Téměř pět let se mezinárodní konsorcium vědců honilo za mraky, odhodláno vyřešit problém, který po celou generaci mařil předpovědi klimatických změn. Jak tyto obláčky vodní páry ovlivňují globální oteplování? Přepracovali 2,1 milionu řádků superpočítačového kódu používaného ke zkoumání budoucnosti klimatických změn, přidali složitější rovnice pro mraky a stovky dalších vylepšení. Testovali rovnice, odladili je a znovu testovali. Vědci by zjistili, že ani ty nejlepší nástroje, které jsou po ruce, nedokážou modelovat klima s jistotou, kterou svět potřebuje, protože rostoucí teploty ovlivňují téměř všechny oblasti.
Když v roce 2018 spustili aktualizovanou simulaci, závěr je otřásl: zemská atmosféra byla mnohem citlivější na skleníkové plyny, než předpovídaly desetiletí předchozích modelů, a budoucí teploty by mohly být mnohem vyšší, než se obávali – možná dokonce bez naděje na praktickou nápravu. „Mysleli jsme, že je to opravdu divné,“ řekl Gokhan Danabasoglu, hlavní vědec projektu klimatického modelu v laboratoři Mesa v Boulderu v Národním centru pro výzkum atmosféry nebo NCAR. „Pokud to číslo bylo správné, byla to opravdu špatná zpráva.“
„Starý způsob je prostě špatný, to víme.“
Andrew Gettelman, fyzik z NCAR, který se specializuje na mraky
Nejméně 20 starších, jednodušších globálních klimatických modelů nesouhlasilo s tím novým v NCAR, open-source model nazvaný Community Earth System Model 2 nebo CESM2, financovaný hlavně americkou National Science Foundation a pravděpodobně nejvlivnějším klimatickým programem na světě. Potom tucet skupin zabývajících se klimatickými modely z celého světa jednu po druhé vytvořil podobné prognózy. „Nebyli jsme to jen my,“ řekl Dr. Danabasoglu. Vědci brzy dospěli k závěru, že jejich nové výpočty byly svrženy fyzikou mraků v oteplujícím se světě, což může zesílit nebo ztlumit klimatické změny. „Starý způsob je prostě špatný, to víme,“ řekl Andrew Gettelman, fyzik z NCAR, který se specializuje na mraky a pomohl vyvinout model CESM2. „Myslím, že naše vyšší citlivost je také špatná.“ Je to pravděpodobně důsledek jiných věcí, které jsme udělali tím, že jsme udělali mraky lepší a realističtější. Vyřešíte jeden problém a vytvoříte další.“
Možná byste si chtěli přečíst
Od té doby vědci CESM2 přepracovávají své algoritmy pro změnu klimatu pomocí záplavy nových informací o účincích rostoucích teplot, aby lépe porozuměli fyzice v práci. Opustili své nejextrémnější výpočty klimatické citlivosti, ale jejich novější projekce budoucího globálního oteplování jsou stále hrozivé – a stále se mění. Když světoví lídři zvažují, jak omezit skleníkové plyny, silně závisí na tom, co předpovídají počítačové klimatické modely. Ale jak se algoritmy a počítač, na kterém běží, stávají výkonnějšími – schopnými zpracovat mnohem více dat a dělat lepší simulace – tato velmi složitost způsobila, že klimatologové se potýkají s nesouladem mezi konkurenčními počítačovými modely.
I když jsou klimatické modely zásadní pro výpočet způsobů, jak přežít oteplující se svět, narážejí na zeď. Narážejí na složitost související fyziky; limity vědecké práce na počítači; nejistoty ohledně nuancí klimatického chování; a výzva držet krok s rostoucí úrovní oxidu uhličitého, metanu a dalších skleníkových plynů. Navzdory významným vylepšením jsou nové modely stále příliš nepřesné na to, aby je bylo možné brát v nominální hodnotě, což znamená, že projekce změny klimatu stále vyžadují posouzení. „Máme situaci, kdy se modely chovají podivně,“ řekl Gavin Schmidt, ředitel Goddardova institutu pro vesmírné vědy Národního úřadu pro letectví a vesmír, předního centra pro modelování klimatu. „Máme hádanku.“
Mezivládní panel OSN pro změnu klimatu shromažďuje nejnovější údaje o klimatu získané z tisíců vědeckých prací a desítek klimatických modelů, včetně modelu CESM2, aby stanovil mezinárodní standard pro hodnocení dopadů změny klimatu. To poskytuje tvůrcům politik ve 195 zemích nejaktuálnější vědecký konsensus týkající se globálního oteplování. Její další hlavní poradní zpráva, která bude sloužit jako základ pro mezinárodní jednání, se očekává koncem tohoto roku. Pro modeláře klimatu se rozdíl v projekcích rovná několika stupňům průměrné změny teploty v reakci na úrovně oxidu uhličitého přidaného do atmosféry v letech dopředu. Většina vědců tvrdí, že pár stupňů bude více než dost na to, aby se zhoršily bouře, zintenzivnily srážky, urychlilo stoupání hladiny moří – a způsobilo by se extrémnější vlny veder, sucha a další následky související s teplotou, jako je neúroda a šíření infekčních chorob. nemocí.
Klimatické modely umístily planetu do digitální zkumavky. Když se světoví lídři v roce 1992 setkali v Rio de Janeiru, aby vyjednali první komplexní globální klimatickou smlouvu, existovaly pouze čtyři základní modely, které mohly vyjednat pro vyjednavače smluv vytvořit projekce globálního oteplování. V listopadu 2021, když se lídři setkali v Glasgow, aby vyjednali limity pro skleníkové plyny pod záštitou Pařížských dohod z roku 2015, bylo vytvořeno více než 100 hlavních globálních modelů změny klimatu vytvořených 49 různými výzkumnými skupinami, což odráží příliv lidí do této oblasti. . Během jednání o smlouvě odborníci OSN představili klimatické modelové projekce budoucích scénářů globálního oteplování, včetně dat z modelu CESM2.
„Udělali jsme z těchto modelů nástroj, který ukazuje, co se může stát světu,“ řekl Gerald Meehl, vedoucí vědec z NCAR Mesa Laboratory. „Toto jsou informace, které tvůrci politik nemohou získat jiným způsobem.“ Královská švédská akademie věd v říjnu udělila Nobelovu cenu za fyziku vědcům, jejichž práce položila základ pro počítačové simulace globální změny klimatu. Skeptici se po desetiletí posmívali klimatickým modelům a tvrdili, že nadhodnocují nebezpečí oxidu uhličitého. Ale rostoucí počet výzkumů ukazuje, že mnoho klimatických modelů bylo neuvěřitelně přesných. Pro jednu nedávnou studii vědci z NASA, Breakthrough Institute v Berkeley v Kalifornii a Massachusetts Institute of Technology vyhodnotili 17 modelů používaných v letech 1970 až 2007 a zjistili, že většina předpokládaných klimatických posunů byla „nerozlišitelná od toho, co se skutečně stalo“.
Klimatolog Zeke Hausfather z Breakthrough Institute, skupiny zabývající se výzkumem životního prostředí, který vedl analýzu, řekl: „Skutečnost, že tyto rané modely mají budoucnost správně, by nám měla dodat sebevědomí.“ Přesto modely zůstávají náchylné k technickým závadám a brzdí je neúplné pochopení proměnných, které řídí, jak naše planeta reaguje na plyny zachycující teplo. Stále existují nezodpovězené klimatické otázky o jemné souhře pevniny, oceánů a atmosféry. Oceány se mohou oteplovat rychleji, než předpovídaly předchozí modely. Vliv polétavého prachu, sazí, písku a aerosolů je stále těžké určit. Panel OSN pro změnu klimatu v loňském roce ve svých pokynech vládám poprvé bagatelizoval ty nejextrémnější prognózy.
Před vytvořením nových klimatických předpovědí pro tvůrce politik použila nezávislá skupina vědců techniku zvanou „hind-casting“, která testovala, jak dobře modely reprodukují změny, ke kterým došlo během 20. století a dříve. Za přijatelné byly považovány pouze modely, které přesně znovu vytvořily minulé klimatické chování. V tomto procesu vědci konsorcia NCAR zkontrolovali, zda pokročilé modely mohou reprodukovat klima během poslední doby ledové, před 21 000 lety, kdy byly hladiny oxidu uhličitého a teploty mnohem nižší než dnes. CESM2 a další nové modely předpovídaly teploty mnohem nižší, než naznačovaly geologické důkazy. Vědci z University of Michigan poté testovali nové modely proti klimatu před 50 miliony let, kdy byly hladiny skleníkových plynů a teploty mnohem vyšší než dnes.
Nové modely předpovídaly vyšší teploty, než naznačovaly důkazy. I když jsou nové modely přesné téměř ve všech ostatních klimatických faktorech, zdály se být příliš citlivé na měnící se hladiny oxidu uhličitého a v posledních několika letech je vědci pečlivě dolaďovali, aby zúžili nejistoty. Pak je tu „mraková“ hádanka. Protože mraky mohou, jak odrážet sluneční záření do vesmíru, tak zachycovat teplo ze zemského povrchu, patří mezi největší výzvy pro vědce při zdokonalování klimatických modelů. V každém okamžiku pokrývají mraky více než dvě třetiny planety. Jejich dopad na klima závisí na tom, jak jsou reflexní, jak vysoko stoupají a zda je den nebo noc. Mohou urychlit oteplení nebo zchladit. Fungují v měřítku širokém jako oceán a malém jako vlas. Studie ukazují, že jejich chování může být ovlivněno faktory od kosmického záření po oceánské mikroby, které emitují částice síry, které se stávají jádry vodních kapiček nebo ledových krystalků.
„Pokud nemáte mraky správně, všechno je v nepořádku.“ řekl Tapio Schneider, atmosférický vědec z California Institute of Technology a Climate Modeling Alliance, která vyvíjí experimentální model. „Mraky jsou velmi důležité pro regulaci energetické rovnováhy Země.“ Starší modely, které se spoléhají na jednodušší metody modelování účinků mraků, po desetiletí tvrdily, že zdvojnásobení atmosférického oxidu uhličitého nad předindustriální úroveň by oteplilo svět o 2,7 až 8 stupňů Fahrenheita (1,5 až 4,5 stupně Celsia). Nové modely podrobněji popisují fyziku mraků. CESM2 předpověděl, že zdvojnásobení oxidu uhličitého způsobí oteplení o 9,5 stupně Fahrenheita (5,3 stupně Celsia) – téměř o třetinu vyšší než u předchozí verze jejich modelu, uvedli vědci konsorcia. V nezávislém hodnocení 39 modelů globálního klimatu v loňském roce vědci zjistili, že 13 z nových modelů poskytlo výrazně vyšší odhady globálních teplot způsobených rostoucími hladinami oxidu uhličitého v atmosféře než starší počítačové modely – vědci je nazývali „vlčí smečka“ Po zvážení historických důkazů o změnách teploty byly tyto odhady považovány za nerealistické.
Podle studie vědců NCAR zveřejněné v lednu 2021 přidáním mnohem podrobnějších rovnic pro simulaci mraků mohli vědci zavést malé chyby, které by mohly způsobit, že jejich modely budou méně přesné než předpoklady oblaků s tupou silou starších modelů. S přihlédnutím k nejistotám zúžil panel OSN pro změnu klimatu ve své nejnovější zprávě pro tvůrce politik loni v srpnu svůj odhad citlivosti klimatu na rozsah mezi 4,5 a 7,2 stupně Fahrenheita (2,5 až 4 stupně Celsia). To naznačuje, že globální oteplování by mohlo být stále dostatečně vysoké, aby zpochybnilo cíle stanovené pařížskou dohodou o klimatu z roku 2015, uvedli vědci z panelu. Dr. Gettelman, který pomohl vyvinout CESM2, a jeho kolegové ve svém počátečním upgradu přidali lepší způsoby, jak modelovat polární ledové čepičky a jak uhlík a dusík kolují v prostředí. Aby byl oceán realističtější, přidali vlny poháněné větrem. Doladili fyziku v jeho algoritmech a zefektivnili jeho starý Fortran kód.
Je těžké vědět, kam je složitost mraků zavedla, řekl Dr. Danabasoglu. „S tolika řádky kódu a tolika fyzikou se mohou stát věci,“ řekl. „Emocionálně jsme tolik investovali do získání nejlepšího modelu, který dokážeme sestavit.“ I ten nejjednodušší diagnostický test je náročný. Model rozděluje Zemi do virtuální sítě 64 800 krychlí, z nichž každá má 100 kilometrů na jedné straně, naskládaných do 72 vrstev. Pro každou projekci musí počítač každých 30 minut vypočítat 4,6 milionu datových bodů. Pro testování upgradu nebo opravy výzkumníci obvykle nechávají model běžet po dobu 300 let simulovaného počítačového času. Ve své počáteční analýze vědci objevili chybu v tom, jak CESM2 modeloval způsob, jakým vlhkost interaguje se sazemi, prachem nebo částicemi mořské vody, které umožňují vodní páře kondenzovat do kapiček mraků. Týmu 10 klimatických expertů trvalo téměř 5 měsíců, než to vypátrali k chybě v jejich datech a opravili ji, uvedli vědci.
Prostřednictvím terénních experimentů se dále dozvěděli, že jasná nízkoúrovňová mračna u pobřeží Antarktidy nejsou ani ledové krystaly, ani kapky mraků, jak předpokládaly modely, ale přechlazená kapalina, která ovlivňuje, jak mraky ochlazují povrch. Od vydání softwaru s otevřeným zdrojovým kódem v roce 2018 vědci z NCAR pětkrát aktualizovali model CESM2 s dalšími vylepšeními ve vývoji. „Stále hloubíme,“ řekl Jean-Francois Lamarque, ředitel laboratoře pro klima a globální dynamiku NCAR, který byl bývalým hlavním vědcem projektu. „Bude to trvat pěkných pár let.“ Podle analýzy satelitních dat vědců ze Scripps Institution of Oceanography v San Diegu se navíc mraky mění v reakci na rostoucí globální teploty způsoby, které mohou oteplování zhoršit – přesně jak předpovídaly starší klimatické modely. Od 80. let 20. století se podle vědců svět směrem k pólům zakalil a ve středních šířkách ubylo. Bouřkové mraky také vzrostly.
Jak teplota oceánů v posledních letech vzrostla, nad širokými oblastmi otevřených moří se vytvořilo méně jasných, reflexních nízko položených mraků, podle nové studie zveřejněné v září vědci z kalifornské Big Bear Solar Observatory a New York University. To znamená, že více slunečního tepla je zachycováno v atmosféře, kde zvyšuje růst teplot – proces, který se zdá být zrychlený, uvedli vědci.
Zdroj: Wall Street Journal
