deres ECS. Den høje værdi ser ikke ud til at bekymre forfatterne nævneværdigt, de peger på, at årsagen f.eks. kan være de valgte justeringer mht. skydannelse og isens refleksion af solens indstråling.

Til sidst kommer så den historiske kørsel fra 1850 til nu, hvor modellens temperaturkurve sammenlignes med de målte. Her går det ikke så godt efter 1980, se fig. 6. Modellens temperatur stiger betydeligt hurtigere, end hvad vi har set i virkeligheden.

Fig. 6: Modelkørsel af den globale temperatur 1850-2020. Rød kurve: nye model, blå kurve: Forgængeren, øvrige kurver: Målte temperaturer

Situationen er også illustreret i fig. 7, hvor modellens temperaturstigning pr. tiår i perioden fra 1980 til nu er sammenlignet med realiteterne. Der er en stribe kørsler med modellen, og dens forgænger CanESM2 og de giver alle sammen meget større temperaturstigninger, end der har været i virkeligheden. 

Fig. 7: Den globale opvarmning pr. tiår i perioden 1980-2020. Røde stolper: Resultater af kørsler med den nye model, blå stolper: Resultater fra den gamle model. De lodrette streger til venstre er de reelle tal fra målinger.

Kommentarer

Her slutter artiklen, forfatterne er godt tilfredse med deres arbejde og fremhæver flere positive ting. De tager meget let på den høje værdi for ECS, det betragtes åbenlyst ikke som noget problem. Det lyder jo flot, at de ikke har forsøgt at tilpasse ECS ved justeringer i modellen. Men ved nærmere eftertanke er ét af hovedformålene med klimamodellerne netop at få nogle bud på ECS. Så kan det jo ikke nytte så meget, at man indretter sin model til at få en given ECS. Hvor kommer den så fra? Men tankegangen er jo ikke ukendt i klimavidenskaben. F.eks. har man problemer med de globale temperaturmålinger, fordi mange målestationer er nedlagt og andre så åbenlyst ramt af byvarmeø-effekten. Her har man så i et vist omfang tyet til klimamodellerne for at give et bud på, hvad temperaturen “bør” være. Bagefter bruger man så de selvsamme temperaturkurver til at vurdere modellernes præcision. Hm.

Man bemærker generelt de mange afvigelser, der er hele vejen igennem i resultaterne i CanESM5. På intet sted rammes der rigtigt. Modellens resultater svinger over og under de målte værdier. Man kan jo så naturligt spørge sig selv om, hvad det egentlig er, man får ud af et sådant stykke arbejde? Der er tale om en kolossal indsats, og alligevel står vi ikke med noget, der bare nogenlunde nøjagtigt simulerer virkeligheden, og hvor vi kan lege f.eks. med CO2-udslippene fra menneskelige aktiviteter. Hvis der er tvivl om f.eks. tilbagekastningen af lys fra havis og skyer, og dermed tvivl om ECS, hvordan kan modellen så sige os noget om hvor meget CO2 vi kan slippe ud, inden temperaturen f.eks. har overskredet Paris-aftalens 1,5 eller 2 graders stigning?

Svaret er selvfølgeligt, at det kan modellen ikke, og det kan alle dens søstermodeller heller ikke. De er rygende uenige om klimafølsomheden, ECS, og deres simuleringer af temperaturudviklingen i forskellige verdensdele afviger også fra hinanden, og de fleste stemmer ikke overens med virkeligheden. En væsentlig årsag er den manglende evne til at simulere skydannelse og reflektion af sollyset korrekt. Det er der flere grunde til, at modellerne ikke kan, bl.a. at deres celler er alt for store, fordi skydannelser finder sted meget lokalt. Men går man over til mindre celler, vil tiden, der skal bruges til modelkørslerne, eksplodere.

Man må grundlæggende sætte spørgsmålstegn ved, om menneskeheden har nogen som helst gavn af den slags aktiviteter. En meget stor del af klimaforskningens midler kastes i dag ind i modeludvikling, og vi ser, at vi reelt ikke kan stole på resultaterne og ikke bruge dem f.eks. i planlægning af fremtidig klimasikring lokalt.

Med en gammel dansk politiker, Viggo Hørup, må man spørge: ”Hvad skal det nytte”?

Please follow and like us:
Del på de sociale medier

4 Comments

  1. Ingrid Schmall

    Damit ist auch klar, warum Russland in Glasgow nichts unterschrieben hat. Erfroren ist man schneller als verdurstet oder verhungert.
    Das russische Modell hat Russland trotzdem ungenügend auf die derzeitigen Probleme einer Passage der arktischen Meere vorbereitet. Sind die eingefrorenen Frachter schon frei?
    Allerdings wird der Nutzen der Atomenergie in den atomar betriebenen Einbrechern deutlich

  2. Sven Ove Thimm

    God redegørelse for alle fiksfakserierne ved tilpasning af modellen.
    Når man betragter fig 6 kan man konstatere, at modellen viser den halve grads temperaturstigning fra 1910 til 1945, hvor CO2 udledningen var lille. Det er måske på grund af den meget høje ECS, der også giver sig til kende i den urealistisk høje temperaturstigning senere.
    Men så kan man undre sig over, at modellen så tilsyneladende reproducerer faldet i temperatur fra 1945 til 1980, hvor mængden af CO2 i atmosfæren øgedes med næsten lige så stor vækstrate som efter 1980?

    • Søren Hansen

      Fidusen er, at modellen har så mange parametre, man kan skrue på, at man altid kan få den til at stemme med den kurve, man indjusterer den efter. Men så snart vi kommer uden for denne periode, er modellen på herrens mark.

  3. Niels Vestergaard Jespersen

    Har man beskrevet den russiske model på samme detaljerede måde?
    Russernes INM-xxx modeller ser ud til at være blandt de allerbedste – bl.a. kan de simulere stigningen i temperaturer ca 2010-2045 samt “pausen” fra ca 2000-2010 – hvilket ingen anden model kunne, såvidt jeg ved. Russernes model blev betragtet som en outlier (og derfor ikke medtaget) i tidligere IPCC rapporter, da den ikke stemte med de andre modeller – selvom den var den bedste til at simulere temperaturen…..

Leave a Comment

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.

*