Jordets klimatframtid är osäker, men världen måste förbereda sig på förändringar.

Klimatsimuleringar är ett sätt att återskapa det fysiska samspelet mellan land, hav och himmel med hjälp av välkända fysikaliska lagar och ekvationer. Sådana modeller kan se in i det förflutna och rekonstruera forntida istider eller växthusvärldar med hjälp av data från stenar och iskärnor.

Men klimatforskare använder också dessa simuleringar för att föreställa sig en rad olika möjliga framtider, särskilt som svar på klimatpåverkande utsläpp av växthusgaser. Dessa scenarier av typen ChooseYour Own Adventure syftar till att förutsäga vad som kommer att hända till följd av olika utsläppsnivåer under de kommande decennierna. Det innebär att man sätter övre och undre gränser för svaren på frågor som t.ex: Hur varmt kommer det att bli? Hur högt kommer havet att stiga?

Den goda nyheten är att klimatsimuleringar blir allt bättre på att återskapa även de mest subtila aspekterna av klimatförändringarna, t.ex. molnens komplicerade fysik, aerosolernas inverkan och havets förmåga att absorbera värme från atmosfären.

Men det finns också dåliga nyheter: Mer information innebär inte alltid mer klarhet. Och det bidrar nu till osäkerheten om hur illa det “värsta scenariot” kan vara för jordens klimat.

För fem år sedan var de troliga värsta klimatscenarierna oroande nog. Enligt ett så kallat “business-as-usual”-scenario, där mänskligheten inte vidtar några åtgärder för att minska utsläppen av växthusgaser, skulle planeten år 2100 ha värmts upp med mellan 2,6 och 4,8 grader Celsius jämfört med jordens medeltemperatur mellan 1986 och 2005 (SN:4/13/14). Enligt 2014 års rapport från IPCC (Intergovernmental Panelon Climate Change) skulle den globala medelvattennivån sannolikt öka med upp till en meter i samma scenario.

Men den senaste generationen klimatmodeller tyder på att jordens klimat kan vara ännu känsligare för mycket höga halter av atmosfärisk koldioxid än vad man tidigare trott. Detta ökar i sin tur prognoserna om hur varmt det kan bli.

“Vi har diskussioner om huruvida vi ska tro på dessa modeller”, säger Andrew Gettelman, klimatforskare vid National Center for Atmospheric Research (NCAR) i Boulder, Colo.

Det beror på att simuleringarna använder samma ekvationer för att undersöka tidigare och framtida klimatförhållanden. Och många simuleringar har fortfarande svårt att exakt återskapa klimatet under mycket varma tidsperioder i det förflutna, till exempel den eocena epoken (SN: 11/3/15). Det visar sig att osäkerheterna ökar i takt med att världen blir varmare. “Ingen argumenterar om huruvida mindre än 2 grader”, säger Gettelman. “Vi argumenterar om den höga nivån.”

Härtan ökar

Den första aningen om att något mycket märkligt pågick med de senaste modellerna kom i mars, vid ett möte i Barcelona med forskare och modellbyggare som arbetade med nästa generations klimatsimuleringar. Många av simuleringarna är avsedda att ingå i IPCC:s nästa utvärderingsrapport, vars första del planeras att släppas i april 2021.

Alla simuleringar innehåller uppskattningar av något som kallas jämviktsklimatkänslighet, eller ECS. Det innebär i princip hur jordens framtida klimat förväntas reagera på ett nytt normaltillstånd – närmare bestämt en atmosfär som innehåller dubbelt så mycket koldioxid som under förindustriell tid.

En liknande trend visas av flera välkända simuleringar som utvecklats av grupper vid NCAR, det amerikanska energidepartementet, Englands Hadley Centre for Climate Prediction and Research i Exeter och det Parisbaserade Institut PierreSimon Laplace, IPSL. I dessa modeller var ECS högre än i tidigare modellgenerationer, vilket innebär att jorden var mer känslig för koldioxid. Om detta är sant tyder det på att gaserna kan utöva ett ännu större inflytande på jordens atmosfär än vad man trodde. I slutändan kan det betyda att temperaturen kan bli högre än vad de högsta tidigare prognoserna antydde.

I september offentliggjorde forskare från IPSL och det franska National Center for Scientific Research (CNRS) i Paris sina simuleringar. På grundval av prognoser från två separata klimatmodeller rapporterade grupperna att den genomsnittliga globala uppvärmningen fram till 2100 skulle kunna stiga så mycket som 6-7 grader C (eller cirka 11-13 grader Fahrenheit) jämfört med förindustriell tid.

Som många nya klimatsimuleringar har de två franska modellerna finare upplösning och bättre representationer av verkliga förhållanden än tidigare simuleringar. När de nya simuleringarna testas mot dagens klimatobservationer är de också bättre på att återge dessa observationer, säger CNRS-klimatforskaren Olivier Boucher.

Men det höga ECS är fortfarande en överraskning: “Vår är bättre” när det gäller fysiken, säger Boucher. “Men det innebär inte automatiskt att vi har större förtroende för framtida prognoser.”

Denna ECS-frågetecken, som många av modellerna fortfarande visar, togs upp igen den 21 november vid ett möte med NationalAcademy of Sciences atmospheric and climate science board i Washington, D.C. Den troligaste orsaken till det höga ECS, sade Gettelman vid mötet, låg i hur mycket modellerna uppskattar att molnen kommer att förstärka uppvärmningen (SN: 3/22/14). Bland andra faktorer spelar det roll hur högt molnen befinner sig i atmosfären: Moln på lägre höjd kan reflektera solljus tillbaka till rymden, medan moln på högre höjd kan fånga in värme. Gettelman och hans kollegor diskuterade också molnens betydelse för ECS-modellering i juli i Geophysical Research Letters.

“Moln på höga latituder verkar vara ganska viktiga”, säger Gettelman. Regionen över södra havet är av särskilt intresse, men det finns nu studier på gång för att undersöka effekterna av moln på hög höjd i Arktis och moln på lägre höjd i tropikerna.

Ett nytt paradigm

Att lösa hur man skall diskutera modellerna för hög-ECS kommer troligen att bli en huvudvärk för författarna till nästa IPCC-rapport. Landskapet med klimatsimuleringar blir mer komplicerat även på andra sätt.

För IPCC:s rapport från 2014 deltog klimatmodellerare också i den femte iterationen av ett projekt för att fastställa standarder och scenarier för klimatprognoser. Projektet kallas WorldClimate Research Programme’s Coupled Model Intercomparison Project, förkortat CMIP5.

CMIP5:s framtidsprognoser organiserades med hjälp av ett koncept som kallas “representativa koncentrationsvägar” eller RCP. Varje väg beskrev en möjlig klimatframtid baserad på de fysiska effekterna av växthusgaser, som koldioxid och metan, när de dröjer sig kvar i atmosfären och fångar upp strålning från solen. En jord där utsläppen av växthusgaser minskas dramatiskt och snabbt representerades av ett scenario som kallades RCP 2,6. Scenariot med en oförändrad utveckling kallades RCP 8,5.

I IPCC:s kommande sjätte utvärderingsrapport kommer att bygga på prognoser från CMIP6, de nya mer känsliga modellerna. I dem är RCP:erna borta och ett nytt paradigm som kallas “sharedsocioeconomic pathways”, eller SSP:er, är inne.

Men medan RCP-prognoserna enbart baseras på hur olika koncentrationer av gaser värmer upp atmosfären, omfattar SSP-prognoserna även samhällsförändringar, såsom förändringar i demografi, urbanisering, ekonomisk tillväxt och teknisk utveckling. Genom att följa upp hur sådana förändringar kan påverka framtida klimatförändringar hoppas forskarna att SSP-prognoserna också kan hjälpa nationerna att bättre bedöma hur de ska uppfylla sina egna utsläppsmål som de lovat enligt Parisavtalet (SN: 12/12/15).

Datadrift

Mänskligt beteende är inte den enda källan till osäkerhet när det gäller att föreställa sig de värsta scenarierna. Forskarna brottas också med att simulera de komplicerade fysiska interaktionerna mellan is och hav och atmosfär, särskilt när temperaturen fortsätter att stiga.

“De flesta oceaner har luft ovanpå sig, och oceaner har is ovanpå sig. Och isen rör sig, isen interagerar. Det är en mycket svår sak”, säger Richard Alley, aglaciolog vid Penn State.

Klimatmodellerna har just nu kommit så långt att de kan återge många av dessa interaktioner genom att “koppla” dem till en simulering, säger Alley. Att göra detta är nyckeln till en korrekt prognostisering av möjliga framtider: Sådana kopplade simuleringar avslöjar hur dessa interaktioner påverkar varandra, vilket ökar potentialen för ännu högre temperaturer eller ännu högre hav.

Men många källor till möjlig osäkerhet kvarstår när det gäller att förutse det så kallade värsta scenariot. Hur snabbt haven kommer att stiga är till exempel kopplat till hur snabbt de stora istäcken som täcker Grönland och Antarktis kommer att förlora is till havet genom att smälta eller kollapsa (SN: 9/25/19).

Klimatsimuleringar reproducerar fortfarande inte den smältningen på ett bra sätt, inte ens i IPCC:s särskilda rapport om klimatförändringarnas effekter på is och hav som släpps i oktober 2019. Det beror delvis på att forskarna inte helt och hållet förstår hur isen reagerar på klimatförändringar, säger glaciologen Eric Rignot vidUniversity of California, Irvine. “Vi gör framsteg”, säger han, “men vi är inte framme.”

En av de största osäkerheterna är hur uppvärmda hav kan interagera med de stora underliggande glaciärerna som omgärdar inlandsisen och erodera dem, säger Rignot. För att identifiera hur sådan erosion kan ske krävs detaljerade batymetriska kartor, kartor över dessa bottnar som kan avslöja djupa kanaler som gör det möjligt för varmare havsvatten att smyga in i fjordar och äta upp glaciärerna (SN: 4/3/18).Han och hans kollegor har skapat några av dessa kartor för Grönland.

Vetenskapsmännen försöker också få fram data från marken för att ta itu med andra osäkerhetsfaktorer, t.ex. hur uppvärmningen kan förändra själva inlandsisens beteende när de sträcker sig, böjer sig och glider över marken. Under 2018 inledde ett internationellt samarbete av forskare ett femårigt projekt för att studera upplösningen av den Florida-stora Thwaites-glaciären i Västantarktiska istäcket i realtid. Varmt havsvatten tunnar ut glaciären, som stödjer inlandsisen som en stöttepelare,vilket bromsar isflödet mot havet. Thwaites kommer troligen att kollapsa, eventuellt inom de närmaste decennierna.

Och det finns andra processer som ännu inte ingår i CMIP-modellerna och som kan få isen att snabbt tumla ut i havet: Smältvatten sipprar genom sprickor och klyftor till isskiktets bas och smörjer dess glidning från land till hav. Smältvatten kan också frysa till fasta, ogenomträngliga plattor som kan påskynda flödet av nyare smältvatten till havet (SN: 18/9/19). Det kanske mest skrämmande är att vissa forskare har föreslagit att en framtida uppvärmning kan leda till att Antarktis gigantiska, branta isklippor plötsligt förlorar stora isbitar till havet, vilket snabbt höjer havsnivåerna (SN: 2/6/19).

Det finns en bra anledning till att de nuvarande klimatmodellerna inte inkluderar hypotesen om isklippor, säger Alley. “De bästa modellerna, de som man kan lita mest på att de rekonstruerar vad som har hänt nyligen, lägger i allmänhet inte ner så mycket kraft på att bryta av saker och ting”, säger han. Problemet ligger inte i att simulera fysiken i att isbitar bryts av, utan i att simulera exakt vilka ishyllor som kommer att brytas av – och när. Det gör att det potentiella felet i simuleringen av dessa processer är mycket stort.

“Det är en stor del av spänningen i samhället just nu”, tillägger Alley. “Hur man ska hantera detta är fortfarande mycket svårt.”

I IPCC:s särskilda rapport från 2019 noterade hypotesen om isklippan, men ansåg den extremt osannolik. Men det betyder inte att det är omöjligt, säger Alley – eller att det inte har hänt tidigare. Bevis från havssediment avslöjar att gigantiska isberg har brutit sig loss från kontinentbaserade klippor och smält ut i havet i det förflutna. Om Thwaites-glaciären drar sig tillbaka hela vägen till Antarktis inre, skulle pågående kalvning kunna skapa massiva klippor som är dubbelt så höga och tio gånger så breda som de som observerats på Grönland, konstaterade han i december vid American Geophysical Unions årsmöte i San Francisco.

IPCC “antar att vi kommer att ha tur och att det inte kommer att hända”, sade Alley. Men uppgifterna om havssediment väcker “riktigt allvarliga frågor om det antagandet”.

Gettelman varnar samtidigt för att den bestående osäkerheten i framtida prognoser inte innebär att världen ska vänta på att se vad som händer eller att forskarna ska ta reda på det. “Det betyder verkligen att vi måste göra något snart”, säger han. Oavsett om prognoserna för den höga temperaturen eller havsnivåhöjningen visar sig vara riktiga eller inte, “är det fortfarande ganska illa”.