Протягом останніх чотирьох десятиліть вчені роблять прогнози майбутнього глобального потепління, використовуючи кліматичні моделі дедалі більшої складності.
Ці моделі, керовані фізикою атмосфери та біогеохімією, відіграють важливу роль у нашому розумінні клімату Землі та того, як вона, ймовірно, зміниться в майбутньому.
Carbon Brief зібрав найвидатніші прогнози кліматичної моделі з 1973, щоб побачити, наскільки добре вони прогнозують як минулі, так і майбутні глобальні температури, як показано в анімації нижче. (Для запуску натисніть кнопку відтворення.)
Хоча деякі моделі прогнозують менше потепління, ніж ми переживали, а деякі прогнозували більше, всі показали підвищення температури поверхні між 1970 та 2016, які були не надто далеко від того, що відбулося насправді, особливо, якщо враховуватись відмінності у припущених майбутніх викидах.
Як минули моделі минулого клімату?
У той час як прогнози кліматичної моделі минулого виграють від знань про концентрацію парникових атмосферних газів, виверження вулканів та ін. випромінювальні ковки впливаючи на клімат Землі, подання в майбутнє зрозуміло більш невизначено. Кліматичні моделі можна оцінити як за їх здатністю перешкоджати минулим температурам, так і прогнозувати майбутні.
Задні передачі - тестування моделей на минулі температури - корисні, оскільки вони можуть керувати радіаційними витками. Прогнози корисні, оскільки моделей бути не може неявно налаштоване бути схожим на спостереження. Кліматичні моделі є не підходять до історичних температур, але модельєри мають певні знання щодо спостережень, які можуть повідомити про свій вибір of параметризації моделі, наприклад, фізика хмари та аерозольні ефекти.
У наведених нижче прикладах прогнози кліматичної моделі, опубліковані між 1973 та 2013, порівнюються із спостережуваними температурами від п'ять різних організацій. Моделі, які використовуються в проекціях, відрізняються за складністю, від простих Моделі енергетичного балансу до повного з’єднання Моделі земної системи.
(Зауважте, ці порівняння моделей / спостережень використовують базовий період 1970-1990 для вирівнювання спостережень та моделей протягом перших років аналізу, що показує, як температура розвивалася з часом більш чітко.)
Сойєр, 1973
Одне з перших прогнозів майбутнього потепління відбулося Джон Сойєр в Мет-офісі Великобританії в 1973. В стаття, опублікована в «Природах» у 1973 він висловив думку про те, що світ нагріє 0.6C між 1969 і 2000, і що атмосферний CO2 збільшиться на 25%. Сойєр доводив за кліматична чутливість - скільки тривалого потепління відбудеться за подвоєння рівня атмосферного CO2 - 2.4C, що не надто далеко найкраща оцінка 3C, що використовується сьогодні Міжурядовою групою з питань зміни клімату (МГЕЗК).
На відміну від інших прогнозів, розглянутих у цій статті, Сойєр не передбачав прогнозованого потепління на кожен рік, а лише очікуваного значення 2000. Його оцінка потепління 0.6C майже не була помітною - спостережуване потепління за цей період було між 0.51C та 0.56C. Однак він переоцінив концентраційні концентрації CO2000 у атмосфері 2, припускаючи, що вони будуть 375-400ppm - порівняно з фактичними значення 370ppm.
Брокер, 1975
Перша доступна прогноза температур у майбутньому через глобальне потепління з'явилася в Росії стаття в наука у 1975, опублікованому вченим Колумбійського університету Проф. Уоллі Брокер. Брокер використав a проста модель енергетичного балансу оцінити, що буде з температурою Землі, якби атмосферний CO2 продовжував швидко зростати після 1975. Прогнозоване потепління Брокера було досить близьким до спостережень протягом кількох десятиліть, але останнім часом було значно вищим.
Це пов'язано з тим, що Брокер переоцінює, як викиди CO2 та атмосферні концентрації зростатимуть після публікації його статті. Він був досить точним до 2000, прогнозуючи 373ppm CO2 - порівняно з фактичними Mauna Loa спостереженнями 370ppm. Однак у 2016 він оцінив, що CO2 буде 424ppm, тоді як спостерігається лише 404 pm.
Брокер також не враховував інші парникові гази у своїй моделі. Однак, як потепління вплив від метан, закис азоту та галокарбони було багато в чому скасовано по загальний охолоджуючий вплив аерозолів оскільки 1970, це не має такої великої різниці (хоча оцінки аерозольних прискорень мають великі невизначеності).
Як і у випадку з Сойєром, Брокер використовував рівноважну кліматичну чутливість 2.4C за подвоєння CO2. Брокер припускав, що Земля миттєво прогрівається, щоб відповідати атмосферному CO2, тоді як сучасні моделі пояснюють відставання між швидкістю прогріву атмосфери та океанів. (Повільне поглинання тепла в океанах часто називають "теплова інерція"Кліматичної системи.)
Ви можете бачити його проекцію (чорну лінію) порівняно зі спостережуваним підвищенням температури (кольорові лінії) на графіку нижче.
<br />
Прогнозоване потепління від Broecker 1975 (товста чорна лінія) порівняно зі спостережуваними температурними записами від NASA, NOAA, HadCRUT, Коутан і Шлях та Berkeley Earth (тонкі кольорові лінії) від 1970 до 2020. Базовий період 1970-1990. Діаграма за допомогою вуглецевого короткого використання Високі показники.
Брокер зробив свою проекцію в той момент, коли вчені широко думали, що спостереження показали скромне похолодання Землі. Він розпочав свою статтю, заявивши, що "можна зробити вагомий випадок, що нинішня тенденція охолодження протягом десяти років або близько того поступиться місцем вираженого потепління, викликаного двоокисом вуглецю".
Hansen та ін., 1981
НАСА Д-р Джеймс Хансен і колеги опублікував статтю в 1981, який також використовував просту модель енергетичного балансу для проектування майбутнього потепління, але враховував теплову інерцію за рахунок поглинання тепла в океані. Вони припускали, що кліматична чутливість 2.8C за подвоєння CO2, але також розглядала діапазон 1.4-5.6C на подвоєння.
Прогнозоване потепління від Hansen et al. 1981 (швидкий ріст - товста чорна лінія - і повільний ріст - тонка сіра лінія). Діаграма за допомогою вуглецевого короткого використання Високі показники.
Хансен та його колеги презентували ряд різних сценаріїв, змінюючи майбутні викиди та чутливість до клімату. На графіку вище ви можете побачити як сценарій "швидкого зростання" (товста чорна лінія), де викиди CO2 збільшуються на 4% щорічно після 1981, так і сценарій повільного зростання, коли викиди збільшуються на 2% щорічно (тонка сіра лінія) ). Сценарій швидкого зростання дещо завищує поточні викиди, але в поєднанні з дещо нижчою чутливістю до клімату він дає оцінку потепління на початку 2000, близького до спостережуваних значень.
Загальний коефіцієнт потепління між 1970 та 2016, прогнозований Хансеном та ін., В 1981 у сценарії швидкого зростання, був приблизно на 20% нижчим, ніж спостереження.
Hansen та ін., 1988
Команда опубліковано папір Hansen та його колеги в 1988 представляли одну з перших сучасних моделей клімату. Він розділив світ на дискретні осередки сітки восьми градусів широти на довжину 10 градусів з дев'ятьма вертикальними шарами атмосфери. Вона включала аерозолі, різні парникові гази, крім CO2, та основну динаміку хмарності.
Hansen та ін представили три різні сценарії, пов'язані з різними майбутніми викидами парникових газів. Сценарій B показаний на графіку нижче у вигляді товстої чорної лінії, тоді як сценарії A і C показані тонкими сірими лініями. Сценарій А мав експоненціальне зростання викидів, при цьому концентрація CO2 та інших ПГ значно вища, ніж сьогодні.
Прогнозоване потепління від Hansen et al. 1988 (сценарій B - товста чорна лінія - та сценарії A і C - тонкі суцільні та пунктирні сірі лінії). Діаграма за допомогою вуглецевого короткого використання Високі показники.
Сценарій B передбачав поступове уповільнення викидів CO2, але мав концентрацію 401ppm в 2016 що були досить близько до Спостерігається 404ppm. Однак сценарій B передбачає постійне зростання викидів різних галогенвуглеводнів, які є потужними парниковими газами, але згодом були обмежені відповідно до Монреальський протокол 1987. Сценарій С викиди майже до нуля після року 2000.
З трьох, сценарій B був найближчим до фактичного випромінювання, хоча все ж приблизно 10% занадто високий. Хансен та ін також використовували модель з кліматичною чутливістю 4.2C за подвоєння CO2 - на найвищому рівні більшості сучасних кліматичних моделей. Завдяки поєднанню цих факторів сценарій B прогнозував швидкість потепління між 1970 та 2016, яка була приблизно на 30% вище, ніж спостерігалася.
Перший звіт про оцінку IPCC, 1990
МГЕЗК Перший звіт про оцінку (FAR) у 1990 показали порівняно прості моделі енергетичного балансу / дифузійного океану для дифузії, щоб оцінити зміни глобальної температури повітря. Їх характерний сценарій як звичайний бізнес (BAU) передбачав швидке зростання атмосферного CO2, досягнувши 418ppm CO2 в 2016, порівняно з 404ppm у спостереженнях. ЗПД також передбачає тривале зростання концентрації галогенвуглецю в атмосфері набагато швидше, ніж насправді.
ЗПД дало найкращу оцінку чутливості до клімату як потепління 2.5C для подвоєного CO2, з діапазоном 1.5-4.5C. Ці оцінки застосовуються до сценарію БАУ на малюнку нижче, де товста чорна лінія являє собою найкращу оцінку і тонкі пунктирні чорні лінії, що представляють високий і нижній кінець діапазону чутливості до клімату.
Прогнозоване потепління з першого звіту про оцінку МГЕЗК (середня проекція - товста чорна лінія з верхньою та нижньою межею, показаною тонкими пунктирними чорними лініями). Діаграма за допомогою вуглецевого короткого використання Високі показники.
Незважаючи на кращу оцінку чутливості до клімату, що нижче, ніж використовуваний сьогодні 3C, FAR завищив темпи потепління між 1970 та 2016 приблизно на 17% у своєму BAU-сценарії, показуючи потепління 1C за цей період та спостережуваний 0.85C. В основному це пов'язано з прогнозуванням значно більших атмосферних концентрацій CO2, ніж насправді.
Другий звіт про оцінку IPCC, 1995
МГЕЗК Другий звіт про оцінку (SAR) публікуються лише доступні проекції від 1990 і далі. Вони використовували чутливість до клімату 2.5C з діапазоном 1.5-4.5C. Їх сценарій середнього рівня викидів, "IS92a", прогнозував рівні CO2 405ppm в 2016, майже однакові концентрації, що спостерігаються. SAR також включала набагато кращу обробку антропогенних аерозолів, які мають охолоджуючий вплив на клімат.
<br />
Прогнозоване потепління з другого звіту про оцінку МГЕЗК (середня проекція - товста чорна лінія з верхньою та нижньою рамками, показаними тонкими пунктирними чорними лініями). Діаграма за допомогою вуглецевого короткого використання Високі показники.
Як видно з діаграми вище, прогнози SAR в кінцевому рахунку помітно нижчі за спостереження, прогріваючись приблизно на 28% повільніше протягом періоду від 1990 до 2016. Це, мабуть, пояснюється поєднанням двох факторів: меншою чутливістю до клімату, ніж це виявлено в сучасних оцінках (2.5C проти 3C) та завищеною радіаційне форсування CO2 (4.37 ват на квадратний метр порівняно з 3.7, що використовувався в наступному звіті IPCC і використовується до сьогодні).
Третій звіт про оцінку IPCC, 2001
МГЕЗК Третій звіт про оцінку (TAR) спирався на моделі загальної циркуляції атмосфера-океан (GCM) із семи різних модельних груп. Вони також запровадили новий набір соціально-економічних сценаріїв викидів, що називаються SRES, яка включала чотири різні майбутні траєкторії викидів.
Тут, Carbon Brief розглядає питання A2 сценарій, хоча всі мають досить схожі викиди та потепління траєкторій аж до 2020. Сценарій A2 прогнозував концентрацію атмосферного CO2016 в атмосфері 2 в проміле 406, майже таку, яку спостерігали. Сценарії SRES складалися від 2000 і далі, коли моделі до року 2000 використовували оціночні історичні форсинги. Штрихова сіра лінія на малюнку вище показує точку, в якій моделі переходять від використання спостережуваних викидів та концентрацій до прогнозованих майбутніх.
Прогнозоване потепління з третього звіту про оцінку МГЕЗК (середня проекція - товста чорна лінія з верхньою та нижньою межею, показаною тонкими пунктирними чорними лініями). Діаграма за допомогою вуглецевого короткого використання Високі показники.
Заголовок проекту TAR використовував просту кліматичну модель, налаштовану на відповідність середнім показникам випуску семи більш досконалих GCM, оскільки в TAR не було опубліковано жодного конкретного мультимодельного середнього показника, а дані для окремих циклів моделей не доступні. Він має кліматичну чутливість 2.8C за подвоєння CO2, з діапазоном 1.5-4.5C. Як показано на діаграмі вище, швидкість потепління між 1970 та 2016 у TAR була приблизно на 14% нижчою за реальну.
Четвертий звіт про оцінку IPCC, 2007
МГЕЗК Четвертий звіт про оцінку (AR4) представлені моделі зі значно покращеною атмосферною динамікою та роздільною здатністю моделі. Він широко використовував моделі систем Землі - які включають біогеохімію циклів вуглецю - а також покращили моделювання процесів наземної поверхні та льоду.
AR4 використовував ті самі сценарії SRES, що і TAR, з історичними викидами та атмосферними концентраціями до року 2000 та прогнозів на потім. Моделі, що використовуються в AR4, мали середню кліматичну чутливість 3.26C, з діапазоном від 2.1C до 4.4C.
<br />
Прогнозоване потепління з четвертого звіту про оцінку МГЕЗК (середня проекція - товста чорна лінія, верхня та нижня межі двох сигм, показані тонкими пунктирними чорними лініями). Діаграма за допомогою вуглецевого короткого використання Високі показники.
На малюнку вище показано, що модель працює за сценарієм A1B (це єдиний сценарій, коли модель легко працює, хоча його концентрація 2016 CO2 майже ідентична концентрації сценарію A2). Прогнози AR4 між 1970 і 2016 показують потепління досить близьким до спостережень, лише на 8% вище.
П'ятий звіт про оцінку IPCC, 2013
Останній звіт МГЕЗК - П'ята оцінка (AR5) - демонстрував додаткові вдосконалення кліматичних моделей, а також незначне скорочення невизначеності майбутньої моделі порівняно з AR4. Моделі клімату в останньому звіті МГЕЗК були частиною цієї програми З'єднаний модель порівняльного проекту 5 (CMIP5), де десятки різних моделюючих груп у всьому світі керували кліматичними моделями, використовуючи один і той же набір входів та сценаріїв.
Прогнозоване потепління з П'ятого звіту з оцінки МГЕЗК (середня проекція - товста чорна лінія, двосигматична верхня та нижня межі, показані тонкими пунктирними чорними лініями). Штриховою чорною лінією показані змішані поля моделі. Діаграма за допомогою вуглецевого короткого використання Високі показники.
Компанія AR5 представила новий набір майбутніх сценаріїв концентрації парникових газів, відомих як Представницькі шляхи концентрації (RCP). Вони мають майбутні прогнози від 2006 і далі, з історичними даними до 2006. Сіра штрихова лінія на малюнку вище показує, де моделі переходять від використання спостережуваних вигинів до прогнозованих майбутніх форскувань.
Порівнювати ці моделі із спостереженнями можна дещо хитра вправа. Найбільш часто використовувані поля з кліматичних моделей - це глобальні температури поверхневого повітря. Однак спостережувані температури випливають із температури поверхневого повітря над сушею та над рівнем моря над океаном.
Для того, щоб врахувати це, нещодавно дослідники створили змішані модельні поля, які включають температуру поверхні моря над океаном та температуру поверхневого повітря над сушею, щоб відповідати тому, що насправді вимірюється в спостереженнях. Ці змішані поля, показані пунктирною лінією на малюнку вище, демонструють дещо менше потепління, ніж глобальні температури поверхневого повітря, оскільки в моделях повітря над океаном прогрівається швидше, ніж температура морської поверхні в останні роки.
Глобальні температури поверхневого повітря в моделях CMIP5 нагрілися приблизно на 16% швидше, ніж спостереження з часу 1970. Приблизно 40% цієї різниці пояснюється тим, що температура повітря над океаном прогрівається швидше, ніж температура поверхні моря в моделях; змішані моделі моделей показують лише прогрівання 9% швидше, ніж спостереження.
A недавній документ у Nature by Іселін Медхауг та його колеги припускають, що решту розбіжностей можна пояснити поєднанням короткочасної природної мінливості (головним чином у Тихому океані), малих вулканів та нижчої, ніж очікувалося, сонячної енергії, яка не була включена в моделі в їхніх пост- 2005 прогнози.
Нижче наведено короткий опис усіх моделей Carbon Brief. У таблиці нижче показана різниця в швидкості прогріву між кожною моделлю або набором моделей і НАСА спостереження за температурою. Усі показники температури спостережень досить схожі, але НАСА входить до групи, яка включає більш повне глобальне покриття за останні роки, і, таким чином, безпосередньо порівнянні з даними кліматичної моделі.
* Різниці в тенденціях SAR обчислюються протягом періоду від 1990-2016, оскільки оцінки до початку 1990 недоступні.
# Відмінності в дужках на основі змішаних модельних полів земля / океан
Висновок
Кліматичні моделі, опубліковані з моменту 1973, як правило, були досить майстерними у проектуванні майбутнього потепління. Хоча деякі були занадто низькими, а деякі занадто високими, всі вони показують результати, досить близькі до того, що насправді відбулося, особливо коли враховуються розбіжності між прогнозованими та фактичними концентраціями CO2 та іншими кліматичними форсифікаціями.
Моделі далеко не ідеальні і з часом будуть вдосконалюватися. Вони також показують досить великий спектр майбутнього потепління, яке не може бути легко звужений використовуючи лише зміни клімату, які ми спостерігали.
Тим не менш, тісна відповідність між прогнозованим та спостережуваним потеплінням, оскільки 1970 свідчить про те, що оцінки майбутнього потепління можуть виявитись аналогічно точними.
Методична записка
Вчений-еколог Дана Нуккітеллі з користю надав список попередніх порівнянь моделі / спостережень, наявних тут, Програмне забезпечення PlotDigitizer використовувались для отримання значень із старих цифр, коли дані були інакше недоступні. Дані моделей CMIP3 та CMIP5 були отримані з KNMI Climate Explorer.
Ця стаття спочатку з'явилася на Вуглецевий короткий виклад
про автора
Zeke Hausfather висвітлює дослідження в галузі кліматичної науки та енергетики з американською увагою. Zeke має ступінь магістра в галузі екологічних наук з Єльського університету та Vrije Universiteit Amsterdam, а також закінчує ступінь доктора кліматичних наук в Каліфорнійському університеті, Берклі. Останні 10 роки він провів, працюючи науковцем та підприємцем у галузі чистих технологій.
Суміжні книги
at InnerSelf Market і Amazon
