Các nhà khoa học đã đưa ra dự đoán về sự nóng lên toàn cầu trong tương lai bằng cách sử dụng các mô hình khí hậu ngày càng phức tạp trong bốn thập kỷ qua.

Những mô hình này, được thúc đẩy bởi vật lý khí quyển và hóa sinh học, đóng một vai trò quan trọng trong sự hiểu biết của chúng ta về khí hậu Trái đất và nó sẽ thay đổi như thế nào trong tương lai.

Carbon Brief đã thu thập các dự báo mô hình khí hậu nổi bật kể từ 1973 để xem họ dự báo nhiệt độ toàn cầu trong quá khứ và tương lai tốt như thế nào, như thể hiện trong hình ảnh động dưới đây. (Nhấp vào nút phát để bắt đầu.)

Mặc dù một số mô hình dự kiến ​​ít nóng hơn so với chúng tôi đã trải nghiệm và một số mô hình dự kiến ​​nhiều hơn, tất cả đều cho thấy nhiệt độ bề mặt tăng giữa 1970 và 2016 không quá xa so với những gì thực sự xảy ra, đặc biệt là khi tính đến sự khác biệt về phát thải trong tương lai.

Làm thế nào có mô hình khí hậu trong quá khứ?

Trong khi các dự báo mô hình khí hậu trong quá khứ được hưởng lợi từ kiến ​​thức về nồng độ khí nhà kính khí quyển, các vụ phun trào núi lửa và các hoạt động khác forcings bức xạ ảnh hưởng đến khí hậu Trái đất, tiến về tương lai là điều không chắc chắn hơn. Các mô hình khí hậu có thể được đánh giá cả về khả năng cản trở nhiệt độ trong quá khứ và dự báo nhiệt độ trong tương lai.

Hindcasts - các mô hình thử nghiệm chống lại nhiệt độ trong quá khứ - rất hữu ích vì chúng có thể kiểm soát các bức xạ cưỡng bức. Dự báo là hữu ích vì các mô hình không thể ngầm điều chỉnh tương tự như các quan sát. Mô hình khí hậu là không phù hợp với nhiệt độ lịch sử, nhưng người điều hành có một số kiến ​​thức về các quan sát có thể thông báo sự lựa chọn của họ of tham số mô hình, chẳng hạn như vật lý đám mây và hiệu ứng aerosol.

Trong các ví dụ dưới đây, các dự báo mô hình khí hậu được công bố giữa 1973 và 2013 được so sánh với nhiệt độ quan sát được từ năm tổ chức khác nhau. Các mô hình được sử dụng trong các phép chiếu khác nhau về độ phức tạp, từ đơn giản mô hình cân bằng năng lượng ghép hoàn toàn Mô hình hệ thống trái đất.

(Lưu ý, các so sánh mô hình / quan sát này sử dụng giai đoạn cơ bản của 1970-1990 để căn chỉnh các quan sát và mô hình trong những năm đầu phân tích, cho thấy nhiệt độ đã phát triển theo thời gian rõ ràng hơn như thế nào.)

Sawyer, 1973

Một trong những dự đoán đầu tiên về sự nóng lên trong tương lai đến từ John Sawyer tại Văn phòng Met của Vương quốc Anh ở 1973. Trong một giấy xuất bản trong tự nhiên trong 1973, ông đưa ra giả thuyết rằng thế giới sẽ sưởi ấm 0.6C giữa 1969 và 2000, và CO2 trong khí quyển sẽ tăng 25%. Sawyer tranh luận cho một nhạy cảm với khí hậu - bao nhiêu sự nóng lên trong thời gian dài sẽ xảy ra trên mỗi lần nhân đôi mức CO2 trong khí quyển - của 2.4C, không quá xa dự đoán tốt nhất của 3C được sử dụng bởi Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) ngày nay.

Không giống như các dự đoán khác được xem xét trong bài viết này, Sawyer không cung cấp sự ấm lên ước tính cho mỗi năm, chỉ là một giá trị 2000 dự kiến. Ước tính ấm lên của ông về 0.6C gần như đã được xác định - sự nóng lên quan sát được trong khoảng thời gian đó là giữa 0.51C và 0.56C. Tuy nhiên, ông đã đánh giá quá cao nồng độ CO2000 trong khí quyển của 2, cho rằng chúng sẽ là 375-400ppm - so với thực tế giá trị của 370ppm.

Broecker, 1975

Dự báo đầu tiên về nhiệt độ trong tương lai do sự nóng lên toàn cầu xuất hiện trong một bài viết trong Khoa học trong 1975 được xuất bản bởi nhà khoa học Đại học Columbia Giáo sư Wally Broecker. Broecker đã sử dụng một mô hình cân bằng năng lượng đơn giản để ước tính điều gì sẽ xảy ra với nhiệt độ Trái đất nếu CO2 trong khí quyển tiếp tục tăng nhanh sau 1975. Sự nóng lên dự kiến ​​của Broecker gần với các quan sát trong một vài thập kỷ, nhưng gần đây đã cao hơn đáng kể.

Điều này chủ yếu là do Broecker đánh giá quá cao mức độ phát thải CO2 và nồng độ khí quyển sẽ tăng sau khi bài báo của ông được xuất bản. Ông đã khá chính xác cho đến 2000, dự đoán 373ppm của CO2 - so với các quan sát thực tế của Mauna Loa về 370ppm. Tuy nhiên, trong 2016, ông ước tính rằng CO2 sẽ là 424ppm, trong khi đó chỉ chiều 404 đã được quan sát.

Broecker cũng không tính đến các khí nhà kính khác trong mô hình của mình. Tuy nhiên, như tác động nóng lên từ methane, nitơ oxit và halocarbons đã phần lớn bị hủy bỏ bởi ảnh hưởng làm mát tổng thể của sol khí kể từ 1970, điều này không tạo ra sự khác biệt lớn như vậy (mặc dù ước tính về việc cưỡng bức aerosol có sự không chắc chắn lớn).

Như với Sawyer, Broecker đã sử dụng độ nhạy khí hậu cân bằng của 2.4C trên mỗi lần nhân đôi CO2. Broecker cho rằng Trái đất nóng lên ngay lập tức để phù hợp với CO2 trong khí quyển, trong khi các mô hình hiện đại chiếm độ trễ giữa tốc độ của bầu khí quyển và đại dương. (Sự hấp thụ nhiệt chậm hơn của các đại dương thường được gọi là sóngQuán tính nhiệtHệ thống khí hậu.)

Bạn có thể thấy hình chiếu của anh ấy (vạch đen) so với mức tăng nhiệt độ quan sát (vạch màu) trong biểu đồ bên dưới.

<br />

Dự kiến ​​sự nóng lên từ Broecker 1975 (vạch đen dày) so với các bản ghi nhiệt độ quan sát từ NASA, NOAA, HadCRUT, Cowtan và cáchvà Berkeley Trái đất (đường màu mỏng) từ 1970 đến 2020. Thời kỳ cơ sở của 1970-1990. Biểu đồ bằng Carbon Brief sử dụng Highcharts.

Broecker đã đưa ra dự đoán của mình vào thời điểm các nhà khoa học nghĩ rằng các quan sát cho thấy một sự làm mát khiêm tốn của trái đất. Ông bắt đầu bài viết của mình bằng cách tuyên bố rằng, một trường hợp mạnh có thể được thực hiện rằng xu hướng làm mát hiện tại, trong vòng một thập kỷ hoặc lâu hơn, sẽ nhường chỗ cho sự nóng lên rõ rệt do carbon dioxide.

Hansen và cộng sự, 1981

NASA Tiến sĩ James Hansen và các đồng nghiệp xuất bản một bài báo trong 1981 cũng sử dụng mô hình cân bằng năng lượng đơn giản để dự đoán sự nóng lên trong tương lai, nhưng chiếm tỷ lệ quán tính nhiệt do sự hấp thụ nhiệt của đại dương. Họ giả định độ nhạy khí hậu của 2.8C trên mỗi lần nhân đôi CO2, nhưng cũng xem xét một phạm vi 1.4-5.6C mỗi lần nhân đôi.

Dự kiến ​​sự nóng lên từ Hansen et al 1981 (dòng đen dày tăng trưởng nhanh và dòng màu xám mỏng tăng trưởng chậm). Biểu đồ bằng Carbon Brief sử dụng Highcharts.

Hansen và các đồng nghiệp đã trình bày một số tình huống khác nhau, thay đổi khí thải trong tương lai và độ nhạy khí hậu. Trong biểu đồ trên, bạn có thể thấy cả kịch bản 'tăng trưởng nhanh' (đường đen dày), trong đó phát thải CO2 tăng hàng năm sau 4 và kịch bản tăng trưởng chậm khi phát thải tăng 1981% hàng năm (đường màu xám mỏng ). Kịch bản tăng trưởng nhanh phần nào đánh giá quá cao lượng khí thải hiện tại, nhưng khi kết hợp với độ nhạy khí hậu thấp hơn một chút, nó cung cấp ước tính về sự nóng lên sớm của 2 gần với các giá trị quan sát được.

Tốc độ nóng lên chung giữa 1970 và 2016 được dự kiến ​​bởi Hansen và cộng sự trong 1981 trong kịch bản tăng trưởng nhanh đã thấp hơn khoảng 20% so với các quan sát.

Hansen và cộng sự, 1988

Sản phẩm giấy xuất bản bởi Hansen và các đồng nghiệp ở 1988 đại diện cho một trong những mô hình khí hậu hiện đại đầu tiên. Nó chia thế giới thành các ô lưới rời rạc có vĩ độ tám độ theo kinh độ 10, với chín lớp khí quyển thẳng đứng. Nó bao gồm aerosol, các loại khí nhà kính khác nhau ngoài CO2 và động lực học đám mây cơ bản.

Hansen et al đã trình bày ba kịch bản khác nhau liên quan đến phát thải khí nhà kính trong tương lai khác nhau. Kịch bản B được hiển thị trong biểu đồ bên dưới dưới dạng một đường đen dày, trong khi các kịch bản A và C được hiển thị bằng các đường màu xám mỏng. Kịch bản A có sự tăng trưởng theo cấp số nhân của khí thải, với CO2 và nồng độ GHG khác cao hơn đáng kể so với hiện nay.

Dự kiến ​​sự nóng lên từ Hansen et al 1988 (kịch bản BTHER dòng đen dày và kịch bản A và Cỉ mỏng và các đường màu xám nét đứt). Biểu đồ bằng Carbon Brief sử dụng Highcharts.

Kịch bản B giả định sự phát thải CO2 giảm dần, nhưng có nồng độ 401ppm trong 2016 khá gần với Quan sát 404ppm. Tuy nhiên, kịch bản B cho rằng sự phát triển liên tục của khí thải của các loại halocarbon khác nhau là các khí nhà kính mạnh mẽ, nhưng sau đó đã bị hạn chế theo Nghị định thư Montreal của 1987. Kịch bản C có lượng phát thải gần như bằng không sau năm 2000.

Trong ba, kịch bản B là gần nhất với lực bức xạ thực tế, mặc dù vậy khoảng 10% quá cao. Hansen và cộng sự cũng đã sử dụng một mô hình có độ nhạy khí hậu là 4.2C trên mỗi lần nhân đôi CO2 - trên cao cấp của hầu hết các mô hình khí hậu hiện đại. Do sự kết hợp của các yếu tố này, kịch bản B dự báo tốc độ nóng lên giữa 1970 và 2016 cao hơn khoảng 30% so với những gì đã được quan sát.

Báo cáo đánh giá đầu tiên của IPCC, 1990

IPCC Báo cáo đánh giá đầu tiên (FAR) trong 1990 có các mô hình đại dương khuếch tán / cân bằng năng lượng tương đối đơn giản để ước tính sự thay đổi của nhiệt độ không khí toàn cầu. Kịch bản kinh doanh đặc trưng (BAU) của họ cho thấy sự tăng trưởng nhanh chóng của CO2 trong khí quyển, đạt đến 418ppm CO2 trong 2016, so với 404ppm trong các quan sát. FAR cũng cho rằng sự tăng trưởng liên tục của nồng độ halocarbon trong khí quyển nhanh hơn nhiều so với thực tế đã xảy ra.

FAR đã đưa ra ước tính tốt nhất về độ nhạy khí hậu khi sự nóng lên của 2.5C đối với CO2 nhân đôi, với một phạm vi 1.5-4.5C. Các ước tính này được áp dụng cho kịch bản BAU trong hình bên dưới, với đường màu đen dày biểu thị ước tính tốt nhất và đường màu đen nét đứt mỏng biểu thị mức cao và thấp của phạm vi độ nhạy khí hậu.

Dự kiến ​​sự nóng lên từ Báo cáo Đánh giá Đầu tiên của IPCC (có nghĩa là đường màu đen dày của hình chiếu, với các giới hạn trên và dưới được hiển thị bằng các vạch đen chấm mỏng). Biểu đồ bằng Carbon Brief sử dụng Highcharts.

Mặc dù ước tính tốt nhất về độ nhạy khí hậu thấp hơn một chút so với 3C được sử dụng ngày nay, FAR đã đánh giá quá cao tốc độ ấm lên giữa 1970 và 2016 trong khoảng 17% trong kịch bản BAU của họ, cho thấy 1C nóng lên trong khoảng thời gian đó so với 0.85C. Điều này chủ yếu là do dự đoán nồng độ CO2 trong khí quyển cao hơn nhiều so với thực tế đã xảy ra.

Báo cáo đánh giá thứ hai của IPCC, 1995

IPCC Báo cáo đánh giá thứ hai (SAR) chỉ xuất bản các dự báo có sẵn từ 1990 trở đi. Họ đã sử dụng độ nhạy khí hậu của 2.5C, với một loạt 1.5-4.5C. Kịch bản phát thải tầm trung của họ, Cameron IS92a, dự kiến ​​mức độ XNXXUMm CO2 trong 405, gần giống với nồng độ quan sát được. SAR cũng bao gồm việc điều trị tốt hơn các sol khí nhân tạo, có tác dụng làm mát khí hậu.
<br />

 Dự kiến ​​sự nóng lên từ Báo cáo Đánh giá Thứ hai của IPCC (có nghĩa là đường màu đen dày của hình chiếu, với các giới hạn trên và dưới được hiển thị bằng các vạch đen chấm mỏng). Biểu đồ bằng Carbon Brief sử dụng Highcharts.

Như bạn có thể thấy trong biểu đồ trên, các dự đoán của SAR kết thúc thấp hơn đáng kể so với các quan sát, nóng lên khoảng 28% chậm hơn trong khoảng thời gian từ 1990 đến 2016. Điều này có thể là do sự kết hợp của hai yếu tố: độ nhạy khí hậu thấp hơn so với các ước tính hiện đại (2.5C so với 3C) và sự đánh giá quá cao của buộc bức xạ của CO2 (4.37 watts trên một mét vuông so với 3.7 được sử dụng trong báo cáo IPCC tiếp theo và vẫn được sử dụng cho đến ngày nay).

Báo cáo đánh giá thứ ba của IPCC, 2001

IPCC Báo cáo đánh giá thứ ba (TAR) dựa trên các mô hình lưu thông chung khí quyển (GCMs) từ bảy nhóm mô hình khác nhau. Họ cũng giới thiệu một loạt các kịch bản phát thải kinh tế xã hội mới, được gọi là SRES, bao gồm bốn quỹ đạo phát thải khác nhau trong tương lai.

Ở đây, Carbon Brief kiểm tra Kịch bản A2, mặc dù tất cả đều có lượng phát thải khá giống nhau và quỹ đạo nóng lên tới 2020. Kịch bản A2 dự phóng nồng độ CO2016 trong khí quyển của 2 ppm, gần giống như những gì được quan sát. Các kịch bản SRES là từ 406 trở đi, với các mô hình trước năm 2000 sử dụng các ước tính lịch sử ước tính. Đường màu xám nét đứt trong hình trên cho thấy điểm mà các mô hình chuyển từ sử dụng khí thải và nồng độ quan sát sang các dự án trong tương lai.

Dự kiến ​​sự nóng lên từ Báo cáo đánh giá thứ ba của IPCC (có nghĩa là đường màu đen dày của hình chiếu, với các giới hạn trên và dưới được hiển thị bằng các đường màu đen chấm mỏng). Biểu đồ bằng Carbon Brief sử dụng Highcharts.

Phép chiếu tiêu đề của TAR đã sử dụng một mô hình khí hậu đơn giản được cấu hình để phù hợp với đầu ra trung bình của bảy GCM tinh vi hơn, vì không có trung bình đa mô hình cụ thể nào được công bố trong TAR và dữ liệu cho các lần chạy mô hình riêng lẻ không có sẵn. Nó có độ nhạy khí hậu là 2.8C trên mỗi lần nhân đôi CO2, với phạm vi 1.5-4.5C. Như thể hiện trong biểu đồ trên, tốc độ nóng lên giữa 1970 và 2016 trong TAR thấp hơn khoảng 14% so với những gì thực tế đã được quan sát.

Báo cáo đánh giá lần thứ tư của IPCC, 2007

IPCC Báo cáo đánh giá lần thứ tư (AR4) các mô hình đặc trưng với động lực học khí quyển và độ phân giải mô hình được cải thiện đáng kể. Nó đã sử dụng nhiều hơn các Mô hình Hệ thống Trái đất - kết hợp hóa sinh học của các chu trình carbon - cũng như các mô phỏng cải tiến của các quá trình trên mặt đất và băng.

AR4 đã sử dụng các kịch bản SRES tương tự như TAR, với lượng khí thải lịch sử và nồng độ khí quyển cho đến năm 2000 và các dự đoán sau đó. Các mô hình được sử dụng trong AR4 có độ nhạy khí hậu trung bình là 3.26C, với phạm vi 2.1C đến 4.4C.

<br />

Dự kiến ​​sự nóng lên từ Báo cáo đánh giá lần thứ tư của IPCC (có nghĩa là đường màu đen dày của hình chiếu, giới hạn trên và dưới hai sigma được hiển thị bằng các đường màu đen chấm mỏng). Biểu đồ bằng Carbon Brief sử dụng Highcharts.

Hình trên cho thấy mô hình chạy cho kịch bản A1B (đây là kịch bản duy nhất có mô hình chạy sẵn, mặc dù nồng độ 2016 CO2 của nó gần giống với kịch bản A2). Các phép chiếu AR4 giữa 1970 và 2016 cho thấy sự ấm lên khá gần với các quan sát, chỉ cao hơn 8%.

Báo cáo đánh giá thứ năm của IPCC, 2013

Báo cáo IPCC gần đây nhất - Đánh giá thứ năm (AR5) - nổi bật với các tinh chỉnh bổ sung cho các mô hình khí hậu, cũng như giảm mức độ không chắc chắn của mô hình trong tương lai so với AR4. Các mô hình khí hậu trong báo cáo IPCC mới nhất là một phần của Dự án mô hình liên máy tính ghép nối 5 (CMIP5), nơi hàng chục nhóm mô hình khác nhau trên khắp thế giới chạy mô hình khí hậu bằng cách sử dụng cùng một bộ đầu vào và kịch bản.

Dự kiến ​​sự nóng lên từ Báo cáo Đánh giá Thứ năm của IPCC (có nghĩa là đường viền đen dày, hai đường viền trên và dưới của sigma được hiển thị bằng các đường đen chấm mỏng). Đường màu đen nét đứt cho thấy các trường mô hình pha trộn. Biểu đồ bằng Carbon Brief sử dụng Highcharts.

AR5 giới thiệu một tập hợp mới các kịch bản tập trung khí nhà kính trong tương lai, được gọi là Đại Nồng đại diện (RCP). Chúng có các dự đoán trong tương lai từ 2006 trở đi, với dữ liệu lịch sử trước 2006. Đường đứt nét màu xám trong hình trên cho thấy các mô hình chuyển từ sử dụng các forcings quan sát sang các forc dự kiến ​​trong tương lai.

So sánh các mô hình này với các quan sát có thể là một bài tập hơi khó. Các lĩnh vực thường được sử dụng từ các mô hình khí hậu là nhiệt độ không khí bề mặt toàn cầu. Tuy nhiên, nhiệt độ quan sát được đến từ nhiệt độ không khí bề mặt trên nhiệt độ mặt đất và mặt biển trên đại dương.

Để giải thích cho điều này, gần đây, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các trường mô hình hỗn hợp, bao gồm nhiệt độ mặt nước biển trên đại dương và nhiệt độ không khí bề mặt trên đất liền, để phù hợp với những gì thực sự được đo trong các quan sát. Các trường pha trộn này, được thể hiện bằng đường đứt nét trong hình trên, cho thấy sự nóng lên ít hơn một chút so với nhiệt độ không khí bề mặt toàn cầu, vì các mô hình có không khí trên đại dương nóng lên nhanh hơn nhiệt độ mặt nước biển trong những năm gần đây.

Nhiệt độ không khí bề mặt toàn cầu trong các mô hình CMIP5 đã ấm lên nhanh hơn khoảng 16% so với các quan sát kể từ 1970. Khoảng 40% của sự khác biệt này là do nhiệt độ không khí trên đại dương nóng lên nhanh hơn nhiệt độ mặt nước biển trong các mô hình; các trường mô hình được trộn chỉ hiển thị sự nóng lên 9% nhanh hơn các quan sát.

A bài báo gần đây trong tự nhiên by Iselin Medhaug và các đồng nghiệp cho rằng phần còn lại của sự phân kỳ có thể được tính bằng sự kết hợp của biến thiên tự nhiên ngắn hạn (chủ yếu ở Thái Bình Dương), các núi lửa nhỏ và sản lượng mặt trời thấp hơn dự kiến ​​không được đưa vào các mô hình trong bài sau của chúng. Các phép chiếu 2005.

Dưới đây là một bản tóm tắt của tất cả các mô hình Carbon Brief đã xem xét. Bảng dưới đây cho thấy sự khác biệt về tốc độ nóng lên giữa mỗi mô hình hoặc bộ mô hình và NASA quan sát nhiệt độ. Tất cả các hồ sơ nhiệt độ quan sát đều khá giống nhau, nhưng NASA nằm trong nhóm bao gồm phạm vi toàn cầu hoàn chỉnh hơn trong những năm gần đây và do đó có thể so sánh trực tiếp hơn với dữ liệu mô hình khí hậu.

* Sự khác biệt về xu hướng SAR được tính toán trong khoảng thời gian từ 1990-2016, vì các ước tính trước 1990 không có sẵn.
# Sự khác biệt trong ngoặc đơn dựa trên các mô hình đất / đại dương pha trộn

Kết luận

Các mô hình khí hậu được công bố kể từ 1973 thường khá khéo léo trong việc dự đoán sự nóng lên trong tương lai. Mặc dù một số quá thấp và một số quá cao, tất cả đều cho thấy kết quả gần đúng với những gì đã xảy ra, đặc biệt là khi sự khác biệt giữa nồng độ CO2 dự đoán và thực tế và các biện pháp khắc phục khí hậu khác được tính đến.

Mô hình là xa hoàn hảo và sẽ tiếp tục được cải thiện theo thời gian. Họ cũng cho thấy một phạm vi khá lớn của sự nóng lên trong tương lai không thể dễ dàng bị thu hẹp chỉ sử dụng những thay đổi trong khí hậu mà chúng ta đã quan sát thấy.

Tuy nhiên, sự kết hợp chặt chẽ giữa sự nóng lên được quan sát và được quan sát kể từ 1970 cho thấy rằng các ước tính về sự nóng lên trong tương lai có thể chứng minh chính xác tương tự.

Lưu ý phương pháp luận

Nha bac hoc moi truong Dana Nuccitelli cung cấp một cách hữu ích một danh sách các so sánh mô hình / quan sát trong quá khứ, có sẵn Ở đây. Các Phần mềm PlotDigitizer đã được sử dụng để có được các giá trị từ các số liệu cũ hơn khi dữ liệu không có sẵn. Dữ liệu mô hình CMIP3 và CMIP5 được lấy từ Nhà thám hiểm khí hậu KNMI.

Bài viết này ban đầu xuất hiện trên Tóm tắt carbon

Giới thiệu về Tác giả

Zeke Haus Father bao gồm nghiên cứu về khoa học khí hậu và năng lượng với trọng tâm là Hoa Kỳ. Zeke có bằng thạc sĩ về khoa học môi trường tại Đại học Yale và Đại học Vrije, và đang hoàn thành bằng tiến sĩ về khoa học khí hậu tại Đại học California, Berkeley. Ông đã dành những năm qua 10 làm việc như một nhà khoa học dữ liệu và doanh nhân trong lĩnh vực nhân sự.

Sách liên quan

at Thị trường InnerSelf và Amazon