Miksi ilmastomallit epäonnistuvat menneiden lämpötilojen mallintamisessa Arktisella alueella?

(Arska Setä) #1

Ilmastomallien lämpötilat eivät korreloi millään tavalla totetuneiden lämpötilojen kanssa. Ilmastomalleista näyttää puuttuvan suuria luontaisia muuttujia varsinkin Arktisella alueella.

(Petteri Uotila) #3

Hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin (IPCC) 5. arviointiraportin mukaan näin ei näyttäisi olevan.

Arviointiraportin tiivistelmäosion (Summary for Policymakers, SPM) kuvan SPM.6 (alla) mukaan CMIP5 ilmastomallit pystyvät realistisesti toistamaan Jäämeren merijään vähenemisen, mikä liittyy vahvasti alueen lämpötilan nousuun. Samasta kuvasta voi vertailla myös lämpötilan, merijään ja meren lämpösisällön ennusteita muilla alueilla. Kuvissa on eriteltynä mallien antamat tulokset, kun ihmisen aiheuttamia päästöjä (kasvihuonekaasut ja pienhiukkaset) ei ole huomioitu sekä tulokset, joissa ihmistoiminnan vaikutus on mukana. Vain ihmiskunnan päästöt huomioimalla mallit tuottavat havaitun trendin lämpötilalle ja muille kuvan suureille.

Lisäksi Fyfe ym. (2013) osoittavat, että nämä samat ilmastomallit korreloivat varsin hyvin Arktisen alueen toteutuneiden lämpötilojen kanssa vuosina 1900 - 2005.

[CMIP5-ilmastomalleilla tarkoitetaan viimeisimmässä IPCC:n koordinoimassa ilmastomallien vertailututkimuksessa käytettyjä ilmastomalleja (CMIP = Coupled Model Intercomparison project, numero viittaa projektin järjestyslukuun). Nämä mallit ovat uusimpia ilmastomalleja, joissa ilmastosysteemin kaikki osat - ilmakehä, meret, kasvillisuus, jääpeite - ovat mukana. Eri tutkimusinstituuteilla on hieman toisistaan poikkeavat mallit ja näiden tuloksia verrataan CMIP-vertailuprojektissa. Usean mallin vertailulla varmistetaan, että simulaatioiden tulokset ovat mahdollisimman luotettavia ja yksittäisen mallin mahdolliset puutteet eivät vaikuta tuloksiin.]

Kuva SPM.6. Ilmaston tähänastisen havaitun lämpenemisen vertailua mallien tuloksiin kolmen ilmastomuuttujan perusteella: pintalämpötila eri maanosissa, Pohjoisen ja Eteläisen jäämeren jääpeitteen pinta-alat syyskuussa ja ylimpään vesikerrokseen sitoutuneen lämpöenergian määrä (OHC = ocean heat content) eri merialueilla. CMIP5-mallien tuloksista laskettu 5–95 %:n epävarmuusväli on merkitty varjostuksella. Punainen varjostus kuvaa mallikokeita, joissa on käytetty pakotteena sekä luonnollisia pakotetekijöitä että ihmisten tuottamia päästöjä. Sinisellä varjostetut nauhat esittävät mallikokeita, joissa on huomioitu vain luonnolliset pakotteet. Kuvan alaosassa on esitetty lämpötilan ja meriveden lämpösisällön muutosten maailmanlaajuiset keskiarvot.
Pintalämpötilojen poikkeamat on laskettu suhteessa jakson 1880–1919 keskiarvoon; meriveden lämpötiloille vertailujakso on 1960–1980 ja jääpeitteelle 1979–1999. Havaintoihin perustuvat aikasarjat (mustat käyrät) on esitetty kymmenen vuoden keskiarvoina. Jos epävarmuus on havaintojen puutteellisuuden takia suurta, on käytetty katkoviivaa: esimerkiksi lämpötilan aikasarjoissa silloin, kun havaintotietojen alueellinen kattavuus on alle 50 %.

Lähteet:

IPCC:n 5. arviointiraportti (WG1), Summary for Policymakers: https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/WG1AR5_SPM_FINAL.pdf
[Koko IPCC:n 5. arviointiraportti, (Fifth assessment report, Working group I: The Physical Science Basis, 2013): https://www.ipcc.ch/report/ar5/wg1/]

Summary for Policymakers suomennos: https://ilmatieteenlaitos.fi/documents/30106/42362/ipcc5-yhteenveto-suomennos.pdf

Fyfe, J.C. et al. One hundred years of Arctic surface temperature variation due to anthropogenic influence. Sci. Rep. 3, 2645; DOI:10.1038/srep02645 (2013).

Tietoa CMIP-projektista: https://cmip.llnl.gov

(Arska Setä) #4

Kiitos vastauksesta.
Valitettavasti kysymykseni koski Arktisen alueen lämpötiloja, sillä Arktista aluetta pidetään ilmaston muutoksen näyttämönä. Miksi juuri täällä ilmastomallit ja pitkät lämpötila-aikasarjat eivät kohtaa? Ilmastomalleista näyttää puuttuvan komponentteja, jotka mallintaisivat merien syklisten muutosten vaikutusta alailmakehän lämpötilaan.

(Petteri Uotila) #5

Kiitos kommentistasi. Jos luet vastaukseni huolella ymmärrät, että se koskee juuri Arktisen alueen lämpötiloja ja osoittaa että ilmastomallit ja lämpötila-aikasarjat kohtaavat ihan hyvin. Arktisen alueen pitkissä lämpötila-aikasarjoissa on omat epävarmuutensa, jotka on otettava huomioon verrattaessa niitä mallituloksiin.

Tässä kuva (Figure 2.) viittaamastani Fyfe et al. artikkelista.

Kuvassa punaiset ja vihreät käyrät osoittavat mittausdataa; mustat ja siniset käyrät mallien tuottamia tuloksia. Musta käyrä edustaa mallitutoksia, joilla on paras vastaavuus mittausten kanssa ja sininen mallituloksia, joiden vastaavuus on heikoin mittausten kanssa. Myös heikommin mittaustuloksia vastaavat malliajot tuottavat viime vuosikymmenien lämpenemisen Arktisella alueella hyvin. Harmaalla varjostettu alue käyrien ympärillä osoittaa koko “malliajoperheen” (model ensemble = suuri määrä malliajoja hieman erilaisilla parametreilla) vaihteluvälin (+/- keskihajonta keskiarvon ympärillä).

[Kuvassa GHG = kasvihuonekaasut, NAT = luonnolliset tekijät (auringon aktiiviisuus ja tulivuoret), OTH = muut ihmisen tuottamat tekijät (mm. aerosolit)]

Figure 2. Anomalies of Arctic surface temperature.
Model simulations are with anthropogenic plus natural (ALL) forcing, greenhouse gas (and ozone forcing in five models; GHG) forcing, natural (combined solar and volcanic; NAT) forcing and other anthropogenic (OTH) forcing. Red curves show 100 realizations of near-global HadCRUT4 observations12 and the green curve shows North Polar Area (NPA) observations13. Black (blue) curves are ensemble-averages over the six CMIP5 simulations with the best (worst) agreement between simulated and observed piecewise linear approximations. Grey shading is ± one standard deviation over the full ensemble of 18 CMIP5 models. Anomalies are relative to the 1961 to 1990 climatology.

(Eero Wallenius) #6

Miksi eivät ilmastomallit tunnista lämpötilan nousemattomuuta etelänavalla?