16 feb. 2010

Chalmers Climate Calculator. Del I: Om osäkerheten i klimatsystemet

Detta är den första bloggposten i vad som är tänkt att bli en serie om tre, av våra gästskribenter Christian Azar och Daniel Johansson. Christian Azar är professor i fysisk resursteori på Chalmers och var en av huvudförfattarna till 2001 års IPCC-rapport; vidare satt han i regeringens kommission för hållbar utveckling 2007-2009 och är författare till boken Makten över klimatet från 2008. Daniel Johansson är doktor i fysisk reursteori på Chalmers och har tidigare arbetat på IIASA-institutet i Österrike.

* * *

För någon vecka sedan gjorde vi Chalmers Climate Calculator tillgänglig för allmänheten. Det är en enkel klimatmodell som kan användas för att beräkna
  • hur mycket koldioxidhalten i atmosfären ökar för ett visst utsläppsscenario, och
  • vilken effekt på temperaturen det får under de närmaste hundra åren.
Läsaren styr själv hur mycket koldioxid som släpps ut på global nivå i framtiden, och kan därigenom testa en massa påståenden om vad klimatmodellerna säger om jordens framtida klimat.

Man kan t ex beräkna jordens medeltemperatur fram till år 2100 om man låter utsläppen växa enligt ett business as usual-scenario, eller om man stabiliserar utsläppen på dagens nivå, eller om man minskar med säg 2 procent om året. Hur mycket temperaturen kommer att öka beror på hur klimatet reagerar på ökade halter av koldioxid och andra växthusgaser i atmosfären. Inom forskarvärlden används ett begreppet klimatkänslighet (climate sensitivity) för att ange hur mycket jordens temperatur förväntas öka om man fördubblar halten av koldioxid i atmosfären1 och väntar tills jämvikt har uppnåtts.

I den allra enklaste av beräkningar skulle temperaturen öka med drygt en grad. Men i denna beräkning beaktas inte att när temperaturen stiger så kan atmosfären hålla mer vattenånga, som i sin tur ytterligare förstärker uppvärmningen. Vattenånga är nämligen också en växthusgas. Växthuseffekten förstärks alltså, man pratar om en positiv återkopplingsmekanism. Det finns både positiva och negativa sådana.

Den stora osäkerheten i klimatkänsligheten beror till stor del på moln. Molnen har en komplicerad påverkan på atmosfärens energibalans. Olika moln har olika effekt. Fler moln på hög nivå gör att uppvärmningen förstärks, fler utspridda moln på låg nivå gör att effekten blir den motsatta. Små förändringar i sättet som atmosfären och molnen modelleras kan ge stora utslag i resultaten. När forskare på Geophysical Fluid Dynamics Laboratory på Princeton University började använda ett bättre sätt att beräkna tjockleken på det nedersta lagret i atmosfären, där moln som är kritiska för jordens energibalans bildas, sjönk klimatkänsligheten från kraftiga 4,5 grader till 2,8 grader.2

Detta visar hur svårt det är att faktiskt beräkna ett korrekt värde, eftersom system med återkopplingar kan vara mycket känsliga. Att olika modeller ger olika resultat när det gäller klimatkänsligheten beror huvudsakligen på hur molnen modellerats.3 I stora klimatmodeller (som beaktar hela atmosfärens och havens cirkulationssystem) beräknas hur vattenånga och moln påverkas när temperaturen går upp. Det är komplicerade beräkningar som tar lång tid. Modellerna ger ett värde på klimatkänsligheten.

I Chalmers Climate Calculator väljer modellanvändaren själv denna parameter. Det gör att beräkningarna kan gå snabbt, och att man kan testa vilken effekt olika antaganden kan få.

Som en illustration kan vi köra modellen under antagandet att våra utsläpp följer ett business as usual-scenario (ligger som default i modellen), och beräkna hur den globala medeltemperaturen utvecklas under de närmaste hundra åren om klimatkänsligheten är 1,5, 3 eller 4,5 grader. Resultatet visas i figuren nedan. Läsarna uppmanas att göra samma test själva (man ändrar då värdet på klimatkänsligheten och kör modellen tre gånger, figuren kan sparas genom att högerklicka på figuren och sedan "spara som bild").
Den översta kurvan motsvarar en klimatkänslighet på 4,5 grader, den mittersta en klimatkänslighet på 3 och den understa på en och en halv.4 Man ser här vilken oerhörd betydelse värdet på klimatkänsligheten har för den framtida temperaturutvecklingen.

Ett riktigt lågt värde för klimatkänsligheten (säg 1 grad per CO2-fördubbling) motsvarar vad en del klimatskeptiker menar ligger nära sanningen. Modellen kan därför vara av intresse att använda även för dem.

Modellen kan även användas till att analysera en lång rad andra frågor, t ex
  • Vad blir temperaturen år 2100 om utsläppen stabiliseras på dagens nivå, eller säg minskar med 3 procent om året från och med idag?
  • Vad händer om man istället börjar minskas 10, 20 eller 30 år senare?
  • Vad händer om bara i-länderna minskar sina utsläpp men inget görs i u-länderna?
  • Hur mycket och hur snabbt behöver i- respektive u-länder minska utsläppen för att nå tvågradersmålet?
  • Vilken roll spelar avskogning för atmosfärens koldioxidhalt och temperatur? Hur mycket begränsas temperaturökningen om vi får stopp på avskogningen?
För att svara på de senare av dessa frågor får man gå in i tvåregionsvarianten av modellen, som hittas här. I en senare bloggpost planerar vi återkomma till dessa och andra frågor och illustrera hur modellen kan användas för att ytterligare belysa hur våra utsläpp kan påverka klimatet.

Fotnoter

1) Om man ska vara noggrann så handlar det om en fördubbling av koldioxidhalten i relation till den pre-industriella nivån, eller en ökning av koldioxid och metan, och andra växthusgaser, som sammantaget motsvarar den påverkan på strålningsbalansen som motsvarar en fördubbling av halten av växthusgaser. Man brukar prata om en fördubbling av den CO2 ekvivalenta halten av växthusgaser i atmosfären.

2) Kerr, R., Science 305, s. 932–934, 2004. Osäkerheterna kan även slå åt andra hållet. Om vi antar att en modell beräknat klimatkänsligheten till fyra grader, men vi sedan upptäcker att återkopplingsmekanismerna är 20 procent starkare än vad man tidigare trott, så hamnar klimatkänsligheten istället på hela tio grader.

3) Se Soden, BJ., och Held, IM. ”An assessment of feedbacks in coupled climate ocean-atmosphere models”, Journal of Climate 19, s. 3354, 2006.

4) När vi gjort den här körningen har vi antagit att aerosol-effekten år 2005 är -1 W/m2, vilket betyder att partiklar i atmosfären leder till en kylning av klimatet på ungefär 2/3 av dagens uppvärmande effekt från koldioxid. Det finns även osäkerheter kring aerosoler (vilket framgår i informationsrutan kopplad till aerosoler i klimatmodellen). I en kommande bloggpost planerar vi återkomma till denna fråga i mer detalj.

9 kommentarer:

  1. länken till kalkylatorn är fel

    SvaraRadera
  2. Tack för detta verktyg och denna bloggpost!

    En fråga. Hur kommer det sig att kurvorna skiljer sig åt även i perioden 1950-2010? Utgår man inte från faktiskt uppmätta data?

    Sedan vill jag påpeka att länken till CCC blivit fel, på grund av utelämnat http://.

    http://www.chalmers.se/ee/ccc fungerar - ifall någon skulle läsa denna komentar innan UI hunnit rätta artikeln.

    Mvh, Simon

    SvaraRadera
  3. Simon och Anonym: Tack för påpekande! Länken lagad.

    Simon: Bra fråga. Ofta gör man på det viset för att få en uppfattning om hurpass väl modellen fungerar i förhållande till uppmätta värden. Christian och Daniel har lovat att ett utförligare svar kommer i deras nästa gästinlägg inom kort.

    SvaraRadera
  4. Länken till tvåregionsmodellen är också fel!
    Tack i alla fall för ett intressant verktyg!

    SvaraRadera
  5. Om man går till Chalmers klimatkalkylator och tittar på kurvorna där så slutar de på ca 900 ppm CO2 år 2100 och stiger då fortfarande relativt kraftigt. Även om det var ett litet tag sedan jag grottade ner mig i vad peak oil/coal/gas-forskarna säger så känns det som aningen högt (dvs. flera hundra ppm). Detta har inte så mycket att göra med huruvida fortsatta koldioxidutsläpp kommer att få katastrofala konsekvenser eller inte, men jag blir allt lite fundersam över i vilken grad klimat- och peak-forskare tar till sig av varandras forskningsresultat. Så jag skulle helt enkelt vilja veta vilka källor Christian Azar och Chalmers har för sina CO2-kurvor?

    SvaraRadera
  6. Kim

    Vårt basscenario för utsläppen av växthusgaser baseras på beräkningar gjorda på IIASA institutet i Österrike. Man kommer åt det scenario vi använder (kallas A2r) via
    http://www.iiasa.ac.at/web-apps/ggi/GgiDb/dsd?Action=htmlpage&page=series där utsläppsscenarier och vilka primära energikällor som används för att generera dessa presenteras i en användarvänlig databas. Främsta anledningen till att utsläppen är höga i detta A2r scenario är att kol expanderar kraftigt.

    När det gäller peak oil/gas/coal följer vi själklart den litteraturen, bla genom att vi forskat på sambanden mellan tillförsel av olja och klimatpolitik. Att naturgas- och oljetillförseln kommer nå en produktionstopp någon gång de kommande decennierna är accepterat bland de flesta forskare och bedömare, den stora frågan är dock hur snart detta kan tänkas ske. När det gäller kol så är ju de uppskattade reserverna och resurserna betydligt större än de är för olja och naturgas och det är långt ifrån accepterat att utvinningen av kol når en "peak" detta århundrade pga av resursbegränsningar.

    SvaraRadera
  7. Kim Bergström9 mars 2010 11:24

    @Daniel J:

    Jag skulle kanske vilja påstå att det beror på vad man menar med "långt ifrån accepterat" ;-)

    Jag skulle vilja påstå att det är en synnerligen accepterad hållning, men inte visad bortom rimligt tvivel. Det senaste jag sett är att till och med kinesiska forskare menar att Kina når en produktionstopp inom de närmaste decennierna (2040–2050 om jag inte missminner mig).

    Det är åtminstone så plausibelt att det borde diskuteras i sammanhanget kan jag tycka.

    SvaraRadera
  8. Kim?

    Vad snackar du om?

    http://www.thenakedscientists.com/forum/index.php?topic=33987.0

    Det är inget svårighet att plocka up fler fakta, inte åsikter, fakta.

    SvaraRadera

Tips: Använd gärna signatur när du kommenterar. Det underlättar samtalet