‘Klimamodeller er uundværlige’

Jordens klima bliver betydeligt varmere de kommende år, og den globale middeltemperatur vil stige mange grader – det er langt de fleste klimaforskere enige om.

Den generelle enighed blandt forskerne er i høj grad fremkommet ved hjælp af computerbaserede klimamodeller.

Men klimamodellerne har svagheder, som videnskab.dk har ridset op i artiklen med titlen Svært at teste klimamodeller.

I artiklen gør den danske videnskabsteoretiker Matthias Heymann fra Institut for Videnskabsstudier på Aarhus Universitet opmærksom på computermodellernes svagheder: De vil altid give en forsimplet beskrivelse af klimaet. Dertil kommer, at modellernes forudsigelser ikke kan testes med målinger nu og her.

Tre eksperter på banen

For at følge op på Matthias Heymanns pointer har videnskab.dk talt med tre danske klimaforskere, der enten bruger klimamodeller, eller som inddirekte arbejder på at forbedre dem. De er blevet bedt om at læse artiklen igennem og forholde sig til Matthias Heymanns pointer.

»Helt overordnet er jeg enig i de svagheder, som Matthias Heymann påpeger. Hans pointe er, at man skal være forsigtig med, hvad man bruger de computerbaserede klimamodeller til, og det, synes jeg, også er vigtigt,« siger han.

Han bakkes op af professor Ole John Nielsen fra Kemisk Institut, Københavns Universitet, der har brugt modeller til at studere effekten af ozonnedbrydende stoffer, som fx freon, i atmosfæren.

Den første er seniorforsker Jens Hesselbjerg Christiansen fra Danmarks Meteorologiske Institut (DMI). Han anses for at være den forsker i Danmark, der har den absolut største erfaring med brug af klimamodeller.

»Svaghederne er reelle nok. Derfor bruges modellerne generelt også med stor omhu og forsigtighed. Det er i sig selv en videnskab at sammenligne og udvikle klimamodellerne, og det er et job, som varetages af flere store forskningscentre verden over,« siger han.

Også professor Merete Bilde fra Kemisk Institut, Københavns Universitet, kan nikke genkendende til Matthias Heymanns pointer. Hendes arbejde går ud på at kaste lys over et af de mere dunkle områder af klimaet, nemlig dannelsen af skyer.

Men hun påpeger, at svaghederne er noget, som forskere generelt er meget opmærksomme på.

»I dag er der ingen klimaforskere, der siger, at computermodellernes output i form af eksakte talværdier er den endegyldige sandhed. Sådan bliver modellerne ganske enkelt ikke brugt. Modellerne bruges snarere som et vigtigt værktøj til at udforske de klimatiske konsekvenser af forskellige påvirkninger,« siger hun.

Modellerne kan noget særligt

Alle tre forskere påpeger, at computermodellerne kan noget, som intet andet værktøj kan. For ud over at det øger den videnskabelige forståelse af det simulerede klimasystem, giver det også klimaforskerne en mulighed for at lege med fremtiden.

»Modellerne kan bruges til at køre en række scenarier, der gør os opmærksomme på naturlige processer, som man ikke har forstået godt nok. Modellerne fungerer altså som en slags opdagelsesværktøj,« siger Ole John Nielsen.

Ifølge Jens Hesselbjerg Christiansen har modellerne også en anden vigtig egenskab:

»Nogle steder er modeldata det eneste, man har. Satellitdata kan fx afsløre fordelingen af havis omkring Arktis, mens en computerbaseret klimamodel som det eneste værktøj kan komme med et estimat af, hvor tyk isen er,« forklarer han.

Merete Bilde ser også en tredje styrke ved computermodellerne, nemlig deres evne til at se på klimaændringer på en global skala. Kloden er for stor til at være i et laboratorium, og vores eneste mulighed er derfor at simulere den med computermodeller.

»Modellerne kan koble den viden, vi har om partikler, gasser, emissioner, transport og stråling, som vi ikke kan teste i et laboratorieforsøg, og det er helt afgørende for at kunne udsige noget om, hvordan klimaet vil udvikle sig på længere sigt,« siger hun.

Alle peger på CO2

En af de menneskeskabte påvirkninger, som modellerne i særdeleshed er blevet brugt til at undersøge effekten af, er det voksende menneskeskabte udslip af drivhusgassen CO2.

I den sammenhæng kørte en gruppe engelske atmosfærefysikere for nogle år siden 56 forskellige klimamodeller for at få en fornemmelse af, hvad der sker med den globale middeltemperatur i takt med, at det menneskeskabte CO2-udslip vokser.

De beregnede modelkurver blev plottet ind i et koordinatsystem med temperaturen ud af den ene akse og årstallene op af den anden. I samme diagram plottede de også kurven for den målte middeltemperatur fra den samme periode.

»Sammenligner vi kurven med målinger med kurverne for de 56 modeller, så når vi frem til det resultat, at alle kurver følges ad på nær nogle småting,« pointerer Ole John Nielsen.

Teamet fjernede efterfølgende det menneskeskabte CO2-bidrag fra samtlige 56 computermodeller, hvorefter de gentog processen. Nu var der pludselig et markant spring fra de beregnede modelkurver og op til temperaturkurven for de målte værdier.

»Man får en signifikant forskel. Det ser altså ud som om, der er et betydeligt menneskeskabt bidrag. Så noget tyder på, at de 56 modelkørsler, hvor bidraget medtages, afspejler en eller anden del af virkeligheden,« siger Ole John Nielsen.

Han pointerer, at man aldrig kan være 100 procent sikker på modellernes udsagn, da de altid vil beskrive klimaet på en forsimplet måde.

Alligevel kan de gøre opmærksomme på en mulig sammenhæng, som man siden hen kan undersøge nærmere – en pointe, som også fremhæves af Jens Hesselbjerg Christiansen.

»Selv hvis man ikke har alle processer med i sin model, så er der nogle generelle træk, som træder frem. Erfaringerne viser, at man ofte får de samme resultater, uanset hvor mange faktorer man tager med i modellen,« siger han.

Forfølger hver deres spor

En af Matthias Heymanns pointer i artiklen ‘Svært at teste klimamodeller’ er, at man ikke nødvendigvis kan stole mere på et resultat, bare fordi mange forskellige computermodeller når frem til det.

Sådan en konklusion kan man nemlig kun drage, hvis computermodellerne er indbyrdes uafhængige. Men det kan man ikke gå ud fra, da modelbyggerne lærer af hinanden og genbruger hinandens moduler. Men det problem, mener Ole John Nielsen og Merete Bilde, er lidt overvurderet. Selv om computermodellerne ikke kan siges at være strengt uafhængige, så forholder forskerne sig kritisk til egne og andres modeller og søger generelt at udvikle modeller, der adskiller sig så meget som muligt fra alle de andre.

»Forskerne er fuldt ud bevidste om, at de ikke lærer noget ved kun at køre én model, for så opdager man ikke de fejl, der er i den. Sammenligner man derimod flere modeller, kan man snakke om de forskellige resultater og blive klogere,« udtaler Ole John Nielsen.

Skyer er akilleshælen

Helt overordnet er jeg enig i de svagheder, som Matthias Heymann påpeger. Hans pointe er, at man skal være forsigtig med, hvad man bruger de computerbaserede klimamodeller til, og det, synes jeg, også er vigtigt

Jens Hesselbjerg, DMI

Modellernes største udfordring er ifølge Jens Hesselbjerg Christiansen fra DMI, at der er nogle områder inden for klimaet, som ikke er forstået godt nok, og som man derfor heller ikke kan finde ud af at modellere. Dannelsen af de lavliggende skyer er et eksempel herpå, fortæller han. Vi mennesker udsender en stigende mængde små partikler, såkaldte aerosoler, til atmosfæren. De fremprovokerer lavtliggende skyer, der har en afkølende effekt på Jordens klima. Problemet er, at man ikke ved, hvilke partikler der er gode til at danne skydråber, og hvordan de forskellige slags skydråber helt præcist påvirker klimaet.

»Afhængigt af hvor store aerosolerne er, og hvor hurtigt de danner vand, giver de skyerne forskellige klimatiske egenskaber Og dem ved vi meget lidt om,« siger han.

Han understreger, at det ikke et problem ved selve modellerne, men mere et udtryk for en manglende videnskabelig viden, som mange forskergrupper arbejder på at få.

En af dem er professor Merete Bilde, der pt udforsker aerosolers evne til at danne skydråber igennem laboratorieeksperimenter.

»Vores mål er at give den rigtige fysiske forståelse af aerosolerne og deres rolle i dannelsen af skydråber. Det vil føre til bedre computerbaserede klimamodeller, så man kan få nogle mere sikre forudsigelser,« forklarer hun.

IPCC skilter med svaghederne

At skydannelsen er et område, der stadig er dårligt forstået, er noget, som klimaforskere er meget bevidste om. Det gælder ikke mindst FN’s Internationale klimapanel IPCC, der beskrev denne problemstilling i deres seneste rapport fra 2007.

I rapporten præsenterer IPCC en figur, der giver et overblik over alle de menneskeskabte faktorer i form af udslip af gasser og partikler, som man i dag ved påvirker den globale middeltemperatur. Nogle af dem har en opvarmende effekt på klimaet som eksempelvis drivhusgassen CO2. Andre har en kølende indvirkning som fx aerosolerne.

Figuren viser, hvor stor en påvirkning computermodellerne mener, at de enkelte faktorer har. For at give læseren et indtryk af, hvor sikker vurderingerne er, har IPCC angivet en´level of scientific understanding`, altså hvor godt man har forstået, hvilken rolle netop denne faktor spiller. Endelig er der opgivet usikkerhedsintervaller for hver faktor. Jo større usikkerhed, des længere væk kan den faktiske påvirkning ligge fra den beregnede.

Af oversigten kan man se, at drivhusgassernes indflydelse på klimaet generelt er godt forstået, og at usikkerheden på den beregnede effekt er lille. Det omvendte gælder for aerosolerne, hvor usikkerhed er stor, mens den videnskabelige forståelse er beskeden.

»Der er nogle mekanismer, som vi bliver nødt til at forstå mere i dybden for at få bedre klimamodeller. I figuren gør IPCC kraftigt opmærksom på, at der er store usikkerheder på nogle af bidragene. De er godt klar over, at man ikke bare kan tage et tal og sige, at det er eksakt og endegyldigt,« siger Merete Bilde.

Så hvor gode og sikre er klimamodeller? Det kan de tre forskere ikke svare på.

»Den perfekte klimamodel kommer aldrig til at eksistere. Udviklingen af klimamodellerne er en videnskabelig proces, der aldrig når til ende. Men selv om de ikke er perfekte, så er de alligevel et slagkraftigt og uundværligt værktøj, som hjælper os med at udforske og forstå klimaet,« slutter Ole John Nielsen.

Denne figur er taget fra den seneste rapport udgivet af FN’s Internationale klimapanel IPCC og viser effekten af menneskeskabte udslip af gasser og partikler på Jordens strålingsbalance.

`Radiative Forcing` kan noget forsimplet betragtes som et udtryk for, om en mekanisme køler eller opvarmer Jordens overflade. Atmosfæriske partikler spiller en potentielt vigtig rolle i klimaet via deres evne til at virke som kim for dannelsen af skyer. Dette kaldes for partiklernes inddirekte klimaeffekt.

Drivhusgasser fører altså til en opvarmning, mens skyer fra menneskeskabte partikler bidrager til en afkøling.

Bemærk, at usikkerheden i vores forståelse af partiklernes inddirekte klimaeffekt er stor (de lange sorte vandrette linjer), mens drivhusgassernes effekt omvendt er godt forstået.

»Det, som mit arbejde går ud på, er at forsøge at mindske usikkerhederne på aerosolerne ved at forstå mekanismerne bedre. Når vi har en større viden, vil computermodellerne også blive bedre,« siger Merete Bilde.