Vi må unngå en global oppvarming på to grader. Denne målsettingen ble vedtatt i 2015 gjennom Parisavtalen, for å ta vare på våre barns fremtid. Det var tema når alle verdens land nylig var samlet på FNs klimatoppmøte i Bonn. 

Men ikke mange kjenner til hele historien som har ført frem til denne avtalen. Den minst kjente siden dreier seg om klimamodellene.

God treffsikkerhet

Fremtidsutsiktene for jordens klima kommer fra kompliserte beregninger utført med modeller. Disse beregningene blir omtalt som simuleringer. Klimamodellene har vært omdiskuterte i det offentlige rom, men vi vet godt hva klimamodeller innebærer. Det er vi som har skapt dem. De sprikende oppfatningene er derfor et symptom på ulik kunnskap om disse modellene.  

Min jobb omfatter analyse av klimamodellene, som er det beste verktøyet vi har for å beregne fremtidens temperaturer, vinder og nedbør. Man kan si at de er værvarslingsmodeller med en tilleggspakke. De omfatter også havsirkulasjon og endringer på bakken.

Ingen vitenskapelige modeller blir mer utsatt for testing enn værvarslingsmodellene, som har mye til felles med klimamodellene. Hver dag sjekker folk varslene på yr.no, som er resultat av nettopp slike beregninger. For hele verden. Det er ikke alltid treff i alle detaljer, men værvarslingsmodellene er likevel en av våre største vitenskapelige suksesshistorier. 

Både klima- og værvarslingsmodellene gjengir naturlige værfenomener som stormer og naturlige svingninger i temperatur og barometrisk trykk. Vi bruker også slike modeller for å lage prognoser for naturlige fenomen. Som for eksempel El Niño i Stillehavet, som oppstår gjennom en dans mellom hav og atmosfære. Modellene gir oss prognoser på El Niño opptil ni måneder fremover med god treffsikkerhet.

Et grovt bilde av jordkloden

Men hva er egentlig en klimamodell? Tenk deg et bilde av jorden, gjengitt med grove piksler som i bildet ved siden av. Temperatur, vind og fuktighet blir beregnet i hver piksel ved hjelp av matematiske ligninger som gjengir de viktigste fysiske prosessene. Det er lag på lag med piksler i ulike vertikale lag i atmosfæren, fra bakken til stratosfæren. Modellene omfatter vanvittig mange beregninger og kan bare kjøres på de kraftigste datamaskinene.

Hvis man tar modellene fra hverandre i biter, vil man finne formler som beregner blant annet Newtons og Henrys naturlover. Det er mange biter som kalkulerer ulike deler av klimasystemet. Resultatene av disse påvirker hverandre og pikslene som ligger ved siden av hverandre.

Når vi setter sammen dem sammen igjen, utkrystalliserer både drivhuseffekten og vannets kretsløp seg. Modellberegningene viser også hvordan varme og energi flyter gjennom atmosfæren, og hvordan fremherskende vinder påvirkes av jordens rotasjon og temperaturforskjeller. Dessuten er klimamodellene i stand til å beskrive atmosfæren på andre planeter i solsystemet.

Forskjellen på statistikk og enkelttilfeller

Men hvordan kan vi beregne klima hundre år i fremtiden når vi ikke kan lage værvarsler for mer enn noen dager fremover? Hensikten er å fremskaffe et fremtidsbilde av klima, og ikke været.

Forskjellen mellom vær og klima er at vær er en bestemt tilstand på et sted til en bestemt tid, mens klima er værstatistikk. Vi snakker først og fremst om temperatur- og nedbørstatistikk. Statistiske egenskaper, som for eksempel gjennomsnittet, er ofte langt mer forutsigbar enn enkelttilfeller.

Det er lettere å si hvor mange av en million mennesker lever lengre enn 100 år, enn hvor gammel én bestemt person vil bli. Den forventede levealderen påvirkes av kjønn, helsetjenester og kosthold. Værstatistikken, derimot, påvirkes av jordens avstand til solen, breddegrad, høyde over havet, avstand fra kyst, og atmosfærens kjemiske sammensetning.  

Modellene hadde rett

Det finnes en rekke ulike klimamodeller som er skrudd litt ulikt sammen, fordi vi ikke har komplett kunnskap om absolutt alle detaljene i klimasystemet. Vi er nødt til å gjøre noen antagelser når vi ikke vet nøyaktig hvordan vi skal tallfeste alle bitene i puslespillet. Den nøyaktige sammensetningen kan ha en betydning for resultatene. Men ved å sammenstille de ulike beregningene, ser vi hvor robuste de er.

Klimamodellene gjenskaper den globale oppvarmingen. Mens målingene en kort stund antydet en utflating, viste modellene fortsatt stigende kurver. Det viste seg at modellene hadde rett, for man hadde ikke tatt tilstrekkelig hensyn til at vi ikke har målinger jevnt fordelt over hele kloden.

Der det var hull i observasjonene, har oppvarmingen vært kraftigst. En annen ledetråd var at det globale havnivået har fortsatt å øke jevnt siden begynnelsen på 2000-tallet. Havnivået stiger med høyere temperatur på samme måte som kvikksølvet stiger i et termometer. Nå viser en helt fersk amerikansk klimarapport en ny analyse med bedre datadekning at oppvarmingen likevel samsvaret med modellberegningene.

Må videreutvikle metodene får å få sikrere svar

Klimasimuleringene kan utføres med høy matematisk presisjon, men virkeligheten er jo ikke gjengitt i piksler. Det er ikke mulig å få en nøyaktig tallfesting av fjellkjeder i modeller med grove piksler. Resultatene fra klimamodellene blir naturligvis mer naturtro med flere og finere piksler, men beregningene er likevel aldri helt sammenlignbare med virkeligheten.

Det er derfor viktig å kunne tolke resultatene og forstå hva tallene egentlig representerer. For å kunne gjøre det, kreves tilpassete statistisk metoder og kunnskap om klima. Denne type analyse er et tema jeg har jobbet med sammen med klimaforskere og statistikere fra Norden gjennom prosjektet eSACP, og som vi har skrevet om i tidsskriftet Nature Climate Change. Men modellene er heller aldri helt perfekte og vil alltid ha begrensninger. Og det er viktig å videreutvikle dem for å kunne finne sikrere svar på våre klimaspørsmål.

Det er viktig å forstå modellene for å forstå drivhuseffekten og skjønne hvorfor vårt samfunn må omstille seg fra kull, olje og gass til fornybare energikilder.