Klimamodeller hjælper os med at svare på, hvordan fremtidens klima bliver. Altså hvilke klimaændringer vi kan se frem til. Klimaændringer er ganske normale på jorden, men ikke umiddelbart forudsigelige.

Et forsøg på at beskrive fremtidens klima, er ved at bruge klimamodeller. Ved hjælp af fysikkens love, matematiske beskrivelser og en masse klimaparametre kan man lave komplekse matematiske modeller, der beregner, hvordan klimasystemet kan ændre sig på lang sigt. For de rigtig store modeller kræver det en meget kraftig computer for at sammenholde alle de nødvendige parametre.

Læs mere: Definition af klima

På mange punkter laves klimamodellerne ud fra samme principper som vejrudsigter. Vejret er beregnet ud fra en computermodel, hvor man indsætter alle de aktuelle vejroplysninger (se oversigt længere nede) og fra den nærmeste fortid (dage-uger). Ud fra det kan man beregne, hvordan vejret vil opføre sig inden for den nærmeste fremtid. Beregningerne er dog kun pålidelige for en uge frem.

I en klimamodel interesserer man sig for at se på det store billede over et større område, lokalt eller globalt. Man ser også på en længere periode frem i tiden. Klimamodeller beregner det gennemsnitlige vejr – og variationerne omkring det – over flere år, mens vejrprognoser beskriver dagenes aktuelle vejr inden for nær fremtid.

Hvad skal man vide for at lave klimamodeller?

En rigtig god klimamodel kan gengive klimaet, som det har været de seneste 30-100 år meget præcist. Hvis modellen ikke kan det, vil forudsigelserne om fremtidens klima ikke være særlig pålidelige. Der må derfor være noget galt med de data, man har lagt ind i modellen.

En klimamodel er bygget op omkring fysikkens love. De er omsat til matematiske formler, der danner basis for modellens forudsigelser.

De vigtigste fysiske love er:

• Bevægelsesligninger (navierstokes) baseret på Newtons love – hvordan luften bevæger sig.
• Tilstandsligningen for idealgasser, som giver sammenhængen mellem tryk, temperatur og densitet.
• Ligningen for masse- og energibevarelse.
• Strålingsligninger, der beskriver, hvordan sol og varmestråling forplanter sig i atmosfæren.

Hvis klimamodellen skal kunne tage højde for alle faktorer i klimasystemet, skal virkninger fra både atmosfæren og oceanerne kobles i en koblet atmosfære-oceanmodel.

Modellen indeholder beskrivelser af forholdene på jorden og i de øverste jordlag: temperatur, fugtighed, snedække, vegetation og jordbundsforhold. Mange af disse parametre kan beskrives via de matematiske formler i modellen.

Men der er en lang række processer, som ikke kan beskrives med generelle formler, fordi de foregår inden for små områder. Det er processer som fx stråling, sky og nedbørsdannelse. De processer er meget afgørende for modellens fremskrivning af klimaet. Mange af processerne må derfor beskrives ud fra erfaringsbestemte sammenhænge, som også kaldes empiriske parametre. Det er disse empiriske parametre, der hovedsageligt udgør forskellen mellem forskellige klimamodeller i dag.

Forudsigelser om klodens fremtidige temperaturstigninger er lavet på beregning af mange forskellige parametre:

• gasindhold i atmosfæren
• partikler i atmosfæren
• temperaturer forskellige steder i atmosfæren, oceanerne og på jorden
• oceanernes strømninger
• overfladearealet af is på jorden
• … og meget andet

Målinger fra fortiden er mindst lige så vigtige i klimamodellerne. Fortidens klima kan aflæses gennem iskerneboringer, palæobiologiske optegnelser og sedimentære undersøgelser. De bliver fodret ind i modellerne, som så gengiver fortidens variationer (før mennesket blandede sig i klimasystemet), og derved giver forskerne grundlag for at kunne genkende og forudsige fremtidens klimavariationer.

Klimamodellens opbygning

Begyndelsesbetingelserne i en klimamodel sættes ofte tilbage til sådan, som klimaet var for nogle år tilbage i tiden, fx 30, 50 eller 100 år tilbage. Modellen skal så med små tids-skridt kunne gengive fortidens klima meget præcist og køre videre med en fremskrivning af klimaet.

Modellerne er bygget op i et tredimensionelt gitterværk. Jordens overflade, oceanerne og atmosfæren inddeles i felter på mellem 100-200 km², og med omkring 20 lag i højden/dybden. For hver af disse kubiske felter fastsættes en række parametre som fortæller, om der er ocean, is eller landjord (overfladens albedo), indholdet af gas og partikler i atmosfæren, fordeling af skydække og nedbør (indstrålingsforhold), temperaturforhold og meget mere, samt alle fysikkens love.

Det gælder om at medtage de parameteriserede processer så nøjagtigt som muligt, så deres samlede indvirkning på de grundlæggende variable i gitternettet er bedst muligt beskrevet.

 

Hvad kan klimamodeller?

Klimamodellerne bruges bl.a. til at undersøge konsekvenser af udefra kommende påvirkninger. Det kan være menneskeskabte ændringer i atmosfærens indhold af drivhusgasser eller fældning af skovene og intensivt landbrug, eller det kan være naturlige påvirkninger som ændringer i solindstråling eller voldsomme vulkanudbrud. En ekstern påvirkning kan blive enten forstærket eller dæmpet i klimasystemet. Det er de såkaldte positive eller negative feedback-mekanismer.

Ved positiv feedback forstærkes konsekvensen, som en given ændring i klimaet har sat i gang.

Et eksempel: Den globale temperaturstigning får isen ved polerne til at smelte. Når isen smelter, bliver det til havvand. Is og sne har en meget lys overflade (høj albedo), og hav har en relativ mørk overflade (lav albedo). Is og sne kan derfor reflektere en meget større del af solindstrålingen i forhold til havvandet, som istedet absorberer strålingen og derved opvarmes. Når vandet bliver varmere, bliver atmosfæren også varmere, hvilket betyder, at endnu mere is og sne smelter. Effekten forstærker altså sig selv.

Et eksempel: En anden vigtig feedbackmekanisme kommer fra drivhusgassen vanddamp. Jo varmere atmosfæren er, jo mere vanddamp kan den indeholde. Det giver anledning til yderligere opvarmning, da den øgede mængde vanddamp i atmosfæren kan absorbere dét mere varmestråling. Effekten bliver derfor yderligere forstærket af den forøgede drivhuseffekt fra vanddamp.

Kan vi så forudsige fremtidens klima korrekt?

Man kan i modellerne ikke tage højde for alle de uforudsete ændringer, der kan ske. Forudsigelser af klimaet er derfor altid usikre. Og da vi ikke kender klimasystemet til bunds, vil vi aldrig kunne forudsige alle de feedback-mekanismer, der vil blive sat i gang.

Der er mange eksempler på feedback-mekanismer, som forskerne først nu opdager, og som tidligere klimamodeller derfor ikke har kunnet tage højde for, for eksempel skyer. Der er forskel på, hvilken virkning skyerne har, afhængig af om de er højtliggende eller lavtliggende. Højtliggende skyer køler klimasystemet, mens lavtliggende skyer varmer klimasystemet.

Man skal også tage højde for, at klimamodellerne ikke kan have alle parametre med i deres beregninger. Det er altid en vurdering, hvilke parametre man skal vælge at tage med.

Inden for nyere klimaforskning er der klare indikationer på, at virkelighedens klima ændrer sig langt hurtigere, end modellerne har kunnet beskrive. For eksempel i forbindelse med den hastighed isen omkring nordpolen smelter. En forklaring kunne være den ovenstående feedback-mekanisme, som tidligere klimamodeller ikke har kunnet tage højde for, da man ikke kendte til den mekanisme.

Det er der taget højde for i de nyere modeller, men kan der så ikke også være flere feedback-mekanismer, som vi ikke kender til endnu? Eller som bare ikke er beskrevet? Iskerneforskning giver et hint om, at der mangler nogle parametre i vores klimaberegninger, da analysen af is fra mange år tilbage tyder på, at klimaændringerne ofte er sket meget pludseligt, hvilket jo så er naturligt, og noget vores nuværende klimamodeller ikke viser – heller ikke i beregningerne for fortidens klima.

De klimamodeller, vi bruger nu, er derfor ikke helt rigtige. Måske er der endnu helt basale ting om klimaet, som vi mangler at forstå? Eller er det, fordi vi lægger de forkerte data ind i modellen?

Læs mere om klimaforståelse

Klimaforståelse
– Klimaforandringer og global opvarmning
– Hvad er klima?
– Drivhuseffekten
– Klimazoner
– Drivhusgasser
– Klimamodeller (denne side)
– Kulstofkredsløbet

 

Kilder

Aktuel Naturvidenskab: Klimaforskernes krystalkugle
DMI, aug. 2008: Klimamodeller
Videnskab.dk, artikel, 2008: Istiden sluttede på kun et par år

Denne artikel stammer oprindeligt fra Climate Minds, som er udviklet af Experimentarium i samarbejde med Dansk Energi og Energyminds.