沒有時間旅行的氣候學家:為什麼我們使用氣候模型

沒有時間旅行的氣候學家:為什麼我們使用氣候模型 新的氣候模型的改進導致未來氣候預測的不確定性更大。 氣候模型是否存在缺陷並在惡化? 美國宇航局戈達德太空飛行中心

第一個氣候模型建立在物理和化學基本定律的基礎上, 設計學習 氣候系統。 現在,在關於氣候變化的公開討論中,氣候模型的使用已成為熱點。

氣候模式 代表 在物理世界上使用基於這些已知物理定律的一系列方程式。 這些模型是虛擬實驗室。 這些工具使我們能夠執行在現實世界中無法進行的實驗。

像任何科學設備一樣,氣候模型也經過精心開發和檢查。 我們對模型的信心基於其再現當前氣候和觀察到的變化以及氣候變化關鍵時期的能力。 過去.

得到它的權利

氣候模型可靠地反映了我們氣候系統的許多方面。 模型重現了許多重要的自然氣候過程,包括 季節性每天 我們在現實世界中經歷的溫度循環。

氣候模型還可以準確地響應氣候系統自身外部的干擾。 1992年 美國宇航局的科學家 用皮納圖博山火山噴發作為他們模型的測試。 他們準確地預測了在1990年代初對這些火山氣溶膠在現實世界中所觀察到的氣候降溫。

沒有時間旅行的氣候學家:為什麼我們使用氣候模型 比較皮納圖博火山噴發和觀測到的冷卻對氣候模型的預測響應。 改寫自皮納圖博火山爆發:對大氣和氣候的影響(1996)

模型還捕獲了響應溫室氣體增加而觀測到的20世紀全球溫度升高的現象。 實際上,科學家們 準確 氣候模型 預測 早在1975年,甚至在觀測記錄中還沒有發現強烈的變暖之前,全球變暖就已經開始。

沒有時間旅行的氣候學家:為什麼我們使用氣候模型 將1975年的氣候模式預測與觀測結果進行比較。 改編自《懷疑科學》(www.skepticalscience.com/lessons-from-past-climate-predictions-broecker.html)

在虛擬世界中進行實驗

這些虛擬實驗室還幫助我們了解地球相互連接的部分之間相互作用的性質。 我們可以看到 變化 森林砍伐和農業對陸地表面的氣候產生重大影響。

我們還可以檢查氣候系統對大干擾或“強迫”的響應。 之前的學習 顯示 由於北大西洋的理想冰蓋融化,洋流和氣溫可能發生大規模破壞。

模型還使我們能夠研究未來的變化。 楷模 項目 下個世紀極端溫度的大幅升高,這有助於我們評估未來對脆弱系統的影響。

放眼大局

儘管建模取得了成功,但我們仍然可以 決不 完美 用一系列方程式描述我們複雜,混亂的物理世界。 小變化會以復雜的方式影響氣候系統,我們仍在發展對氣候系統最複雜方面的理論理解。

例如,準確地對雲建模仍然是一個挑戰。 我們不知道 究竟 雲是如何形成的,這意味著我們不一定知道如何最好地表示氣候模型中的雲過程。 必要 近似值 我們在建模雲時所做的工作會導致模型與現實世界之間的差異,例如 太多 模型中持續的毛毛雨。

我們對模型結果的信心與時空尺度密切相關。 對於全球規模的模型,與在特定位置,特定時間相比,在更長期,更廣泛的範圍內進行調查可獲得更可靠的結果。

對於所有這些研究,沒有唯一的最佳氣候模型,而是可以一起使用的模型集合。 同時,我們擁有一組對現實世界氣候的可用觀測值,以及其所有固有的混沌變異性。 為了解決這個混亂的因素,我們評估了一組模型的平均值和範圍與觀測值的比較。

當我們使用這種方法並考慮數十年或更長時間的大規模變化時,氣候模型是強大的工具,可讓我們解決有關過去,現在和將來的氣候變化的問題。

最先進的

IPCC的第五次評估報告 即將到期,其中包括對 最新一代 氣候模型。 似乎違反直覺,但早期 結果 這表明對模型的重大改進可能會導致未來氣候預測的不確定性更大而不是更小的不確定性。

仍然存在的不確定性並不表示這些模型正在惡化,也不表示我們對氣候變化的理解越來越不清楚。 實際上,在模擬許多觀測到的氣候方面,氣候模型已經得到了改進。

這些未來的不確定性部分源於更新的模型,這些模型現在包含了更多重要但複雜的過程。 例如,模型現在可能包括工業污染的小顆粒以及氣候,植被和土地表面之間的相互作用。

我們可以 喜歡 發展氣候模型以自然選擇。 成功的模型及其組成要素蓬勃發展,而效果不佳的模型則最終消失並滅絕。

科學的而非政治的工具

儘管最近有所改進,但氣候模型已成為爭論的避雷針。 型號是 越來越政治化 基於模型的研究通常會引起激烈的反響,認為氣候模型有缺陷且無法信任。

這些對模型完善的期望被放錯了位置。 儘管永遠無法獲得模型確定性,但我們對使用氣候模型充滿信心。

氣象學家 努特森和圖萊亞 請注意,“如果我們有對未來的觀察,我們顯然會比模型更相信它們,但是不幸的是,目前尚無對未來的觀察”。

在沒有時間旅行的氣候學家的情況下,模型是理解我們不斷變化的氣候系統的無與倫比的工具。 也就是說,氣候模型是科學工具。 我們應該認識到它們本身,並以嚴格的科學而不是政治的懷疑主義來考慮它們。 談話

關於作者

博士後研究員Sophie Lewis, 墨爾本大學 博士後研究員,莎拉·珀金斯-基爾帕特里克(Sarah Perkins-Kirkpatrick), 新南威爾士大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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