- Kan ikke forutsi brå klimaendringer

Klimamodeller er datamodeller som forskere bruker til å simulere fortidens og fremtidens klima med, ved hjelp av superdatamaskiner.

De kan ikke gjenskape fortidens voldsomme klimaskifter, såkalte «tipping points» eller vippepunkter, og kan derfor heller ikke brukes til å forutsi plutselige klimaendringer i fremtiden.

Det konkluderer førsteamanuensis Peter Ditlevsen fra Senter for Is og Klima på Niels Bohr Instituttet, Københavns Universitet.

Konklusjonen kommer på bakgrunn av en ny studie hvor han har analysert hvordan dramatiske klimabegivenheter under den siste istiden er foregått.

Resultatene blir snart offentliggjort i det vitenskapelige tidsskriftet Geophysical Research Letters.

– Klimamodellene er ikke gode nok til å beskrive voldsomme klimaendringer som fant sted under tidligere istider. Vi kan derfor heller ikke forvente at klimamodellene kan forutsi hva som kommer til å skje i fremtiden, sier Ditlevsen.

Klimaet endrer seg i rykk

Voldsomme klimaendringer omtales innen klimaforskningen som vippepunkter.

Klimaet endrer seg nemlig ikke jevnt, men i plutselige sprang. Bildet kan få oss til å tenke på en vippe som kan tippe fram og tilbake mellom forskjellige stabile tilstander. Et lite puff kan være nok til å få klimaet til plutselig å tippe over til en ny tilstand.

I årtusener har klimaet befunnet seg i en ganske stabil tilstand, men klimaforskere frykter at den menneskeskapte drivhuseffekten kan forstyrre balansen.

Konsekvensen er i så fall ekstremt plutselige og selvforsterkende klimaendringer.

Istidens klimaskifter var tilfeldige

Beregninger tyder for eksempel på at innlandsisen på Grønland kan smelte, noe som vil føre til av verdenshavene vil stige flere meter, slik at store landområder oversvømmes.

Andre områder kan bli rammet av tørke og hungersnød, slik at millioner av mennesker tvinges på flukt.

– Fra et vitenskapelig synspunkt er det vesentlig å vite om det finnes vippepunkter i klimasystemet i fremtiden, hvor den stigende mengden karbondioksid i atmosfæren kanskje vil kunne få hele systemet til å velte, poengterer Ditlevsen.

Det store spørsmålet er hvor mye CO2 som skal til. Hittil har man forsøkt å undersøke dette ved å simulere fremtidens klima med avanserte klimamodeller.

Den fremgangsmåten stiller Peter Ditlevsens resultater nå spørsmålstegn ved.

Studien hans viser nemlig at noen av fortidens mest markante klimaskifter oppsto på grunn av tilfeldige svingninger i systemet, som de nåværende klimamodellene etter hans mening ikke i tilstrekkelig grad tar høyde for.

To slags klimaendringer

De markante klimaskiftene Ditlevsen har utforsket er de berømte Dansgaard-Oeschger-begivenhetene, som fant sted mange ganger i den siste istiden, mellom 100 000 og 10 000 år siden.

Klimaet ble under disse hendelsene plutselig ti grader varmere og fortsatte med å være det gjennom noen tusen år, før det hoppet tilbake til den opprinnelige tilstanden og ble kaldt igjen.

Ditlevsens studie gikk konkret ut på å finne ut hva slags mekanisme som i sin tid framprovoserte de markante skiftene, og her er det egentlig to muligheter:

For det første kan det være forutsigbare påvirkninger: Én eller flere ytre klimafaktorer endrer seg. Dette kunne være for eksempel Jordens bane omkring solen, solstråling eller en økt mengde karbondioksid i atmosfæren. Endringene gjør at klimaets tilstand blir ustabil, noe som tvinger det til å overgå til en ny tilstand.

Vippepunkter som er skapt av den slags endringer kalles bifurkationer og kan forutsies. Perioden opp til et vippepunkt er nemlig preget av en nesten stabil og jevn klimautvikling.

For det andre kan det være snakk om tilfeldige naturlige svingninger: Mange klimafaktorer er ikke konstante, men har små tilfeldige svingninger.

I lange tider har disse effektene ingen betydning for klimaet fordi de veier opp for hverandre. Men i noen tilfeller skjer det at variasjonene går i samme retning, noe som i sjeldne tilfeller kan få systemet til å tippe.

Dette skjer altså på grunn av støy i form av kaos i systemet, og de kan ifølge Ditlevsen bare forutsies hvis man har en uhyre detaljert kunnskap om hvordan de forskjellige faktorene varierer.

Ditlevsen jaktet på årsaken til Dansgaard-Oescher-begivenhetene ved å analysere klimadata fra borekjerner fra den grønlandske innlandsisen og havbunnen.

Disse dataene går mer enn 60 000 år tilbake. Ved hjelp av matematiske analyser lyktes det å finne ut hvilke av de to typene det var snakk om.

– Studiene våre tyder på at de forskjellige klimatilstandene under siste istid eksisterte side om side, og at det var kaotiske forhold i systemet som fikk klimaet til plutselig å skifte fra den ene tilstanden til den andre. Det skyldtes kort sagt tilfeldige, kaotiske variasjoner i systemet, sier Ditlevsen.

Klimamodeller var for grove

En annen del av Ditlevsens studie gikk ut på å undersøke om moderne klimamodeller kan reprodusere kaotiske klimaskifter som Dansgaard-Oescher-begivenhetene.

Han mener nemlig at modellenes spådommer bare er troverdige og pålitelige hvis de i praksis er i stand til å reprodusere klimaet i fortiden.

Han har ikke brukt klimamodellene selv. Det arbeidet har mange andre forskergrupper til gjort, og Ditlevsen har sett på simuleringene deres for å se hvor gode de er til å reprodusere de tilfeldige hendelsene.

Denne delen av prosjektet er han enda ikke ferdig med, men han kan legge fram noen foreløpige resultater.

– Klimamodellene ser ikke ut til å være kaotiske nok og mangler komponenter som tar høyde for det. Beskriver man ikke kaotiske værvariasjoner i tilstrekkelig grad, blir spådommene feil. Jeg kan derfor bare oppfordre til at man bruker modellene med enda større forsiktighet enn man gjør i dag, sier han.

På vei mot avgrunnen med lukkede øyne

Ditlevsen understreker at klimamodellene i nåværende form godt kan brukes til å forutsi en tendens i klimaet. Men de er ikke troverdige når de settes til å beregne når vi kan forvente neste vippepunkt.

Klimaforskere forventer at fremtiden vil by på slike hendelser hvis vi fortsetter å pøse ut CO2 i atmosfæren.

Forskerne har altså i praksis ikke noe verktøy til å forutsi presist når slike skifter vil finne sted.

– Det avgjørende er å kunne forstå disse endringene bedre. De kaotiske variasjonene som klimamodellene ikke tar høyde for kunne i prinsippet gjøre at skiftet oppstår tidligere enn antatt. Det er viktig å bygge ut klimamodellene slik at de tar høyde for de kaotiske forholdene i systemet, sier Ditlevsen.

Professor i meteorologi Eigil Kaas er delvis enig

Førsteamanuensis Peter Ditlevsens nye resultater er blitt lagt for fram professor Eigil Kaas fra Niels Bohr Instituttet ved Københavns Universitet, og han kjøper umiddelbart konklusjonen om at Dansgaard-Oescger-begivenheter skyldes støy i systemet.

– Han har et godt poeng. Klimasystemet er fullt av støy og man kan utmerket godt forestille seg at det kan føre til uforutsigbare klimaskifter. Jeg vil imidlertid understreke at Ditlevsen er nådd fram til resultatet sitt med en matematisk analyse.

– Man mangler fremdeles en avklaring av hva slags fysiske mekanismer som ligger bak støyen. Saken er at det fortsatt er en viss kontrovers om hvordan de oppstår, sier Kaas.

Kaas gir også Ditlevsen rett i at det er viktig å undersøke om klimamodellene er mindre kaotiske enn den virkelige verden. Hans umiddelbare vurdering er imidlertid at de til en viss grad tar høyde for støyen.

Samtidig mener han at man skal være varsom med å innføre et ekstra ledd i modellene bare for å få dem til å passe bedre til observasjonene, så lenge man ikke kjenner de fysiske mekanismene som skaper støyen.

– Klimamodellene har innebygget støy, for på den måten de er bygd opp, danner de sitt eget kaos, og det er gjennomført undersøkelser av hvor kaotiske de er. De er tilpasset slik at de matcher mange målinger, sier han.

Støyen avhenger av oppløsningen til modellene

Eigil Kaas er godt kjent med at klimamodeller har problemer med å reprodusere Dansgaard-Oescher-begivenheter, men han har selv et forslag til en mulig forklaring.

Fortidens og framtidens klima simuleres med de samme klimamodellene, men simuleringene skiller seg ved hvor høy oppløsning de kjører med:

Alle klimamodeller regner på klimaet ved å dele jordens atmosfære og overflate inn i små bokser og så regne på klimaets utvikling og oppførsel innen hver boks.

Alle disse boksene kobles til slutt sammen til ett system, slik at man får et globalt bilde av hvordan klimaet utvikler seg over tid.

Jo mindre boksene er, desto større oppløsning har klimamodellen, det vil si jo mer detaljert regner den på systemet.

Når man simulerer framtidens klima, er man typisk bare interessert i de neste to-tre hundre år. Her kan man tillate seg å kjøre modellene med en høy oppløsning, det vil si. med mange detaljer.

Når man simulerer fortidens klima er det derimot nødvendig å se på mange årtusener. Det krever en svært stor datakapasitet å regne på klimaet over en så lang periode, noe som bare kan la seg gjøre ved å gjøre modellens oppløsning mindre, det vil si at man gjør modellen grovere.

Problemet er at jo grovere klimamodellene er, jo mindre støy produseres det.

– Den innebyggede støyen i modellene kommer først fram når oppløsningen er tilstrekkelig høy. Det kan forklare hvorfor man ikke kan reprodusere kaotiske begivenheter i fortidens klima.

– Men det sier ikke nødvendigvis noe om hvorvidt modellene man bruker til å simulere fremtidens klima inneholder nok støy. Jeg er imidlertid helt enig med Peter i at det er uhyre viktig å få avklart om klimamodellene er tilstrekkelig kaotiske, så jeg hilser studien hans velkommen, avslutter han.

Tre stabile klimatilstander i istiden

Ditlevsen har i en tidligere studie vist at jordens klima for en million år siden svingte mellom en kald og en varm tilstand med en syklus på 40 000 år. Skiftet oppsto på grunn av tilbakevendende variasjoner i jordens bane omkring solen.

Etter den tiden begynte klimaet av ukjente årsaker å hoppe mellom tre tilstander, nemlig et varmt mellomistidsklima, som det vi har i dag, et kaldere klima og et svært kaldt istidsklima. Resultatet var skiftende klimaperioder med svingninger på 80 000 og 120 000 år.

Forskerne leter etter en forklaring på klimaskiftene som oppsto for en million år siden. Én teori er at atmosfærens CO2-innhold falt til det laveste nivået noensinne. I så fall kan den menneskeskapte stigningen i CO2 medføre en retur til istidssyklusene på 40 000 år.

___________________

© videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygård for forskning.no

Referanse og lenker

Kritisk vendepunkt kan utløse plutselig klimaskift

Vitenskapelig konferanse EGU2010: Tipping Points: Early Warning og wishfull thinking, Peter Ditlevsen

Kontaktopplysninger for Peter Ditlevsen

Geophysical Research Letters