Klimamodeller, som forskere bruger til at simulere fortidens og fremtidens klima med på supercomputere, er for dårlige. De kan nemlig ikke genskabe fortidens voldsomme klimaskift - de såkaldte 'tipping points' - og kan derfor heller ikke bruges til at forudsige markante klimaændringer i fremtiden. Det konkluderer lektor Peter Ditlevsen fra Center for Is og Klima på Niels Bohr Instituttet, Københavns Universitet på baggrund af et nyt studium, hvor han har analyseret, præcis hvordan dramatiske klimabegivenheder under den seneste istid er foregået. Resultaterne bliver snart offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Geophysical Research Letters. »Klimamodellerne er ikke gode nok til at beskrive voldsomme klimaforandringer, der fandt sted under fortidens istid. Vi kan derfor heller ikke forvente, at klimamodellerne kan forudsige, hvad der kommer til at ske i fremtiden,« siger lektor Peter Ditlevsen, der har ledet studiet.
Voldsomme klimaforandringer omtales inden for klimaforskningen som 'tipping points'. Klimaet ændrer sig nemlig ikke jævnt og glidende, men i pludselig spring og kan opfattes som en gigantisk vippe, der kan tippe frem og tilbage mellem forskellige stabile tilstande. Et lille puf til vippen kan være nok til at få klimaet til pludselig at tippe over til en ny tilstand uden en chance for at kunne komme tilbage igen.
I årtusinder har klimaet befundet sig i stabil tilstand, men klimaforskere frygter, at den menneskeskabte drivhuseffekt kan skubbe så meget til klimavippen, at systemet ryger ud af sin ligevægt.
Artiklen handler om de såkaldte tipping points, der markerer voldsomme skift i klimaet i Jordens historie. Klimaet ryger pludselig ud af kontrol og overgår til en helt ny tilstand.
Konsekvensen er i så fald ekstremt pludselige og selvforstærkende klimaændringer, der i værste fald kan få klimaet til helt at ryge ud af kontrol.
Beregninger tyder f.eks. på, at Indlandsisen i Grønland vil smelte, hvilket vil føre til vandstigninger i verdenshavene på mange meter, så store landområder oversvømmes. Andre områder vil blive ramt af tørke og hungersnød, så millioner af mennesker tvinges på flugt. »Fra et videnskabeligt synspunkt er det væsentligt at vide, om der findes 'tipping points' i klimasystemet i fremtiden, hvor den stigende mængde kuldioxid i atmosfæren måske vil kunne få hele systemet til at vælte,« pointerer Peter Ditlevsen. Det store spørgsmål er, hvor meget CO2, der helt præcist skal til for at vippen tipper, og den måde, man hidtil har forsøgt at finde ud af det på er ved at simulere fremtidens klima med avancerede klimamodeller.
Den fremgangsmåde stiller Peter Ditlevsens resultater nu spørgsmålstegn ved.
Hans studium viser nemlig, at nogle af fortidens mest markante klimaskift opstod på grund af tilfældige svingninger i systemet, som de nuværende klimamodeller efter hans vurdering ikke i tilstrækkelig grad tager højde for.
De markante klimaskift, som Peter Ditlevsen har udforsket, er de berømte Dansgaard-Oeschger begivenheder, der fandt sted mange gange i den seneste istid mellem 100.000 år og 10.000 år siden. Klimaet blev under hændelserne pludselig 10 grader varmere og blev ved med at være det igennem nogle tusinde år, inden det sprang tilbage til den oprindelige tilstand og blev koldt igen.
Peter Ditlevsens studium gik konkret ud på at finde ud af, hvilken slags mekanisme, der i sin tid fremprovokerede de markante skift, og her er der overordnet to muligheder:
: En eller flere ydre klimafaktorer ændrer sig. Dette kunne være f.eks. Jordens bane omkring Solen, Solens udstråling eller en øget mængde kuldioxid i atmosfæren. Ændringerne gør at klimaets tilstand bliver ustabil hvilket tvinger det til at overgå til en ny tilstand. Tipping points, der er skabt af den slags ændringer, kaldes for
og kan forudsiges. Perioden op til et tipping point er nemlig præget af en næsten stabil og jævn klimaudvikling.
Mange klimafaktorer er ikke konstante, men har små tilfældige udsving. I lange tider har de effekter ingen betydning for klimaet, fordi de opvejer hinanden, men i nogle tilfælde sker det, at variationerne går i samme retning, hvilket i sjældne tilfælde kan få systemet til at tippe. Den slags tipping points opstår altså på grund af støj i form af kaos i systemet, og de kan ifølge Peter Ditlevsen kun forudsiges, hvis man har en uhyre detaljeret viden om, hvordan de forskellige faktorer varierer. Peter Ditlevsen jagtede årsagen til Dansgaard-Oescher begivenhederne ved at analysere klimadata fra borekerner fra den grønlandske indlandsis og havbund, der går mere end 60.000 år tilbage i tiden. Ved hjælp af matematiske analyser lykkedes det at finde ud af, hvilken af de to slags tipping points, der var tale om.
»Vores studier tyder på, at de forskellige klimatilstande under sidste istid eksisterede side om side, og at det var kaotiske forhold i systemet, der fik klimaet til pludselig at skifte fra den ene tilstand til den anden. De pågældende tipping points skyldtes kort sagt tilfældige, kaotiske variationer i systemet,« siger Peter Ditlevsen.
En anden del af Peter Ditlevsens studium gik ud på at undersøge, om moderne klimamodeller kan reproducere kaotiske klimaskift som Dansgaard-Oescher begivenhederne. Han mener nemlig, at modellernes forudsigelser kun er troværdige og pålidelige, hvis de reelt er i stand til at reproducere klimaet i fortiden.
Han har ikke selv brugt klimamodeller til at simulere klimaet med. Det arbejde har mange andre forskergrupper til gengæld gjort, og Peter Ditlevsen har kigget på deres simuleringer for at se, hvor gode de er til at reproducere de tilfældige hændelser. Den del af projektet er han endnu ikke færdig med, men han kan fremlægge nogle foreløbige resultater.
Hver Dansgaard-Oeschger begivenhed betød en opvarmning af hele området omkring Nordatlanten og varede fra nogle få hundrede år til flere tusinde år.
Noget tyder på, at disse begivenheder kun opstår, når klimaet er koldt, og at klimaet i det hele taget er mere ustabilt, når det er koldt end når det er varmt.
»Klimamodellerne ser ikke ud til at være kaotiske nok og mangler at blive udbygget med nogle komponenter, der tager højde for det. Beskriver man ikke kaotiske vejrvariationer i tilstrækkeligt grad, bliver modellernes forudsigelser om, hvornår de næste tipping points kommer, forkerte. Jeg kan derfor kun opfordre til, at man bruger modellerne med endnu større forsigtighed end man gør i dag,« fortæller han.
Peter Ditlevsen understreger, at klimamodellerne i deres nuværende form godt kan bruges til at forudsige en tendens i klimaet. Men de er ikke troværdige, når de sættes til at beregne, hvornår vi kan forvente det næste tipping point, hvor klimaet ryger ud af kontrol.
Klimaforskere forventer, at fremtiden med garanti vil byde på tipping points, hvis vi bliver ved med at poste CO2 ud i atmosfæren i samme tempo som nu. Forskerne har altså reelt ikke noget værktøj til at forudsige præcis hvornår det næste tipping point vil finde sted, og det svarer til at køre hen mod en afgrund med høj fart med bind foran øjnene.
Det er væsentligt at vide, om der findes 'tipping points' i klimasystemet i fremtiden, hvor den stigende mængde CO2 i atmosfæren måske vil kunne få hele systemet til at vælteLige pludselig kører man ud over kanten, og så er det for sent.
»Det afgørende er at kunne forstå klimaets tipping points bedre. De kaotiske variationer, som klimamodellerne ikke tager højde for, kunne i princippet rykke tidspunktet for det næste tipping point et stykke frem, så det opstår tidligere end hidtil antaget. Det er vigtigt at udbygge klimamodellerne, så de tager højde for de kaotiske forhold i systemet,« slutter han.
Peter Ditlevsen har i et tidligere studium vist, at Jordens klima for en million år siden svingede mellem en kold og en varm tilstand med en cyklus på 40.000 år. Skiftet opstod på grund af tilbagevendende variationer i jordens bane omkring Solen.
Efter den tid begyndte klimaet af uforklarlige årsager at springe mellem tre tilstande, nemlig et varmt mellemistidsklima, som vores nuværende, et koldere klima og et meget koldt istidsklima. Resultatet var skiftende klimaperioder på 80.000 og 120.000 års svingninger.
Forskerne leder efter en forklaring på de klimaskift, der opstod for en million år siden, men en teori er, at atmosfærens CO2-indhold faldt til det laveste niveau nogensinde. I så fald kan den menneskeskabte stigning i CO2 medføre en tilbagevenden til 40.000 års istidscyklusser.
Professor i meteorologi Eigil Kaas er delvist enig
Lektor Peter Ditlevsens nye resultater er blevet fremlagt for professor Eigil Kaas fra Niels Bohr Instituttet på Københavs Universitet, og han køber umiddelbart konklusionen om, at Dansgaard-Oescger begivenhederne skyldes støj i systemet.
»Han har en god pointe, som jeg godt kan følge. Klimasystemet er støjfyldt og man kan udmærket forestille sig, at det kan føre til uforudsigelige klimaskift, som disse. Jeg vil dog godt understrege, at Peter Ditlevsen er nået frem til sit resultat med en matematisk analyse. Man mangler stadig en afklaring af, hvad det er for fysiske mekanismer, der ligger bag støjen. Sagen er, at der endnu er en hvis kontrovers om, hvordan de opstår,« siger Eigil Kaas.
Eigil Kaas giver også Peter Ditlevsen ret i, at det er vigtigt at undersøge, om klimamodellerne er mindre kaotiske end den virkelige verden. Hans umiddelbare vurdering er dog, at de til en hvis grad tager højde for støjen.
Samtidigt mener han, at man skal være varsom med at indføre et ekstra led i modellerne alene med det formål at få dem til at passe bedre til observationerne, så længe man ikke kender de fysiske mekanismer, der skaber støjen.
»Klimamodellerne har faktisk indbygget støj, for på den måde de er opbygget, så danner de deres eget kaos, og der er lavet undersøgelser af, hvor kaotiske de er. De er alle tilpasset, så de matcher mange målinger,« siger han.
Eigil Kaas er godt bekendt med, at klimamodeller har svært ved at reproducere Dansgaard-Oescher begivenheder, men han har selv et bud på en mulig forklaring.
Fortidens og fremtidens klima simuleres med de samme klimamodeller, men deres simuleringer adskiller sig fra hinanden ved, hvor høj en opløsning de kører med:
Alle klimamodeller regner på klimaet ved at inddele jordens atmosfære og overflade i små kasser og så regne på klimaets udvikling og opførsel inden for hver kasse. Alle disse kasser kobles i sidste ende sammen til ét system, så man får et globalt billede af, hvordan klimaet udvikler sig over tid.
Jo mindre kasserne er, des større opløsning har klimamodellen, dvs. jo mere detaljeret regner den på systemet.
Når man simulerer fremtidens klima, er man typisk kun interesseret i de næste to-tre hundrede år. Her kan man tillade sig at køre modellerne med en høj opløsning, dvs. med en meget høj detaljeringsgrad.
Når man simulerer fortidens klima er det derimod nødvendigt at kigge på mange årtusinder. Det kræver en meget stor computerkapacitet at regne på klimaet over så lang en periode, hvilket kun kan lade sig gøre ved at gøre modellens opløsning mindre, dvs. at man gør modellen grovere.
Problemet er, at jo grovere klimamodellerne er, des mindre støj frembringer de.
»Den indbyggede støj i modellerne kommer først frem, når modellernes opløsning er tilstrækkeligt lille. Det kan forklare, hvorfor man ikke kan reproducere kaotiske begivenheder i fortidens klima. Men det siger ikke nødvendigvis noget om, hvorvidt de modeller, som man bruger til at simulere fremtidens klima, er støjfyldte nok. Jeg er dog helt enig med Peter i, at det er uhyre vigtigt at få afklaret, om klimamodellerne er tilstrækkeligt kaotiske, så jeg hilser hans studium meget velkomment,« slutter han.
(U-)sandsynligheden
Klimaet har tre grund-tilstande: Varm mellemistid, Kold istid og Koldere istid. Da vi har en mellemistid så skulle en opvarmning måske kunne udløse et skift til en afkøling. Og sandsynligheden for dette svare til næsten til sandsynligheden for at falde i en afgrund når man køre stærkt med bind for øjnene. Mangler vi ikke et tidsperperstiv? Hvor mange minutter vil man kunne køre med blind for øjnene? Hvor mange år tager det for at udvikle en normal istid?