Simulace světového klimatu: Pochopení a předpovídání budoucích změn

Jistě jste slyšeli o klimatických změnách - o tom, jak skleníkové plyny, které produkujeme při výrobě elektřiny, jízdě autem, vytápění domovů atd. téměř jistě ohřívají naši planetu. Pokud jsou současné počítačové modely klimatu správné, děti narozené v současnosti se mohou dočkat od zrození lidské civilizace zatím nepoznaných klimatických podmínek.

My lidé, i všechny ostatní žijící druhy na této planetě, jsme přizpůsobeni podnebí, které na Zemi trvá již 10 000 let; tak rychlé změny mohou mít proto vážné následky. Chcete-li získat více informací o základních problémech se změnami klimatu souvisejících a o tom, jak na ně světové společenství reaguje, podívejte se na Soubor informací o klimatických změnách vytvořený UNEP - UNEP Climate Change Information Kit.

Informace o stavu modelování klimatu, o programu pro předpovědi a dále působivé znázornění jak simulace klimatických změn vypadají naleznete v Hadleyově centru pro předpovědi a výzkum klimatu - The Hadley Centre for Climate Prediction and Research (doporučujeme Vám nejdříve se podívat na sul.mpg - pozor, má přes 2 MB - pozn.

Co když jsou však tyto modely chybné? Co když je rychlost a rozsah klimatických změn nadsazena a my budeme v neopodstatněné panice investovat obrovské sumy peněz, abychom se pokusili odvrátit nebezpečí, které ve skutečnosti není tak vážné, jak se díky simulačním programům zdá?

Nejistota v předpovědích a Monte Carlo přístup

Díváte-li se na předpověď počasí, nechcete od hlasatele jenom slyšet co nejpřesnější předpověď pro nadcházející víkend. Chcete také vědět do jaké míry je jeho či její předpověď důvěryhodná. Správný hlasatel, pokud je situace komplikovaná, připustí, že ve skutečnosti přesně neví, co se bude dít. Pak vás ale také upozorní, když předpověď vypadá jasně natolik, že je možno se na ni spolehnout.

Čtěte také: Elektromobilita a simulace výbojů

Předpověď počasí na tři dny začíná odhadem současné situace napříč světem. Předpovědi jsou nejisté, proto předpovídající nejdříve začíná s množstvím různých odhadů dnešního počasí. Tyto odhady odpovídají údajům, které jsou právě k dispozici. Tyto odhady jsou použity k tvorbě třídenní předpovědi pomocí počítačového modelu.

Pokud všechny takto vytvořené předpovědi říkají, že bude teplo a slunečno, pak i předpovídající mohou bez obav oznámit, že pravděpodobně bude teplo a slunečno. Pokud polovina předpovědí nabízí slunečno a druhá polovina naopak předpovídá zataženo a déšť, pak předpovídající musejí přiznat, že nejsou schopni nám říci příliš mnoho.

Tento "souborný" či "Monte Carlovský" přístup (pojmenovaný takto proto, neboť různé předpovědi jsou právě jako různé hody hrací kostkou) je dokonce ještě důležitější při předpovídání, zda pravděpodobně budeme či nebudeme mít teplou zimu. Pouze blázen by tvrdil, že ví přesně, jaké bude počasí šest měsíců dopředu. Nicméně profesionální předpovídači počasí se snaží oddělit to, co lze předpovědět pro nejbližších pár měsíců (obvykle velmi málo), od toho, co je vpravdě nepředpověditelné.

Klimatické modely jako obrovské předpovědi počasí

Ve své podstatě klimatické modely dělají jednoduše obrovské předpovědi počasí, ovšem jsou zde komplikace. Klimatické modely v základu řeší stejné rovnice jako modely pro předpovědi počasí, navíc předpovídají i pomalé změny oceánských proudů a mořského ledu.

I když se nesnažíme analyzovat tolik detailů jako modely pro předpovědi počasí (díky tomu jsou klimatické modely rychlejší), přesto se pokoušíme předpovědět situaci pro následujících 50 či 100 let spíše než pro nejbližších několik dní či týdnů. Tento způsob, kdy běží současně více dlouhodobých klimatických simulátorů, je náročný už i pro nejvýkonnější světové počítače.

Čtěte také: O koloběhu vody v přírodě

Ke zhoršení stavu věcí přispívá i to, že nepotřebujeme uvažovat pouze nejistotu současného stavu klimatu, nýbrž - a to je pro předpovědi vývoje klimatu dokonce důležitější - musíme uvažovat i nejistotu klimatického modelu jako takového.

Předpověď počasí může mít úspěch když budeme předpokládat, že modely jsou "perfektní" a budeme stejné modely spouštět s různými počátečními podmínkami. Pro vytvoření klimatické předpovědi metodou Monte Carlo budeme muset použít mnoho různých modelů, abychom se vyrovnali s nejistotou, jakým způsobem jsou klimatické procesy v modelech znázorňovány.

Výhodou pro nás je, že klimatické změny probíhají relativně pomalu. Aby byla předpověď počasí užitečná, je nutné ji provést dnes. Pokud nám však trvá dva nebo tři roky než vytvoříme lepší předpověď klimatu pro rok 2050, žádný problém; můžeme si být jisti, že politici ve světě se budou přít o to, co s tím dělat, ještě řadu následujících let.

Takže i když bude trvat rok či více, než na svém PC vytvoříte klimatickou předpověď pro následujících 50 let, bude tato předpověď stále platná, zvláště pokud je součástí rozsáhlého Monte Carlovského simulačního experimentu.

Přibližné hodnoty a "měnitelné parametry"

Klimatické modely obsahují mnoho přibližných hodnot. Tak například stromy ovlivňují klima (kromě jiného) tím, že převádějí vlhkost z půdy do atmosféry. Ovšem počítač nemůže reprezentovat každý jednotlivý strom naší planety. Místo toho je zde jedno číslo, které zahrnuje celkové množství vody, které je předáno všemi stromy jedné velké oblasti za slunečného dne.

Čtěte také: Vady snímací techniky

Jak si asi představíte, toto číslo mnoho neříká, neboť každý strom má jiný tvar a velikost a bude mít tedy v tomto procesu jiný podíl. Právě zde tedy tvůrci modelů musí pracovat s hodnotou dle jejich "nejlepší volby". Co bychom rádi udělali my, je udržovat v provozu několik modelů se stupnicí odhadů - například velmi vysoký, vysoký, střední, nízký a velmi nízký - dopadu tohoto stromového efektu.

Pokud by model závisel pouze na těchto "měnitelných parametrech", úkol by byl snadný. Takových parametrů jsou ovšem stovky, a jejich kombinace představují doslova miliony možností.

Simulace klimatických změn na vašem PC

Nainstalujete si do vašeho PC jednoduchý model, pravděpodobně z CD nebo (pokud máte rychlý modem) stažením z internetu. Pro upřesnění - nároky modelu na paměť počítače a použití disku jsou podobné těm, jaké mají současné moderní počítačové hry.

Poté napíšete náhodně zvolené číslo - tím vyberete kombinaci parametrů pro vytvoření možného modelu. Nemůžete jednoduše vzít klimatický model a začít předpovídat budoucnost. Výsledkem některých kombinací měnitelných parametrů bude znázornění současného stavu klimatu, který bude naprosto nepodobný tomu, co se za posledních 50 let ve skutečnosti stalo.

V takových případech vás Casino-21 upozorní, že se objevilo cosi nerealistického a nabídne vám pár možností: buď můžete požadovat úplně novou sadu parametrů - a tak vytvoření zbrusu nového modelu, nebo můžete žádat kopii modelu někoho jiného - modelu, který se tváří realisticky.

Do určité míry jsou nejrealističtější modely vybrány procesem přirozeného výběru. I když vám samozřejmě předem nemůžeme říci, zda právě váš originální model uspěje (to zjistíte pouze tak, že jej necháte běžet), vybereme a vyzkoušíme a dané rozsahy parametrů, abychom se tak ujistili, že nemusíte model během simulačního období spouštět více než jednou či dvakrát.

Nepomineme ani modely, které se ukázaly být nerealistické; i negativní výsledky mohou být ve vědě stejně užitečné jako ty pozitivní. Hodnoty parametrů, jejichž výsledkem bylo nereálné klima, nám mnoho napovědí o tom, jak klimatický systém funguje.

Máte-li vytvořenu předpověď pro rok 2000 - buď se svým originálním modelem (pokud máte štěstí) nebo (pravděpodobněji) s realističtější verzí, kterou jste od nás získali, pak máte právo začít s předpovědí pro 21. století. Pamatujte, že v tomto stadiu bude váš model právě tak odpovídající skutečnosti jako kterýkoli jiný současný model znázorňující klimatické změny v 21. století.

Důležitost přesných předpovědí

Změny klimatu ovlivňují nás všechny; rozhodování o tom, co s tím (pokud vůbec něco), bude obtížné. Všichni chceme, aby bylo učiněno správné rozhodnutí, jenže právě teď lidé zjišťují, jak je obtížné, bez znalosti všech možných rizik spojených s různými možnostmi, se rozhodnout.

Tento experiment by mohl zavést úplně nový způsob předpovídání klimatických podmínek - různorodé předpovědi reflektující škálu rizik i pravděpodobností, spíše než předpovědi na základě "nejlepší volby". Nemáme však počítačové zdroje, a tak nemůžeme postupovat jinou cestou.

Pokud tedy máte to štěstí a máte výkonný počítač v kanceláři či doma, žádáme vás, přispějte svým kouskem, abychom si byli jisti správností rozhodnutí učiněných v souvislosti se změnami klimatu.

Globální klimatické modely a socioekonomické scénáře

Globální klimatické modely (dále GCM) jsou navázány na tzv. socioekonomické scénáře. Ty reflektují různé možné budoucí trajektorie vývoje světa nejen z pohledu emisí či výsledných koncentrací skleníkových plynů v atmosféře, nýbrž i z hlediska různého hospodářského a společenského vývoje na planetě. Poslední 6. hodnotící zpráva IPCC (AR6) pracuje se scénáři socioekonomického vývoje, tzv. Shared Socioeconomics Pathways (SSP). V jednoduchosti lze jednotlivé scénáře změny klimatu používané na vstupu GCM simulací interpretovat takto:

• SSP1-2.6: udržitelná cesta vývoje, jsou realizována úspěšná opatření na ochranu klimatu, koncentrace CO2 v roce 2100 je očekávána na mírně vyšší něž současné hodnotě 446 ppm, nárůst globální (světové) teploty je na úrovni 1,6 °C.
• SSP2-4.5: střední cesta, degradace environmentálních systémů, ale jsou některá zlepšení týkající se využívání zdrojů a energie, realizována částečně úspěšná opatření na ochranu klimatu, a koncentrace CO2 v roce 2100 by měla být 603 ppm, nárůst globální (světové) teploty je na úrovni 2,8 °C.
• SSP3-7.0: regionální rivalita a konflikty umožňující jen malý ekonomický rozvoj, velmi nízká ochrana klimatu, koncentrace CO2 v roce 2100 je předpokládána na úrovni 867 ppm, nárůst globální (světové) teploty je na úrovni 4,4 °C.
• SSP5-8.5: vývoj založený na fosilních palivech, žádná ochrana klimatu, koncentrace CO2 v roce 2100 je předpokládána na úrovni 1135 ppm, nárůst globální (světové) teploty je na úrovni 5,8 °C.

Označení SSP5-8.5 a SSP3-7.0 signalizují, že na konci století bude radiační působení větší než 8,5 W/m2, respektive 7,0 W/m2. V SSP1-2.6 a SSP2-4.5 je však radiační působení sníženo na 2,6 W/m2, resp. 4,5 W/m2, prostřednictvím dodatečných opatření na ochranu klimatu.

Pro získání robustnějších výsledků jsou jednotlivé modely a scénáře zpracovány ve společném ansámblu, a uživateli je tak předložena nejpravděpodobnější očekávaná změna, včetně vyjádření nejistoty. Ta je konstruována, že obsahuje dvě nižší a dvě vyšší úrovně projekcí (například teplejší a chladnější nebo sušší a vlhčí).

Dopady na města a stoupající hladina moří

Podle simulací, které vytvořil postupimský Institut pro výzkum oteplování klimatu, Postupimská univerzita a newyorská Kolumbijská univerzita, budou města jako New York, Tokio, Londýn, Hamburk a mnohá další tvrdě postižena budoucím zvýšením hladiny moří.

Simulace vědců z německé Postupimi potvrzují, že pokračuje velmi pomalý, ale neúprosný proces: v případě růstu teplot o čtyři stupně Celsia ve srovnání s předindustriální dobou se úroveň moře zvedne o šest a půl metru, píše italský deník La Repubblica.

„To, co dnes ztrácíme v Antarktidě, je ztraceno navždy,“ uvádějí vědci z postupimského institutu. Jejich studie ukazuje účinky růstu teplot na ledovce v Antarktidě. „Antarktida obsahuje více než polovinu sladké vody na světě, která je zmražená ve velké ledové čepici silné až pět kilometrů,“ říká hlavní autorka studie Ricarda Winkelmannová z Postupimské univerzity.

A protože se voda v oceánu a vzduch nad ním oteplují kvůli emisím skleníkových plynů, ztrácí bílá pokrývka jižního pólu na objemu a stává se nestabilní. Z důvodu rozlehlosti Antarktidy je její potenciál vyvolat zvýšení hladiny moří obrovský: již při oteplení o dva stupně způsobí tání ledovců a odtok vody do oceánu zvýšení hladiny o 2,5 metru. Oteplení o čtyři stupně vyvolá zvýšení hladiny o šest a půl metru a oteplením o šest stupňů se hladina zvedne téměř o 12 metrů.

Dlouhodobé změny jsou nezvratné, upozorňují vědci. Stav, z něhož není návratu, je podle modelu zvýšení teploty o deset stupňů. To je kritický práh, který by odpovídal vymizení ledu v Antarktidě. Následný vzestup úrovně moří by měl katastrofální dopady na města situovaná blíže pobřeží.

„Antarktická polární čepice je v zásadě naším posledním dědictvím z předchozího období historie Země. Existuje asi 24 milionů let. Naše simulace ukazují, že jakmile se rozpustí, nikdy se nevrátí do původního stavu, i kdyby teploty znovu poklesly. Teploty by se totiž musely vrátit k předindustriální úrovni, aby se znovu plně obnovila. Tento scénář je vysoce nepravděpodobný,“ uvádí další z autorů studie Anders Levermann.

Naopak podle pravděpodobnějšího scénáře by byla ohrožena mnohá města, jako je Londýn, Bombaj, New York či Šanghaj. „Jinak řečeno, to, co dnes ztrácíme v Antarktidě, je ztraceno navždy,“ dodává Levermann.

Důvodem, proč je tato tendence nezvratná, jsou mechanismy projevující se v chování ledových příkrovů v podmínkách oteplování. „V západní Antarktidě je například hlavním faktorem ztráty ledu teplá voda oceánu, která způsobuje větší tání pod ledovými platformami v moři, což zase může destabilizovat příkrov ledu na zemi. To vyvolává sklouzávání ledovců o rozměrech Floridy do moře.

tags: #simulace #světového #klimatu

Oblíbené příspěvky:

• Průvodce přežitím v přírodě
• Deštné pralesy ohroženy znečištěním vody
• Udržitelná budoucnost
• Odsavače par a odpadkové koše – recenze
• Obnovitelné zdroje v Německu – garantované ceny