Ελαττωματικά Kλιματικά Mοντέλα

Η σχέση μεταξύ του CO2 και της θερμοκρασίας είναι πιο περίπλοκη από ό,τι δείχνουν οι πολεμικές αντιπαραθέσεις.

Μετάφραση: Απολλόδωρος

4 Aπριλίου 2017 | David R. Henderson, Charles L. Hooper | Διαβάστε το εδώ

---

Η ατμόσφαιρα είναι περίπου 0,8˚ Κελσίου θερμότερη από ό,τι ήταν το 1850. Δεδομένου ότι η ατμοσφαιρική συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα έχει αυξηθεί κατά 40% από το 1750 και ότι το CO2 είναι αέριο του θερμοκηπίου, μια λογική υπόθεση είναι ότι η αύξηση του CO2 προκάλεσε και προκαλεί την υπερθέρμανση του πλανήτη.

Αλλά μια υπόθεση είναι ακριβώς αυτό. Δεν έχουμε ουσιαστικά καμία δυνατότητα να εκτελέσουμε ελεγχόμενα πειράματα, όπως η αύξηση και η μείωση των επιπέδων του CO2 στην ατμόσφαιρα και η μέτρηση της προκύπτουσας αλλαγής στις θερμοκρασίες. Τι άλλο μπορούμε να κάνουμε; Μπορούμε να κατασκευάσουμε περίπλοκα υπολογιστικά μοντέλα που χρησιμοποιούν τη φυσική για να υπολογίσουν τον τρόπο με τον οποίο η ενέργεια ρέει μέσα, μέσω και έξω από τη γη, το νερό και την ατμόσφαιρα του πλανήτη μας. Πράγματι, τέτοια μοντέλα έχουν δημιουργηθεί και χρησιμοποιούνται συχνά σήμερα για να κάνουν τρομερές προβλέψεις σχετικά με την τύχη της Γης μας.

Το πρόβλημα είναι ότι τα μοντέλα αυτά έχουν σοβαρούς περιορισμούς που περιορίζουν δραστικά την αξία τους για την πραγματοποίηση προβλέψεων και την καθοδήγηση της πολιτικής. Συγκεκριμένα, υπάρχουν τρία σημαντικά προβλήματα. Περιγράφονται παρακάτω, και το καθένα από αυτά από μόνο του είναι αρκετό για να κάνει κάποιον να αμφισβητήσει τις προβλέψεις. Και τα τρία μαζί προκαλούν καταστροφικό πλήγμα στις προβλέψεις των σημερινών μοντέλων.

1. Σφάλμα μέτρησης

Φανταστείτε ότι χρονομετράτε έναν αθλητή στίβου γυμνασίου που τρέχει 400 μέτρα στην αρχή της σχολικής χρονιάς και μετράτε 56 δευτερόλεπτα με το φορητό σας χρονόμετρο που δείχνει ±0,01 δευτερόλεπτα. Φανταστείτε επίσης ότι ο χρόνος αντίδρασής σας είναι ±0,2 δευτερόλεπτα. Με τον εξοπλισμό σας, μπορείτε να μετρήσετε βελτίωση στα 53 δευτερόλεπτα μέχρι το τέλος της χρονιάς. Η διαφορά μεταξύ των δύο χρόνων είναι πολύ μεγαλύτερη από την ανάλυση του χρονόμετρου σε συνδυασμό με τον ατελή χρόνο αντίδρασής σας, επιτρέποντάς σας να συμπεράνετε ότι ο δρομέας είναι πράγματι τώρα ταχύτερος. Για να πάρετε μια ιδέα της βελτίωσης αυτού του δρομέα, υπολογίζετε μια τάση 0,1 δευτερολέπτων ανά εβδομάδα (3 δευτερόλεπτα σε 30 εβδομάδες). Αλλά αν προσπαθήσετε να ξαναδοκιμάσετε αυτόν τον δρομέα μετά από μισή εβδομάδα, προσπαθώντας να μετρήσετε την αναμενόμενη βελτίωση κατά 0,05 δευτερόλεπτα, θα αντιμετωπίσετε ένα πρόβλημα. Μπορείτε να μετρήσετε μια τόσο μικρή διαφορά με τα όργανα που διαθέτετε; Όχι. Δεν έχει νόημα να προσπαθήσετε καν, επειδή δεν θα έχετε τρόπο να ανακαλύψετε αν ο δρομέας είναι ταχύτερος: το μέγεθος αυτού που προσπαθείτε να μετρήσετε είναι μικρότερο από το μέγεθος των σφαλμάτων στις μετρήσεις σας.

Οι επιστήμονες παρουσιάζουν το σφάλμα μέτρησης περιγράφοντας το εύρος γύρω από τις μετρήσεις τους. Μπορεί, για παράδειγμα, να πουν ότι μια θερμοκρασία είναι 20˚C ±0,5˚C. Η θερμοκρασία είναι πιθανότατα 20,0˚C, αλλά θα μπορούσε λογικά να είναι τόσο υψηλή όσο 20,5˚C ή τόσο χαμηλή όσο 19,5˚C.

Σκεφτείτε τώρα τις θερμοκρασίες που καταγράφονται από τους μετεωρολογικούς σταθμούς σε όλο τον κόσμο.

Ο Patrick Frank είναι επιστήμονας στο Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL), μέρος του SLAC National Accelerator Laboratory στο Πανεπιστήμιο του Stanford. Ο Frank έχει δημοσιεύσει εργασίες που εξηγούν πώς έχουν αντιμετωπιστεί λανθασμένα τα σφάλματα στις θερμοκρασίες που καταγράφονται από τους μετεωρολογικούς σταθμούς. Οι μετρήσεις της θερμοκρασίας, διαπιστώνει, έχουν σφάλματα υπερδιπλάσια από ό,τι γενικά αναγνωρίζεται. Με βάση αυτό, ο Frank δήλωσε, σε ένα άρθρο του 2011 στο περιοδικό Energy & Environment, "...η ανωμαλία της παγκόσμιας επιφανειακής θερμοκρασίας του αέρα του 1856-2004 με το διάστημα εμπιστοσύνης 95% είναι 0,8˚C ± 0,98˚C". Οι μπάρες σφάλματος είναι ευρύτερες από τη μετρούμενη αύξηση. Φαίνεται ότι υπάρχει μια τάση αύξησης της θερμοκρασίας, αλλά δεν μπορούμε να πούμε οριστικά. Δεν μπορούμε να απορρίψουμε την υπόθεση ότι η θερμοκρασία του πλανήτη δεν έχει αλλάξει καθόλου.

2. Η ενέργεια του ήλιου

Τα κλιματικά μοντέλα χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση της υπόθεσης της υπερθέρμανσης του πλανήτη από το CO2 και για την ποσοτικοποίηση του "δακτυλικού αποτυπώματος" του CO2 που προκαλείται από τον άνθρωπο.

Πόσο μεγάλο είναι το ανθρωπογενές αποτύπωμα του CO2 σε σύγκριση με άλλες αβεβαιότητες στο κλιματικό μας μοντέλο; Για την παρακολούθηση των ενεργειακών ροών στο μοντέλο μας, χρησιμοποιούμε βατ ανά τετραγωνικό μέτρο (Wm-2). Η ενέργεια του ήλιου που φτάνει στην ατμόσφαιρα της Γης παρέχει 342 Wm-2 κατά μέσο όρο για την ημέρα και τη νύχτα, τους πόλους και τον ισημερινό, διατηρώντας την αρκετά ζεστή για να ευδοκιμήσουμε.

Η εκτιμώμενη πρόσθετη ενέργεια από την περίσσεια CO2 - η ετήσια συνεισφορά των ανθρωπογενών αερίων του θερμοκηπίου - είναι πολύ μικρότερη, σύμφωνα με τον Frank, και ανέρχεται σε 0,036 Wm-2, ή 0,01% της ενέργειας του ήλιου. Εάν η εκτίμησή μας για την ενέργεια του ήλιου είχε σφάλμα μεγαλύτερο από 0,01%, το σφάλμα αυτό θα υπερκάλυπτε την εκτιμώμενη πρόσθετη ενέργεια από την περίσσεια CO2. Δυστυχώς, ο ήλιος δεν είναι η μόνη αβεβαιότητα που πρέπει να λάβουμε υπόψη.

3. Σφάλματα σύννεφων

Τα σύννεφα αντανακλούν την εισερχόμενη ακτινοβολία και επίσης την παγιδεύουν κατά την έξοδό της. Ένας κόσμος που περιβάλλεται εξ ολοκλήρου από σύννεφα θα είχε δραματικά διαφορετικές ατμοσφαιρικές θερμοκρασίες από έναν κόσμο χωρίς σύννεφα. Αλλά η μοντελοποίηση των νεφών και των επιπτώσεών τους έχει αποδειχθεί δύσκολη. Η Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC), η καθιερωμένη παγκόσμια αρχή για την κλιματική αλλαγή, το αναγνωρίζει αυτό στην πιο πρόσφατη έκθεση αξιολόγησης, του 2013:

Η προσομοίωση των νεφών στα κλιματικά μοντέλα παραμένει πρόκληση. Υπάρχει πολύ μεγάλη εμπιστοσύνη ότι οι αβεβαιότητες στις διεργασίες των νεφών εξηγούν μεγάλο μέρος της διασποράς στη μοντελοποιημένη κλιματική ευαισθησία. [έντονη γραφή και πλάγια γραφή στο πρωτότυπο]

Ποιο είναι το καθαρό αποτέλεσμα της θολούρας εξαιτίας των συννέφων; Τα σύννεφα οδηγούν σε ψυχρότερη ατμόσφαιρα μειώνοντας την καθαρή ενέργεια του ήλιου κατά περίπου 28 Wm-2. Χωρίς σύννεφα, περισσότερη ενέργεια θα έφτανε στο έδαφος και η ατμόσφαιρά μας θα ήταν πολύ θερμότερη. Γιατί τα σύννεφα είναι δύσκολο να μοντελοποιηθούν; Είναι άμορφα- βρίσκονται σε διαφορετικά υψόμετρα και είναι διαστρωμένα το ένα πάνω στο άλλο, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη διάκρισή τους- δεν είναι στερεά- υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι- και οι επιστήμονες δεν κατανοούν πλήρως τον τρόπο σχηματισμού τους. Ως αποτέλεσμα, τα σύννεφα μοντελοποιούνται ανεπαρκώς. Αυτό συμβάλλει σε μια μέση αβεβαιότητα ±4,0 Wm-2 στον ατμοσφαιρικό προϋπολογισμό θερμικής ενέργειας μιας προσομοιωμένης ατμόσφαιρας κατά τη διάρκεια μιας προβολής της παγκόσμιας θερμοκρασίας. Αυτή η θερμική αβεβαιότητα είναι 110 φορές μεγαλύτερη από την εκτιμώμενη ετήσια πρόσθετη ενέργεια από την περίσσεια CO2. Εάν ο υπολογισμός των νεφών από το κλιματικό μας μοντέλο είχε σφάλμα μόλις 0,9%-0,036 είναι 0,9% του 4,0- αυτό το σφάλμα θα κατακλύσει την εκτιμώμενη πρόσθετη ενέργεια από την περίσσεια CO2. Τα συνολικά συνδυασμένα σφάλματα του κλιματικού μας μοντέλου υπολογίζονται σε περίπου 150 Wm-2, δηλαδή πάνω από 4.000 φορές μεγαλύτερα από την εκτιμώμενη ετήσια πρόσθετη ενέργεια από τις υψηλότερες συγκεντρώσεις CO2. Μπορούμε να απομονώσουμε ένα τόσο αμυδρό σήμα;

Στο παράδειγμά μας για τον αθλητή του στίβου, αυτό ισοδυναμεί με ένα σφάλμα χρόνου αντίδρασης ±0,2 δευτερολέπτων, ενώ προσπαθούμε να μετρήσουμε μια διαφορά χρόνου 0,00005 δευτερολέπτων μεταξύ δύο διαδρομών. Πώς μπορεί να μετρηθεί μια τόσο μικρή διαφορά χρόνου με τόσο συντριπτικά μεγάλα σφάλματα; Πώς είναι δυνατόν το αμυδρό σήμα του CO2 να ανιχνεύεται από τα κλιματικά μοντέλα με τόσο γιγαντιαία σφάλματα;

Άλλες επιπλοκές

Ακόμη και η σχέση μεταξύ των συγκεντρώσεων CO2 και της θερμοκρασίας είναι περίπλοκη.

Το αρχείο των παγετώνων δείχνει γεωλογικές περιόδους με αύξηση του CO2 και παγκόσμια ψύξη και περιόδους με χαμηλά επίπεδα ατμοσφαιρικού CO2 και παγκόσμια θέρμανση. Πράγματι, σύμφωνα με ένα άρθρο του 2001 στο Climate Research από τον αστροφυσικό και γεωεπιστήμονα Willie Soon και τους συναδέλφους του, "το ατμοσφαιρικό CO2 τείνει να ακολουθεί παρά να οδηγεί τις αλλαγές της θερμοκρασίας και της βιόσφαιρας".

Ένα μεγάλο μέρος της αύξησης της θερμοκρασίας που σημειώθηκε τον 20ό αιώνα σημειώθηκε στο πρώτο μισό του αιώνα, όταν η ποσότητα του ανθρωπογενούς CO2 στον αέρα ήταν το ένα τέταρτο της συνολικής ποσότητας που υπάρχει σήμερα. Ο ρυθμός θέρμανσης τότε ήταν πολύ παρόμοιος με τον ρυθμό θέρμανσης πρόσφατα. Δεν μπορούμε να τα έχουμε και τα δύο. Η σημερινή αύξηση της θερμοκρασίας δεν μπορεί να οφείλεται αδιαμφισβήτητα στις ανθρωπογενείς εκπομπές CO2, εάν σε μια προηγούμενη περίοδο παρατηρήθηκε ο ίδιος τύπος αύξησης της θερμοκρασίας χωρίς τις προσβλητικές εκπομπές.

Η Μυστική σάλτσα του κλιματικού μοντέλου

Αποδεικνύεται ότι τα κλιματικά μοντέλα δεν είναι "plug and chug" (“ψεκάστε-σξουπίστε-τελειώσατε”). Πολλές εισροές δεν είναι το άμεσο αποτέλεσμα επιστημονικών μελετών- οι ερευνητές πρέπει να τις "ανακαλύψουν" μέσω της προσαρμογής των παραμέτρων, ή του συντονισμού, όπως λέγεται. Εάν ένα κλιματικό μοντέλο χρησιμοποιεί ένα πλέγμα από κουτιά 25x25 χιλιομέτρων για να χωρίσει την ατμόσφαιρα και τους ωκεανούς σε διαχειρίσιμα κομμάτια, τα σύννεφα καταιγίδων και τα χαμηλά θαλάσσια σύννεφα στα ανοικτά των ακτών της Καλιφόρνιας θα είναι πολύ μικρά για να μοντελοποιηθούν άμεσα. Αντ' αυτού, σύμφωνα με ένα άρθρο του δημοσιογράφου Paul Voosen στο Science του 2016, οι μοντελιστές πρέπει να συντονίζονται για το σχηματισμό σύννεφων σε κάθε βασικό πλέγμα με βάση τη θερμοκρασία, την ατμοσφαιρική σταθερότητα, την υγρασία και την παρουσία βουνών. Οι μοντελιστές συνεχίζουν να συντονίζουν τα κλιματικά μοντέλα μέχρι να ταιριάζουν με ένα γνωστό αρχείο θερμοκρασίας ή βροχόπτωσης του 20ου αιώνα. Και όμως, σε αυτό το σημείο, θα πρέπει να αναρωτηθούμε αν αυτά τα μοντέλα είναι περισσότερο υποκειμενικά παρά αντικειμενικά. Εάν ένα μοντέλο δείχνει μείωση των θαλάσσιων πάγων της Αρκτικής, για παράδειγμα -και γνωρίζουμε ότι οι θαλάσσιοι πάγοι της Αρκτικής έχουν, στην πραγματικότητα, μειωθεί-, το μοντέλο μας λέει κάτι νέο ή απλώς αναμασά τις προσαρμογές του;

Σφάλματα κλιματικών μοντέλων

Πριν πιστέψουμε πολύ σε οποιοδήποτε κλιματικό μοντέλο, πρέπει να αξιολογήσουμε τις προβλέψεις του. Τα ακόλουθα σημεία αναδεικνύουν ορισμένες από τις δυσκολίες των σημερινών μοντέλων.

Το Vancouver, British Columbia, θερμάνθηκε κατά έναν ολόκληρο βαθμό κατά τα πρώτα 20 χρόνια του 20ου αιώνα, στη συνέχεια ψύχθηκε κατά δύο βαθμούς κατά τα επόμενα 40 χρόνια και στη συνέχεια θερμάνθηκε μέχρι το τέλος του αιώνα, καταλήγοντας σχεδόν εκεί που ξεκίνησε.

Κανένα από τα έξι κλιματικά μοντέλα που δοκιμάστηκαν από την IPCC δεν αναπαρήγαγε αυτό το μοτίβο.

Επιπλέον, σύμφωνα με τον επιστήμονα Patrick Frank σε άρθρο του 2015 στο περιοδικό Energy & Environment, οι προβλεπόμενες θερμοκρασιακές τάσεις των μοντέλων, τα οποία όλα χρησιμοποιούσαν τις ίδιες θεωρίες και ιστορικά δεδομένα, είχαν διαφορά μεταξύ τους έως και 2,5˚C.

Σύμφωνα με ένα άρθρο του 2002 των κλιματολόγων Vitaly Semenov και Lennart Bengtsson στο Climate Dynamics, τα κλιματικά μοντέλα έχουν κάνει κακή δουλειά στην αντιστοίχιση των γνωστών παγκόσμιων ολικών βροχοπτώσεων και προτύπων.

Τα κλιματικά μοντέλα έχουν υποβληθεί σε "τέλειες δοκιμές μοντέλων", κατά τις οποίες χρησιμοποιήθηκαν για να προβλέψουν ένα κλίμα αναφοράς και στη συνέχεια, με κάποιες μικρές τροποποιήσεις στις αρχικές συνθήκες, να αναδημιουργήσουν θερμοκρασίες στο ίδιο κλίμα αναφοράς. Αυτό ουσιαστικά σημαίνει ότι ζητείται από ένα μοντέλο να κάνει το ίδιο πράγμα δύο φορές, ένα έργο για το οποίο θα έπρεπε να είναι ιδανικά κατάλληλο.

Σε αυτές τις δοκιμές, ο Frank διαπίστωσε ότι τα αποτελέσματα του πρώτου έτους συσχετίστηκαν πολύ καλά μεταξύ των δύο δοκιμών, αλλά τα έτη 2-9 παρουσίασαν τόσο φτωχή συσχέτιση που τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να είναι τυχαία. Η αποτυχία ενός τέλειου τεστ του μοντέλου δείχνει ότι τα αποτελέσματα δεν είναι σταθερά και υποδηλώνει μια θεμελιώδη αδυναμία των μοντέλων να προβλέψουν το κλίμα.

Το απόλυτο τεστ για ένα κλιματικό μοντέλο είναι η ακρίβεια των προβλέψεών του. Αλλά τα μοντέλα προέβλεψαν ότι θα υπήρχε πολύ μεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας μεταξύ 1998 και 2014 από ό,τι συνέβη στην πραγματικότητα. Αν τα μοντέλα έκαναν καλή δουλειά, οι προβλέψεις τους θα συγκεντρώνονταν συμμετρικά γύρω από τις πραγματικές μετρούμενες θερμοκρασίες. Αυτό δεν συνέβη εδώ- μόλις το 2,4% των προβλέψεων υπολειπόταν των πραγματικών θερμοκρασιών και το 97,6% υπερεκτιμήθηκε, σύμφωνα με τον κλιματολόγο του Ινστιτούτου Cato, Patrick Michaels, τον πρώην μετεωρολόγο του MIT, Richard Lindzen, και τον ερευνητή του Ινστιτούτου Cato για το κλίμα, Chip Knappenberger. Τα κλιματικά μοντέλα στο σύνολό τους "τρέχουν", προβλέποντας περίπου 2,2 φορές μεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας από ό,τι πραγματικά συνέβη κατά την περίοδο 1998-2014. Φυσικά, αυτό δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχει θέρμανση, αλλά, μάλλον, ότι οι προβλέψεις των μοντέλων ήταν υπερβολικές.

Συμπεράσματα

Αν κάποιος με ένα χειροκίνητο χρονόμετρο σας πει ότι ένας δρομέας μείωσε το χρόνο του κατά 0,00005 δευτερόλεπτα, θα πρέπει να είστε επιφυλακτικοί. Αν κάποιος με ένα κλιματικό μοντέλο σας πει ότι ένα σήμα CO2 0,036 Wm-2 μπορεί να ανιχνευθεί μέσα σε ένα περιβάλλον σφάλματος 150 Wm-2, θα πρέπει να είστε εξίσου επιφυλακτικοί.

Όπως διαπίστωσαν ο Willie Soon και οι συν-συγγραφείς του, "η σημερινή έλλειψη κατανόησης του κλιματικού συστήματος της Γης δεν μας επιτρέπει να προσδιορίσουμε αξιόπιστα το μέγεθος της κλιματικής αλλαγής που θα προκληθεί από τις ανθρωπογενείς εκπομπές CO2, πόσο μάλλον αν η αλλαγή αυτή θα είναι προς το καλύτερο ή προς το χειρότερο".

---

Δικτυογραφία:

Flawed Climate Models | Hoover Institution Flawed Climate Models

https://www.hoover.org/research/flawed-climate-models