מדענים מבצעים תחזיות של התחממות כדור הארץ עתידית תוך שימוש במודלים אקלימיים של גידול מורכב יותר בארבעת העשורים האחרונים.

מודלים אלה, המונעים על ידי פיזיקה אטמוספרית וביוגאוכימיה, ממלאים תפקיד חשוב בהבנתנו את האקלים של כדור הארץ וכיצד הוא עשוי להשתנות בעתיד.

Carbon Brief אסף תחזיות של דגמי אקלים בולטים מאז ה- 1973 בכדי לראות עד כמה הן מוקרנות טמפרטורות עולמיות בעבר והן בעתיד, כפי שמוצג בהדמיה הבאה. (לחץ על לחצן ההפעלה כדי להתחיל.)

בעוד שחלק מהדגמים הקרינו התחממות פחות ממה שחווינו וחלקם הצפו יותר, כולם הראו עליית טמפרטורת פני השטח בין 1970 ל- 2016 שלא היו רחוקים מדי ממה שהתרחש בפועל, במיוחד כאשר נלקחים בחשבון הבדלים בפליטות עתידיות משערות.

כיצד היו מודלים אקלימיים בעבר?

בעוד שתחזיות העבר של מודל האקלים נהנות מהידע על ריכוזי גז חממה אטמוספרי, התפרצויות וולקניות ועוד כוח קרינה ההשפעה על האקלים של כדור הארץ, השלכה לעתיד היא מובנת יותר לא ברור. ניתן להעריך מודלים אקלים הן על יכולתן להאפיל על טמפרטורות העבר והן בתחזית של אלה העתידיות.

מכשולי hindcasts - בדיקת דגמים כנגד טמפרטורות העבר - מועילים מכיוון שהם יכולים לשלוט על סכיף קרינה. תחזיות מועילות מכיוון שמודלים לא יכולים להיות כאלה מכוון באופן מרומז להיות דומה לתצפיות. מודלים אקלים הם לא מתאים לטמפרטורות היסטוריותאבל למודלים יש ידע מסוים בתצפיות שיכולות להיות ליידע את בחירתם of פרמטרי מודלים, כמו פיזיקת ענן ואפקטים של אירוסול.

בדוגמאות שלהלן, תחזיות מודל האקלים שפורסמו בין 1973 ל- 2013 מושווים לטמפרטורות שנצפו מ חמישה ארגונים שונים. הדגמים המשמשים בהקרנות משתנות במורכבות, מהפשוטות מודלים של איזון אנרגיה לצמודה מלאה דגמי מערכת כדור הארץ.

(שימו לב, השוואות מודלים / תצפיות אלה משתמשים בתקופת בסיס של 1970-1990 כדי ליישר תצפיות ומודלים במהלך השנים הראשונות של הניתוח, מה שמראה כיצד הטמפרטורות התפתחו עם הזמן בצורה ברורה יותר.)

סוייר, 1973

אחת התחזיות הראשונות להתחממות עתידית הגיעה ג'ון סוייר במשרדי Met בבריטניה ב- 1973. ב מאמר שפורסם ב- Nature ב- 1973, הוא שיער כי העולם יחמם את 0.6C בין 1969 ל- 2000, וכי CO2 האטמוספרי יגדל ב- 25%. סוייר טען בתוקף א רגישות לאקלים - כמה התחממות לטווח ארוך תתרחש בכל הכפלה של רמות CO2 באטמוספרה - של 2.4C, שאינו רחוק מדי הערכה הכי טובה של 3C שמשמש היום את הפאנל הממשלתי לשינויי אקלים.

בניגוד לשאר התחזיות שנבדקו במאמר זה, סוייר לא סיפק התחממות משוערת לכל שנה, אלא רק ערך 2000 צפוי. הערכת ההתחממות שלו על 0.6C הייתה כמעט במקום - ההתחממות שנצפתה באותה תקופה הייתה בין 0.51C ל- 0.56C. עם זאת, הוא העריך יתר על המידה את ריכוזי ה- CO2000 האטמוספריים של 2, לעומת זאת, בהנחה שהם יהיו 375-400ppm - בהשוואה לפועל ערך של 370ppm.

ברוקר, 1975

ההקרנה הראשונה הזמינה של הטמפרטורות העתידיות כתוצאה מהתחממות כדור הארץ הופיעה ב- מאמר ב מדע ב- 1975 שפורסם על ידי מדען אוניברסיטת קולומביה פרופ 'וולי ברוקר. ברוקר השתמש בא מודל איזון אנרגיה פשוט כדי להעריך מה יקרה לטמפרטורת כדור הארץ אם CO2 האטמוספרי ימשיך לעלות במהירות אחרי 1975. ההתחממות החזויה של ברוקר הייתה קרובה למדי לתצפיות במשך כמה עשורים, אך לאחרונה הייתה גבוהה משמעותית.

זה נובע בעיקר בגלל שברוקר העריך יתר על המידה כיצד פליטות CO2 וריכוז אטמוספרי היו גדלים לאחר פרסום המאמר שלו. הוא היה די מדויק עד ל- 2000, וחזה את 373ppm של CO2 - לעומת תצפיות של Mauna Loa בפועל של 370ppm. אולם ב- 2016 העריך כי CO2 יהיה 424ppm, ואילו רק 404 בערב נצפתה.

ברוקר גם לא לקח בחשבון גזי חממה אחרים במודל שלו. עם זאת, ככל שההתחממות משפיעה על מתאן, חמצן דו חנקני ו הלוקים כבר ביטול ברובו על ידי השפעת קירור כוללת של תרסיסים מאז 1970, זה לא עושה את ההבדל הגדול כל כך (אם כי הערכות של כיפות תרסיס יש אי וודאות גדולים).

בדומה לסוייר, ברוקר השתמש ברגישות אקלימית לשיווי משקל של 2.4C להכפלה של CO2. ברוקר הניח שכדור הארץ מתחמם באופן מיידי כדי להתאים CO2 לאווירה, ואילו דגמים מודרניים מראים את הפיגור בין מהירות ההתחממות של האטמוספירה והאוקיינוסים. (ספיגת החום האטית יותר באוקיינוסים מכונה לעתים קרובות "אינרציה תרמית"של מערכת האקלים.)

ניתן לראות את השלכתו (קו שחור) בהשוואה לעליית הטמפרטורה שנצפתה (קווים צבעוניים) בתרשים למטה.

התחממות צפויה מ- Broecker 1975 (קו שחור עבה) בהשוואה לרישומי טמפרטורה תצפיתית מ נאס"א, NOAA, HadCRUT, קאווטן ודרך, ו ברקלי כדור הארץ (קווים צבעוניים דקים) מ- 1970 ל- 2020. תקופת הבסיס של 1970-1990. תרשים מאת פחמן בקצרה באמצעות Highcharts.

ברוקר ביצע את השלכתו בתקופה בה מדענים חשבו כי התצפיות הראה קירור צנוע של כדור הארץ. הוא החל את מאמרו בכך שקבע ברצינות כי "ניתן ליצור מקרה חזק שמגמת הקירור הנוכחית, תוך עשור בערך, תפנה את מקומה להתחממות בולטת הנגרמת על ידי פחמן דו חמצני".

הנסן ואח ', 1981

של נאס"א ד"ר ג'יימס הנסן ועמיתיו פרסם מאמר ב- 1981 שהשתמש גם במודל פשוט של איזון אנרגיה כדי להקרין התחממות עתידית, אך היווה את האינרציה התרמית עקב ספיגת החום באוקיינוס. הם הניחו רגישות אקלימית של 2.8C לפי CO2 להכפלה, אך גם בדקו טווח של 1.4-5.6C להכפלה.

התחממות צפויה מאת Hansen et al 1981 (צמיחה מהירה - קו שחור עבה - וצמיחה איטית - קו אפור דק). תרשים מאת פחמן בקצרה באמצעות Highcharts.

הנסן ועמיתיו הציגו מספר תרחישים שונים, פליטות עתידיות שונות ורגישות אקלים. בתרשים למעלה תוכלו לראות הן את התרחיש "צמיחה מהירה" (קו שחור עבה), בו פליטות CO2 גדלות בשיעור של 4% לאחר 1981, והן תרחיש בעל צמיחה איטית בה הפליטות גדלה ב- 2% בשנה (קו אפור דק ). תרחיש הצמיחה המהירה מעריך במידה מסוימת את הפליטות הנוכחיות, אך בשילוב עם רגישות אקלים נמוכה מעט הוא מספק אומדן של התחממות 2000 המוקדמת קרוב לערכים שנצפו.

שיעור ההתחממות הכללי בין 1970 ל- 2016 שהוקרן על ידי Hansen et al ב- 1981 בתרחיש הצמיחה המהירה היה נמוך בכ- 20% מהתצפיות.

הנסן ואח ', 1988

אל האני מאמר שפורסם מאת הנסן ועמיתיו ב- 1988 ייצגו את אחד המודלים האקלים המודרניים הראשונים. היא חילקה את העולם לתאי רשת נפרדים ברוחב שמונה מעלות באורך 10 מעלות, עם תשע שכבות אנכיות של האטמוספירה. הוא כלל אירוסולים, גזי חממה שונים בנוסף ל- CO2 ודינמיקת ענן בסיסית.

הנסן ואח 'הציגו שלושה תרחישים שונים הקשורים לפליטות גזי חממה עתידיות שונות. תרחיש B מוצג בתרשים למטה כשורה שחורה ועבה, ואילו תרחישים A ו- C מוצגים בקווים אפורים דקים. בתרחיש A צמיחה אקספוננציאלית בפליטות, כאשר CO2 וריכוזי GHG אחרים היו גבוהים משמעותית מהיום.

התחממות צפויה מאת Hansen et al 1988 (תרחיש B - קו שחור עבה - ותרחישים A ו- C - קווים אחידים דקים ומקושטים). תרשים מאת פחמן בקצרה באמצעות Highcharts.

תרחיש ב 'הניח האטה הדרגתית בפליטות CO2, אך היה לו ריכוזים של 401ppm ב- 2016 שהיו די קרובים ל 404ppm נצפתה. עם זאת, תרחיש B הניח את המשך הצמיחה של פליטות של הלוקים שונים שהם גזי חממה חזקים, אך לאחר מכן הוגבלו תחת פרוטוקול מונטריאול מתוך 1987. בתרחיש C היו פליטות שהגיעו כמעט לאפס אחרי השנה 2000.

מבין השלושה, תרחיש B היה הקרוב ביותר לאילוץ קרינה בפועל, אם כי עדיין בערך 10% גבוה מדי. Hansen et al השתמשו גם במודל בעל רגישות אקלימית של 4.2C לפי הכפלת CO2 - בקצה הגבוה של רוב דגמי האקלים המודרניים. בשל השילוב בין גורמים אלה, תרחיש B הציג שיעור התחממות בין 1970 ל- 2016 שהיה גבוה בערך 30% ממה שנצפה.

דוח הערכה ראשון של IPCC, 1990

ה- IPCC דוח הערכה ראשון (FAR) ב- 1990 הוצגו מודלים פשוטים יחסית של איזון אנרגיה / דיפוזיה של אוקיינוס ​​כדי לאמוד שינויים בטמפרטורות האוויר העולמיות. התרחיש העסקי שלהם כהרגלם (BAU) הניח צמיחה מהירה של CO2 אטמוספרי, והגיע ל- 418ppm CO2 ב- 2016, לעומת 404ppm בתצפיות. ה- FAR הניח גם את המשך הצמיחה של ריכוזי ההלוקבון האטמוספרי מהר הרבה יותר ממה שהתרחש בפועל.

ה- FAR העניק הערכה מיטבית לרגישות האקלים כתוצאה מהתחממות 2.5C עבור CO2 הכפילה, עם טווח של 1.5-4.5C. אומדנים אלה מיושמים על תרחיש BAU באיור למטה, כאשר הקו השחור העבה מייצג את האומדן הטוב ביותר ואת הקווים השחורים המקודקים הדקים המייצגים את הקצה הגבוה והנמוך של טווח הרגישות לאקלים.

התחממות צפויה מדוח ההערכה הראשונה של IPCC (קו שחור שחור עבה ממוצע, עם גבולות עליונים ותחתונים מוצגים על ידי קווים שחורים מנוקדים דקים). תרשים מאת פחמן בקצרה באמצעות Highcharts.

למרות ההערכה הטובה ביותר לרגישות האקלים, מעט פחותה מ- 3C ששימשה היום, ה- FAR העריך את שיעור ההתחממות בין 1970 ל- 2016 בסביבות 17% בתרחיש BAU שלהם, והראה שההתחממות של 1C במהלך אותה תקופה לעומת 0.85C נצפתה. זה נובע בעיקר מהתחזית של ריכוזי CO2 באטמוספרה הרבה יותר גבוהים ממה שהתרחש בפועל.

דוח הערכה שני של IPCC, 1995

ה- IPCC דו"ח הערכה שני (SAR) פרסמו רק תחזיות זמינות החל מ- 1990 ואילך. הם השתמשו ברגישות אקלימית של 2.5C, עם טווח של 1.5-4.5C. תרחיש הפליטות הבינוני שלהם, "IS92a", הציג רמות CO2 של 405ppm ב- 2016, כמעט זהים לריכוזים שנצפו. SAR כלל גם טיפול טוב בהרבה באירוסולים אנתרופוגניים, בעלי השפעה מצננת על האקלים.

 התחממות צפויה מדוח ההערכה השנייה של ה- IPCC (קו שחור שחור עבה ממוצע, עם גבולות עליונים ותחתונים מוצגים על ידי קווים שחורים מנוקדים דקים). תרשים מאת פחמן בקצרה באמצעות Highcharts.

כפי שניתן לראות בתרשים לעיל, תחזיותיו של SAR בסופו של דבר היו נמוכות במיוחד מהתצפיות, והתחממו לאט יותר מ- 28 לאורך התקופה מ- 1990 ל- 2016. זה ככל הנראה נובע משילוב של שני גורמים: רגישות אקלימית נמוכה יותר ממה שנמצא באומדנים מודרניים (2.5C לעומת 3C) והערכת יתר של אילוץ קרינתי של CO2 (4.37 וואט למ"ר לעומת 3.7 המשמשים בדו"ח ה- IPCC שלאחר מכן ונמצאים בשימוש כיום).

דוח הערכה שלישי של IPCC, 2001

ה- IPCC דוח הערכה שלישי (TAR) הסתמכה על דגמי מחזור כללי של אטמוספרה-אוקיינוס ​​(GCMs) משבע קבוצות דוגמנות שונות. הם הציגו גם מערכת חדשה של תרחישי פליטה חברתיים-כלכליים, שנקראו SRES, שכלל ארבעה מסלולי פליטה עתידיים שונים.

כאן, פחמן קצר בוחן את תרחיש A2אם כי לכולם יש פליטות ומסלולי התחממות דומים למדי עד ל- 2020. תרחיש A2 הציג ריכוז 2016 CO2 אטמוספרי של 406 ppm, כמעט זהה לזה שנצפה. תרחישי ה- SRES היו מ- 2000 ואילך, עם דגמים שקדמו לשנת 2000 תוך שימוש בכוחות תצפית היסטוריים. הקו האפור המקווקו באיור שלמעלה מראה את הנקודה בה הדגמים עוברים משימוש בפליטות וריכוזים שנצפו לאלה שנחשפו בעתיד.

התחממות צפויה מדוח ההערכה השלישית של ה- IPCC (קו שחור שחור עבה הממוצע, עם גבולות עליונים ותחתונים מוצגים על ידי קווים שחורים מנוקדים דקים). תרשים מאת פחמן קצר באמצעות Highcharts.

תחזית הכותרת של TAR השתמשה במודל אקלים פשוט שהוגדר כך שתואם את התפוקות הממוצעות של שבעה GCMs מתוחכמים יותר, מכיוון שלא פורסם שום ממוצע רב-מודל ספציפי ב- TAR ונתונים לביצוע מודלים בודדים אינם זמינים בקלות. יש לו רגישות אקלימית של 2.8C לפי כפל CO2, עם טווח של 1.5-4.5C. כפי שמוצג בתרשים לעיל, שיעור ההתחממות בין 1970 ל- 2016 ב- TAR היה נמוך בכ- 14% ממה שנצפה בפועל.

דוח הערכה רביעי של IPCC, 2007

ה- IPCC דוח הערכה רביעי (AR4) הוצגו דגמים עם דינמיקה אטמוספרית משופרת משמעותית ורזולוציית הדגם. היא עשתה שימוש רב יותר במודלים של מערכת כדור הארץ - המשלבים ביוגאוכימיה של מחזורי פחמן - כמו גם שיפור בסימולציות של תהליכי קרקע וקרח.

AR4 השתמש באותם תרחישים של SRES כמו ה- TAR, עם פליטות היסטוריות וריכוזים אטמוספריים עד לשנת 2000 והתחזיות לאחר מכן. לדגמים ששימשו ב- AR4 הייתה רגישות אקלימית ממוצעת של 3.26C, עם טווח של 2.1C ל- 4.4C.

התחממות צפויה מדוח ההערכה הרביעי של ה- IPCC (קו הקרנה ממוצע – עבה שחור, שני גבולות עליון ותחתון של שני sigma המוצגים על ידי קווים שחורים מנוקדים דקים). תרשים מאת פחמן קצר באמצעות Highcharts.

באיור לעיל מוצגות ריצות מודל עבור תרחיש A1B (שזה התרחיש היחיד עם ריצות מודל זמינות, למרות שריכוזי ה- 2016 CO2 כמעט זהים לאלה של תרחיש A2). תחזיות AR4 בין 1970 ל- 2016 מציגות התחממות די קרוב לתצפיות, רק 8% גבוהות יותר.

דוח הערכה חמישית של IPCC, 2013

הדו"ח האחרון של ה- IPCC - ה- הערכה חמישית (AR5) - הציג חידודים נוספים בדגמי האקלים, כמו גם הפחתה צנועה בחוסר הוודאות של המודל העתידי לעומת AR4. מודלים האקלים בדוח ה- IPCC האחרון היו חלק מה- פרויקט אינטר-השוואה בין דגם משולב 5 (CMIP5), בה עשרות קבוצות דוגמנות שונות ברחבי העולם ניהלו דגמי אקלים המשתמשים באותה קבוצה של תשומות ותרחישים.

התחממות צפויה מדוח ההערכה החמישית של ה- IPCC (הקרנה ממוצעת - קו שחור עבה, גבולות דו-sigma עליון ותחתון המוצגים על ידי קווים שחורים מנוקדים דקים). קו שחור מקווקו מציג שדות מודלים מעורבבים. תרשים מאת פחמן קצר באמצעות Highcharts.

AR5 הציגה מערכת חדשה של תרחישים עתידיים של ריכוז גזי חממה, הידועים בשם מסלולי ריכוז נציג (RCPs). אלה כוללים תחזיות עתידיות מ- 2006 ואילך, עם נתונים היסטוריים לפני 2006. הקו המקווקו באפור בתמונה שלמעלה מראה היכן הדגמים עוברים משימוש בכפייה שנצפתה לסככות עתידיות מוקרנות.

השוואה בין דגמים אלה לתצפיות יכולה להיות: תרגיל קצת מסובך. השדות הנפוצים ביותר ממודלים אקלים הם טמפרטורות אוויר פנימיות גלובליות. עם זאת, הטמפרטורות הנצפות מגיעות מטמפרטורות אוויר פני השטח על פני היבשה וטמפרטורות פני הים מעל האוקיאנוס.

כדי להסביר זאת, לאחרונה, חוקרים יצרו שדות מודלים מעורבבים, הכוללים טמפרטורות של פני הים מעל האוקיינוסים וטמפרטורות אוויר פני השטח על פני היבשה, כדי להתאים למה שנמדד בפועל בתצפיות. שדות מעורבבים אלה, המוצגים על ידי הקו המקווקו באיור שלמעלה, מראים מעט פחות התחממות מטמפרטורות האוויר של פני השטח העולמיים, שכן לדגמים האוויר מעל האוקיאנוס מתחמם מהר יותר מאשר טמפרטורות פני הים בשנים האחרונות.

טמפרטורות האוויר פני השטח הגלובליות בדגמי CMIP5 התחממו במהירות גבוהה יותר מ- 16% מהתצפיות מאז 1970. בערך 40% מההבדל הזה נובע מטמפרטורות האוויר מעל האוקיינוס ​​מתחממות מהר יותר מאשר טמפרטורות פני הים בדגמים; שדות מודלים מעורבבים מראים רק התחממות של 9% יותר מהר מהתצפיות.

A העיתון האחרון בטבע by איזלין מדהוג ועמיתיו טוענים כי ניתן להסביר את שארית הסטייה על ידי שילוב של שונות טבעית לטווח קצר (בעיקר באוקיאנוס השקט), הרי געש קטנים ותפוקת שמש נמוכה מהצפוי שלא נכללה במודלים בפוסט שלהם תחזיות 2005.

להלן סיכום של כל הדגמים ש- Carbon Brief הסתכל עליהם. הטבלה שלהלן מציגה את ההבדל בשיעור ההתחממות בין כל דגם או קבוצת דגמים לבין של נאס"א תצפיות טמפרטורה. כל רישומי הטמפרטורה התצפיתיים דומים למדי, אך נתוני נאס"א נמנים עם הקבוצה הכוללת כיסוי גלובלי מלא יותר בשנים האחרונות ולכן משווים באופן ישיר יותר לנתוני מודלים אקלימיים.

* הפרשי מגמות SAR מחושבים לאורך התקופה מ- 1990-2016, מכיוון שאומדנים לפני 1990 אינם זמינים בקלות.
# הבדלים בסוגריים על בסיס שדות אדמה / אוקיינוס ​​מודל מעורבב

סיכום

מודלים אקלימיים שפורסמו מאז ה- 1973 היו בדרך כלל מיומנים בהקרנת התחממות עתידית. בעוד שחלקן היו נמוכות מדי וחלקן גבוהות מדי, כולן מראות תוצאות קרוב למדי למה שהתרחש בפועל, במיוחד כאשר נלקחים בחשבון פערים בין ריכוז CO2 לחזוי בפועל לבין כוחות אקלים אחרים.

הדגמים רחוקים מלהיות מושלמים וימשיכו להשתפר לאורך זמן. הם גם מראים מגוון גדול למדי של התחממות עתידית לא ניתן לצמצם בקלות תוך שימוש רק בשינויים באקלים שראינו.

עם זאת, ההתאמה ההדוקה בין התחממות מוקרנת וצפויה מאז 1970 מרמזת כי הערכות להתחממות עתידית עשויות להתברר כמדויקות באותה מידה.

הערה מתודולוגית

מדען איכות הסביבה דנה נוקיטלי מועיל רשימה של השוואות מודלים / תצפיות בעבר, זמינות כאן. ה תוכנת PlotDigitizer שימש להשגת ערכים מנתונים ישנים כאשר נתונים לא היו זמינים בדרך אחרת. נתוני הדגם CMIP3 ו- CMIP5 הושגו מ חוקר האקלים של KNMI.

מאמר זה הופיע במקור פחמן קצר

על המחבר

זיקה האוספר מכסה מחקר במדעי האקלים והאנרגיה במוקד אמריקאי. לזקה תואר שני במדעי הסביבה מאוניברסיטת ייל ואוניברסיטת Vrije אוניברסיטת אמסטרדם, ומשלים דוקטורט במדעי האקלים באוניברסיטת קליפורניה, ברקלי. את 10 השנים האחרונות עבד כמדען ויזם נתונים בתחום הקלינטק.

ספרים קשורים

at InnerSelf Market ואמזון