Vi skal holde den globale opvarmning på under to grader for at tage vare på vores børns fremtid.

Det er en målsætning, der blev vedtaget ved FN's klimakonference COP21 i Paris i 2015.

Det var også temaet, da alle verdens lande for nylig mødtes ved FN's klimatopmøde i Bonn.

Men mange kender ikke alle aspekterne bag denne aftale, og den mindst kendte er nok klimamodellerne.

God træfsikkerhed

Fremtidsudsigterne for Jordens klima kommer fra klimamodellerne; en række komplekse matematiske modeller, der beregner, hvordan klimasystemet kan ændre sig på lang sigt.

Beregningerne bliver omtalt som simuleringer. Der har været en del debat om klimamodellerne i det offentlige rum, men vi ved godt, hvad klimamodellerne indebærer - det er nemlig os, der har skabt dem.

De modstridende opfattelser er derfor et symptom på forskellig viden om modellerne.

Mit job omfatter analyse af klimamodeller, som er det bedste værktøj, vi har, til at beregne fremtidens temperatur- og vindforhold samt nedbørsmængder.

Man kan sige, at de er vejrvarslingsmodeller med en tillægspakke. Klimamodellerne omfatter desuden havcirkulation og ændringer i jordbunden.

Formålet med COP23 i Bonn var at skabe en mere inkluderende og ambitiøs implementering af Paris-aftalen. (Foto: Wikimedia)

Vejrvarslingsmodellerne er en videnskabelig succeshistorie

Der er ingen videnskabelige modeller, der bliver testet mere end vejrvarslingmodellerne, som har meget til fælles med klimamodellerne.

Hver eneste dag logger mange personer ind på yr.no. eller dmi.dk, som begge er et resultat af netop disse beregninger - men for hele verden.

Det er ikke altid, at de rammer rigtigt i alle detajler, men vejrvarslingsmodellerne er alligevel en af de allerstørste videnskabelige succeshistorier.

Både klima-og vejrvarslingsmodellerne gengiver naturlige vejrfænomener som storm og naturlige udsving i temperatur og barometrisk tryk.

Vi bruger modellerne til at producere prognoser for naturlige fænomener - som for eksempel El Niño i op til ni måneder forud og med god træfsikkerhed.

Klimamodeller er som et groft billede af Jorden

Men hvad er en klimamodel egentlig?

Forestil dig et billede af Jorden, der flyder ud i grove pixler som det nedenstående billede af kloden.

Temperatur, vind og fugtighed blive beregnet i hver pixel ved hjælp af matematiske ligninger, der gengiver de vigtigste fysiske processer. 

Klimamodellene er lidt som et billede af virkeligheden, gengivet i grove piksler. På samme måde er klimamodellerne konstrueret for at genskabe atmosfærens og oceanernes fundamentale funktioner, men med undtagelse af mindre vigtige detaljer. (Foto: NASA)

En klimamodel er opbygget af et stort antal 'kasser' i tre dimensioner i forskellige lodrette lag i atmosfæren - fra Jorden til stratosfæren. 

Modellerne omfatter vanvittig mange beregninger og kan kun køres på de mest kraftige computere.

Hvis vi skiller modellerne ad, finder vi formler, der beregner Newtons og Henrys love.

Der er mange 'kasser', der beregner forskellige dele af klimasystemet, og resultaterne påvirker hinanden og de omkringliggende pixler.

Når vi sætter modellerne sammen igen, bliver både drivhuseffekten og vandets kredsløb tydelige.

Modelberegningerne viser også, hvordan varme og energi strømmer gennem atmosfæren, og hvilken effekt Jordens rotation og temperaturforskelle har på fremherskende vinde.

Klimamodellerne er desuden i stand til at beskrive atmosfæren på​​ andre planeter i solsystemet.

Forskel på statistik og enkelttilfælde

Men hvordan kan vi beregne klimaudviklingen flere hundrede år frem i tiden, når vi ikke kan fremstille en vejrudsigt for mere end et par dage? 

Formålet er at producere et fremtidsbillede af klimaet - og ikke vejret.

Forskellen mellem vejr og klima er, at vejret er en bestemt tilstand et bestemt sted på et bestemt tidspunkt, mens klimaet er vejrstatistik. 

Vi taler primært om temperatur og nedbørsstatistik. Statistiske egenskaber, som eksempelvis gennemsnittet, er ofte langt mere forudsigelige end enkelttilfælde.

Det er lettere at forudsige, hvor mange personer ud af en million mennesker, der vil leve mere end 100 år, end hvor gammel en bestemt person vil blive.

Den forventede levetid påvirkes af køn, sundhedstjenester og kost. 

Til sammenligning påvirkes vejrstatistik af Jordens afstand til solen, breddegrad, højde, afstand fra kysten samt atmosfærens kemiske sammensætning.

De globale havniveaustigninger, der er steget støt siden begyndelsen af ​​00'erne, er endnu en ledetråd. Havniveauet stiger ved højere temperatur på samme måde, som når kviksølvet stiger i et termometer. (Foto: .Shutterstock)

Modellerne havde ret, ikke målingerne

Der findes en række forskellige klimamodeller, der er lidt forskelligt skruet sammen, fordi vi ikke har fuldstændig kendskab til absolut alle detaljer i klimasystemet. 

Vi er nødt til at gøre visse antagelser, når vi ikke ved, præcis hvordan vi sætter tal på alle brikkerne i puslespillet.

Den nøjagtige sammensætning kan have effekt på resultaterne, men ved at sammenstille de forskellige beregninger kan vi se, hvor robuste de er.

Klimamodellerne genskaber den globale opvarmning. Mens målingerne en stund viste en kort stagnationsperiode, afslørede modellerne en fortsat stigning. 

Det viste sig, at modellerne havde ret, fordi vi ikke tog nok hensyn til, at vi ikke har målinger jævnt fordelt over hele kloden.

Hvor der var huller i observationerne, var opvarmningen stærkest.

En anden ledetråd var de globale havniveaustigninger, der er steget støt siden begyndelsen af ​​00'erne.

Havniveauet stiger ved højere temperatur på samme måde, som når kviksølvet stiger i et termometer. 

Nu afslører en helt ny amerikansk klimarapport en ny analyse med bedre datadækning, at opvarmningen alligevel stemmer overens med modelberegningerne.

Vigtigt at kunne fortolke resultaterne

Klimasimuleringerne kan udføres med høj matematisk præcision, men virkeligheden er jo ikke gengivet i pixler. 

Det er ikke muligt at få en nøjagtig beregning af bjergkæderne i modeller med grove pixler.

Resultaterne fra klimamodeller med flere og mindre pixler bliver selvfølgelig mere naturtro, men beregningerne er alligevel aldrig helt sammenlignelige med virkeligheden.

Det er derfor vigtigt at kunne fortolke resultaterne og forstå, hvad tallene virkelig repræsenterer, og derfor er der brug for tilpassede statistiske metoder og viden om klima. 

Det har vi skrevet om i tidsskriftet Nature Climate Change.

Modellerne har sine begrænsninger

Modellerne er aldrig helt perfekte og vil altid have begrænsninger.

Derfor er det vigtigt, at vi videreudvikler dem for at finde mere sikre svar på vores klimaforhold.

Det er vigtigt for at forstå modellerne og for vores forståelse af drivhuseffekten, samt hvorfor omstillingen fra kul, olie og gas til vedvarende energikilder er afgørende for vores samfund.

©forskning.no. Oversat af Stephanie Lammers-Clark.