Przyszłość klimatyczna Ziemi jest niepewna, ale świat musi się przygotować na zmiany.

Wchodzimy w symulacje klimatyczne, które odtwarzają fizyczne interakcje między lądem, morzem i niebem, wykorzystując dobrze znane prawa i równania fizyczne. Takie modele mogą spojrzeć w przeszłość i zrekonstruować starożytne epoki lodowcowe lub światy cieplarniane z pomocą danych pozyskanych ze skał i rdzeni lodowych.

Dobrą wiadomością jest to, że symulacje klimatyczne są coraz lepsze w odtwarzaniu nawet najbardziej subtelnych aspektów zmian klimatu, takich jak skomplikowana fizyka chmur, wpływ aerozoli i zdolność oceanu do pochłaniania ciepła z atmosfery.

Ale są też złe wiadomości: Więcej informacji nie zawsze oznacza więcej jasności. A to obecnie przyczynia się do niepewności, jak zły może być “najgorszy scenariusz” dla klimatu Ziemi.

Pięć lat temu, prawdopodobne najgorsze scenariusze klimatyczne były wystarczająco niepokojące. Zgodnie z tak zwanym scenariuszem “business-as-usual”, w którym ludzkość nie podejmuje żadnych działań w celu ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, do 2100 r. przewidywano ocieplenie planety o 2,6 do 4,8 stopnia Celsjusza w stosunku do średniej temperatury Ziemi w latach 1986-2005 (SN:4/13/14). Według raportu Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) z 2014 r., średni globalny poziom morza może wzrosnąć nawet o metr w tym samym scenariuszu. A to z kolei zwiększa przewidywania dotyczące tego, jak gorąco może się zrobić.

“Prowadzimy dyskusje na temat “Czy wierzyć tym modelom?” mówi Andrew Gettelman, klimatolog z National Center for Atmospheric Research, lub NCAR, w Boulder, Colo.

Turning up the heat

The first whiff thatsomething very strange was going on with the latest models came in March, at ameeting in Barcelona of scientists and modelers working on next-gen climatesimulations. Wiele z tych symulacji ma zostać włączonych do kolejnego raportu oceniającego IPCC, którego pierwsza część ma się ukazać w kwietniu 2021 roku.

Wszystkie symulacje zawierają szacunki czegoś, co nazywa się równowagową wrażliwością klimatu, lub ECS. To w zasadzie oznacza, jak przyszły klimat Ziemi ma reagować na nową normę – konkretnie atmosferę, która zawiera dwa razy więcej dwutlenku węgla niż w czasach przedprzemysłowych.

Podobny trend wykazuje kilka dobrze znanych symulacji, opracowanych przez zespoły w NCAR, amerykańskim Departamencie Energii, angielskim Hadley Centre for Climate Prediction and Research w Exeter oraz paryskim Institut PierreSimon Laplace, czyli IPSL. W tych modelach ECS był wyższy, co oznacza, że Ziemia była bardziej wrażliwa na dwutlenek węgla, niż w poprzednich generacjach modeli. Jeśli jest to prawdziwe, sugeruje to, że gazy te mogą wywierać jeszcze większy wpływ na ziemską atmosferę, niż sądzono. Ostatecznie może to oznaczać, że temperatury mogą stać się wyższe niż sugerowały nawet najwyższe poprzednie prognozy.

We wrześniu, scientistswith IPSL i francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych, lub CNRS, również w Paryżu, poszedł publicznie z ich symulacji. W oparciu o prognozy z dwóch oddzielnych modeli klimatycznych, zespoły poinformowały, że średnie globalne ocieplenie do 2100 roku może wspiąć się tak wysoko, jak 6 do 7 stopni C (lub około 11 do 13 stopni Fahrenheita) w stosunku do czasów przedindustrialnych.

Jak wiele symulacji klimatycznych nowej generacji, dwa francuskie modele charakteryzują się większą rozdzielczością i lepszym odwzorowaniem rzeczywistych warunków niż symulacje z przeszłości. Kiedy testowane są przeciwko obecnym obserwacjom klimatu, nowe symulacje również wykonują lepszą pracę przy odtwarzaniu tych obserwacji, mówi klimatolog CNRS Olivier Boucher.

Ale wysoki ECS pozostaje niespodzianką. “Nasz jest lepszy” pod względem fizyki, mówi Boucher. “Ale to nie tautomatycznie przekłada się na posiadanie większej pewności dla przyszłychprojekcji”.

Ten ECS conundrum, który somany z modeli wciąż pokazują, pojawił się ponownie 21 listopada na spotkaniu NationalAcademy of Sciences atmospheric and climate science board w Waszyngtonie, D.C. Thelikeliest przyczyną wysokiego ECS, Gettelman powiedział na spotkaniu, był w how muchthe modele szacują, że chmury willenhance ocieplenie (SN: 3/22/14). Wśród innych czynników znaczenie ma to, jak wysoko w atmosferze znajdują się chmury: Chmury na niższych wysokościach mogą odbijać światło z powrotem w przestrzeń kosmiczną, podczas gdy chmury na wyższych wysokościach mogą zatrzymywać ciepło. Gettelman i jego koledzy również omówili znaczenie chmur w modelowaniu ECS w lipcu w Geophysical Research Letters.

“Chmury na wysokich szerokościach geograficznych wyglądają jakby były dość ważne” – mówi Gettelman. Region nad Oceanem Południowym jest szczególnie interesujący, ale obecnie prowadzone są badania mające na celu sprawdzenie wpływu chmur na dużych wysokościach w Arktyce, jak również chmur na mniejszych wysokościach w tropikach.

Nowy paradygmat

Zastanawianie się, jak omówić modele high-ECS, będzie prawdopodobnie bólem głowy autorów kolejnego raportu IPCC. Krajobraz symulacji klimatycznych staje się bardziej skomplikowany także na inne sposoby.

Do raportu IPCC z 2014 roku, modelarze klimatyczni uczestniczyli również w piątej iteracji projektu mającego na celu ustalenie standardów i scenariuszy dla prognoz klimatycznych. Ten projekt nazywa się WorldClimate Research Programme’s Coupled Model Intercomparison Project, lub w skrócie CMIP5.

The IPCC’s upcoming sixthassessment report will rely on projections from CMIP6, the new more sensitivemodels. A w nich RCP odpada, a pojawia się nowy paradygmat zwany “sharedsocioeconomic pathways”, czyli SSP.

Podczas gdy prognozy RCP opierają się wyłącznie na tym, jak różne stężenia gazów ocieplają atmosferę, prognozy SSP uwzględniają również zmiany społeczne, takie jak zmiany demograficzne, urbanizacja, wzrost gospodarczy i rozwój technologiczny. Śledząc, jak takie zmiany mogą wpłynąć na przyszłe zmiany klimatyczne, naukowcy mają nadzieję, że SSP mogą również pomóc narodom lepiej ocenić, jak osiągnąć własne cele emisyjne zobowiązane w ramach Porozumienia Paryskiego (SN: 12/12/15).

Data drive

Human behaviour isn’t theonly source of uncertainty when it comes to envisioning worst-case scenarios. Scientistsalso są zmagania z symulacji skomplikowanych interakcji fizycznych lodu i oceanu i atmosfery, zwłaszcza jak temperatury nadal rosnąć.

“Większość oceanów ma powietrze na wierzchu, a oceany mają lód na wierzchu. A lód się porusza, lód wchodzi w interakcje. To bardzo trudna rzecz” – mówi Richard Alley, glacjolog z Penn State.

Modele klimatu dopiero teraz dochodzą do punktu, w którym mogą odtworzyć wiele z tych interakcji poprzez “sprzężenie” ich razem w jednej symulacji, mówi Alley. Jest to klucz do dokładnego przewidywania możliwych przyszłości: Takie sprzężone symulacje ujawniają, jak te interakcje wzajemnie się napędzają, podnosząc potencjał jeszcze wyższych temperatur lub jeszcze wyższych mórz.

Ale liczne źródła możliwej niepewności pozostają, jeśli chodzi o przewidywanie tak zwanego najgorszego scenariusza. Na przykład to, jak szybko morza będą się podnosić, jest związane z tym, jak szybko wielkie pokrywy lodowe pokrywające Grenlandię i Antarktydę będą tracić lód na rzecz oceanu, poprzez topnienie lub zapadanie się (SN: 9/25/19).

Symulacje klimatyczne arestill nie odtwarzają tego topnienia dobrze, nawet w specjalnym raporcie IPCC na temat wpływu zmian klimatu na lód i oceany wydanym w październiku 2019 roku. To częściowo dlatego, że naukowcy nie w pełni rozumieją, jak lód reaguje na zmiany klimatu, mówi glacjolog Eric Rignot zUniversity of California, Irvine. “Jedną z największych niewiadomych jest to, w jaki sposób ocieplające się oceany mogą oddziaływać na rozległe podbrzusze lodowców otaczających lądolody, powodując ich erozję – mówi Rignot. Aby określić, w jaki sposób taka erozja może nastąpić, potrzebne są szczegółowe mapy batymetryczne, wykresy tego dna, które mogą ujawnić głębokie kanały, które pozwalają cieplejszej wodzie oceanicznej wkraść się do fiordów i zjeść lodowce (SN: 4/3/18).On i jego koledzy tworzyli niektóre z tych map dla Grenlandii.

Naukowcy próbują również uzyskać dane typu “buty na ziemi”, aby uporać się z innymi niepewnościami, takimi jak to, w jaki sposób ocieplenie może zmienić zachowanie samych arkuszy lodowych, gdy rozciągają się, wyginają i ślizgają po ziemi. W 2018 r. międzynarodowa współpraca naukowców rozpoczęła pięcioletni projekt mający na celu badanie w czasie rzeczywistym rozpadu lodowcaThwaitesa o rozmiarach Florydy na lądolodzie Antarktydy Zachodniej. Ciepłe wody oceaniczne przerzedzają lodowiec, który podtrzymuje lądolód jak podpora, spowalniając przepływ lodu w kierunku oceanu. Thwaites prawdopodobnie się zawali, być może w ciągu najbliższych kilku dekad.

I są też inne procesy, nie uwzględnione jeszcze w modelach CMIP, które mogą spowodować gwałtowne spływanie lodu do morza: Woda topniejąca przesącza się przez pęknięcia i szczeliny do podstawy pokrywy lodowej, smarując jej ślizg z lądu do oceanu. Woda może również zamarzać w stałe, nieprzepuszczalne płyty, które mogą przyspieszyć przepływ nowszej wody do oceanu (SN: 9/18/19). Być może najbardziej przerażająco, niektórzy badacze zasugerowali, że przyszłe ocieplenie może spowodować, że gigantyczne, strome klify lodowe Antarktydy nagle stracą duże kawałki lodu na rzecz oceanu, gwałtownie podnosząc poziom mórz (SN: 2/6/19).

Jest dobry powód, dla którego obecne modele klimatyczne nie uwzględniają hipotezy klifów lodowych, mówi Alley. “Najlepsze modele, te, w które można najbardziej wierzyć, że rekonstruują to, co się ostatnio wydarzyło, generalnie nie poświęcają wiele wysiłku na zrywanie rzeczy” – mówi. Problem nie leży w symulacji fizyki odłamywania się kawałków lodu, ale w dokładnej symulacji, które szelfy lodowe się odłamią – i kiedy. To sprawia, że potencjalny błąd symulacji tych procesów jest bardzo duży.

“To właśnie teraz jest źródłem wielu napięć w społeczności”, dodaje Alley. “Jak sobie z tym poradzić, wciąż jest to bardzo trudne”.

Specjalny raport IPCC z 2019 roku odnotował hipotezę klifu lodowego, ale uznał ją za niezwykle mało prawdopodobną. Ale to nie znaczy, że jest to niemożliwe, mówi Alley – lub że nie zdarzyło się to w przeszłości. Dowody z osadów oceanicznych ujawniają, że w przeszłości olbrzymie góry lodowe odrywały się od klifów kontynentalnych i topiły się w morzu. Jeśli lodowiec Thwaites cofnie się aż do wnętrza Antarktydy, trwające cielenie mogłoby stworzyć masywne klify dwa razy wyższe i 10 razy szersze niż jakiekolwiek obserwowane na Grenlandii, zauważył w grudniu na dorocznym spotkaniu Amerykańskiej Unii Geofizycznej w San Francisco.

IPCC jest “zakładając, że będziemy mieć szczęście i to się nie stanie”, Alley powiedział. Ale dane dotyczące osadów oceanicznych podnoszą “naprawdę poważne pytania dotyczące tego założenia.”

Gettelman, w międzyczasie, ostrzega, że utrzymująca się niepewność w przyszłych prognozach nie oznacza, że świat powinien czekać, aby zobaczyć, co się stanie lub dla naukowców, aby to rozgryźć. “To naprawdę oznacza, że musimy coś szybko zrobić” – mówi. Niezależnie od tego, czy prognozy dotyczące wysokiej temperatury lub wzrostu poziomu morza okażą się prawdziwe, czy nie, “to nadal jest bardzo złe.”

.