De ce majoritatea modelelor climatice sunt „fierbinți”?

O bună parte din articolele mele publicate pe această platformă discută modele (simulări) ale variațiilor unor parametri climatici precum concentrația de CO2, temperatura medie globală, nivelul mediu global al oceanelor, creșterea/descreșterea ghețarilor, extincția unor specii etc. Ultima contribuție a fost o descriere critică a modului în care premiul Nobel pentru fizică a fost acordat anul acesta unui cercetător (Syukuro Manabe) al cărui model climatic este cel mai prost posibil, adică cel mai departe de datele reale – o dovadă clară a existenței Nobilei minciuni în Academia suedeză responsabilă cu acordarea respectivului premiu.

Simulările matematice descriind evoluțiile viitoare ale celor cinci sub-componente sinergetice (atmosferă, hidrosferă, biosferă, litosferă, criosferă) care alcătuiesc sistemul climatic terestru (Fig. 1) sunt, conform IPCC, de cea mai mare importanță pentru recomandări făcute factorilor politici decizionali, chemați să adopte măsuri planetare de punere sub control al acestor evoluții.

Într-un Credo publicat anul trecut mi-am exprimat, foarte pe scurt, părerea despre propulsarea mediatică fără rețineri a primordialității modelelor climatice, fără să anticipez că anul acesta cel mai prost dintre ele va fi încoronat cu un premiu Nobel:

Cred că suntem martorii unei hegemonii (tiranii?) exercitate de predicțiile climatologice impuse peste sau contra realităților contingente, imaginative și umaniste ale vieții sociale și viziunilor despre viitor. Modelele climatice sunt acum privite ca adevărații predictori ai schimbărilor pe care clima le-ar putea suferi. Este o hegemonie care conduce la inflamarea disproporționată a puterii discursului social și politic bazat pe modelările posibilelor schimbări viitoare ale climei.

În articolul de față voi încerca să explic de ce majoritatea modelelor climatice sunt „fierbinți” și, cu cât sunt mai supra-încălzite, cu atât fac mai multe „vrăji”, sunt mai mediatizate, colportate și, din nefericire, luate în serios de mulți oameni de bună credință, dar cu puține cunoștințe despre acest domeniu.

La prime vedere, ne așteptăm ca modelele să fie reprezentări fidele ale sistemului climatic – un microcosmos al realității înconjurătoare. Ne așteptăm, și dorim chiar, ca ele să poată simula tot ceea ce sistemul real face, pentru a ne fi de folos în luarea unor decizii extrem de importante. Din păcate, situația concretă este diferită de cea idealizată. Sau, cum remarca ironic George E. P. Box, toate modelele sunt greșite, dar unele sunt utile.

Printre lucrurile pe care le facem cu modelele climatice, remarcabilă este încercarea de a reprezenta comportarea sistemului terestru, cu toate componentele lui și procesele care au loc între acestea. (Fig. 1). Deci, luăm atmosfera, criosfera, litosfera, hidrosfera și biosfera, toate aceste sus-sisteme pe care le înțelegem incomplet din cauza necunoașterii tuturor relațiilor dintre ele și încercăm să le descriem printr-o serie de ecuații matematice, iar apoi luăm ecuațiile matematice, le transpunem în coduri de calculator și încercăm să rulăm aceste coduri și să vedem ce se va întâmpla.

Dar imediat apare o problemă fundamentală: noi nu avem capacități de calcul infinite și atunci suntem siliți să adoptăm o serie de presupuneri și aproximări.

De exemplu, acoperim atmosfera Pământului cu o rețea 3-D, de regulă 10 – 20 straturi de cuburi stocate deasupra unei suprafețe formate din pătrate cu dimensiuni tipice de 100 km x 100 km (Fig. 1) Dar, pentru că înălțimea atmosferei care trebuie modelată este comparabilă cu suprafața unui pătrat din rețeaua 3-D, rezultă că stratele din partea superioară a modelului seamănă mai mult cu niște „clătite” decât cu niște cuburi.

O altă rețea 3-D acoperă oceanele și are pătrate mai mici, 10 km x 10 km și până la 30 niveluri (Fig. 1).

Când tot Pământul este acoperit în acest mod, există circa 1 milion blocuri pentru atmosferă și 100 milioane pentru oceane. Și noi vrem să simulăm tot ce se întâmplă în fiecare cub într-un interval de timp cât mai scurt.

După stabilirea rețelelor de blocuri, modelele computerizate folosesc legile fundamentale ale fizicii pentru a calcula modalitățile prin care aerul, apa și energia solară din fiecare bloc la un moment dat se deplasează în blocul vecin la un moment ulterior. Intervalul de timp poate fi redus până la 10 minute. Reiterarea acestui proces de milioane de ori simulează schimbarea climei într-un secol (dacă intervalul de timp este de 10 minute, sunt necesare 5 milioane reiterări). Aceste operații necesită luni de simulare chiar și pentru cele mai puternice supercomputere din lume.

Până aici, totul este (relativ) simplu și direct. Dar realitatea este mult mai complexă.

Date fiind limitările inevitabile, spațiile și temporale, ale procesului de simulare, este clar că schimbările climei nu sunt complet descrise modelul climatic în sine. Și de aici apar limitări importante ale rezultatelor produse de computere. De exemplu, o provocare majoră cu care se confruntă modelele este folosirea unei singure valori de temperatură, umiditate, viteza vânturilor etc. pentru a descrie condițiile dintr-un bloc de simulare. Și totuși, multe fenomene apar la o scară mai mică de 100 km x 100 km ( de ex., munții, norii și furtunile), astfel că modelatorii trebuie să folosească diverse aproximări/presupuneri/ipoteze pentru sub-rețele ca să poată completa un model.

Un alt exemplu: fluxurile luminii și căldurii solare prin atmosferă sunt influențate de nori, care, în funcție de tipul și formarea lor, joacă un rol foarte important în reflectarea sau interceptarea căldurii. Fizica ne spune că numărul și tipurile de nori prezenți în fiecare strat al atmosferei deasupra unui pătrat din rețeaua terestră va depinde în general de condițiile locale (umiditate, temperatură etc.). Dar, pentru că de multe ori norii sunt mai mici de 100 km (mărimea unui bloc din rețea), programatorii trebuie să facă presupuneri, ajustări, adică tunare. Chiar dacă acele presupuneri au o fundamentare fizică, judecățile personale (subiectivitatea individuală) nu pot fi excluse.

Și, deoarece diverși programatori vor face diverse presupuneri și judecăți individuale, rezultatele modelărilor vor diferi mult și, de-a lungul timpului, am publicat mai multe exemple de astfel de modelări climatice (de exemplu, aici)

O altă problemă majoră apare din cauza diferenței dintre modul în care rețeaua împarte pământul în blocuri orizontale vs. verticale. Atmosfera și oceanele sunt niște „coji” subțiri care acoperă planeta: adâncimea medie a oceanelor este 4 km, foarte mică în comparație cu raza terestră de cca 6.400 km. Similar, și înălțimea relevantă a atmosferei este de 100 km, adică mult mai mică decât raza pământului. Pentru a descrie cu acuratețe variațiile verticale, cele câteva duzini de blocuri de rețea suprapuse în atmosferă deasupra fiecărui pătrat de pe suprafață sau dedesubt în oceane ar trebui să fie foarte aplatizate, ca niște stive de clătite ultra-subțiri.

Ipoteza că fenomenele de curgere atmosferică au loc în straturi (vezi termenul stratosferă) nu mai ține în atmosfera aflată sub 10 km altitudine, acolo unde au loc turbulențele meteorologice. Acolo, fluxurile de energie și vapori de apă apar la scări mult mai mici decât 100 km. Problema devine dificilă la tropice, unde fluxurile verticale joacă un rol important pentru deplasarea energiei și ridicarea vaporilor de apă de pe suprafețele oceanice.

Mai apare apoi problema inițializării (t = 0) modelului, inițializare care trebuie să consemneze valori ale temperaturii, salinității, vitezei curenților etc. în fiecare bloc oceanic. Și chiar dacă s-ar cunoaște condițiile inițiale corecte, tot nu poate fi modelat nivelul de haos al sistemului climatic (vezi efectul butterfly al lui Edward Lorenz).

Și, în ultimul pas, după ce s-au introdus soluții numerice pentru toate ecuațiile fizice și chimice din model, după ce s-au făcut toate presupunerile pentru sub-rețele, s-au inițializat toți parametrii, apare tunarea, ajustarea, acordul fin. De ce? Pentru că fiecare sub-bloc din rețeaua 3-D are nevoie ca unii parametri să fie stabiliți empiric. Și sunt duzini de parametri care necesită tunare. De exemplu, gradul de acoperirea cu nori, curenții de convecție, cantitatea de apă sau zăpadă existentă pe suprafața modelată, modul de amestecare a apelor oceanice, cantitatea de apă evaporată în funcție de proprietățile solului, condițiile atmosferice și vegetație. [1]

Fig. 1. (stânga) Cele cinci sub-sisteme (atmosferă, litosferă, hidrosferă, biosferă și criosferă) ale sistemului climatic terestru și interacțiunile sinergetice dintre ele. GCM este un acronim pentru General Circulation Model (model al circulației generale); (dreapta) Un astfel de model descrie clima folosind o grilă tridimensională globală, având de obicei o rezoluție orizontală între 250 și 600 km, 10 până la 20 de straturi verticale în atmosferă și, uneori, până la 30 de straturi în oceane.

La toate cele de mai sus, aș adăuga aici întrebarea din titlu: De ce marea majoritate a modelelor climatice agreate de IPCC și publicate în 2014 (Raportul AR5), respectiv, în 2021 (Raportul AR6), sunt atât de „fierbinți” încât au declanșat o adevărată isterie mediatică și politică?

Există două factori fundamentali ale căror simulări produc „febra” modelelor climatice și ei sunt descriși de o ecuație simplă sub forma unui produs:

Factorul 1

Sensibilitatea climatică se referă la creșterea încălzirii globale ca răspuns la o dublare ipotetică a concentrației atmosferice a CO2 (2xCO2) față de valoarea sa preindustrială (280 ppm sau 0,028%). Parametrul principal se numește sensibilitatea climei la echilibru (Equilibrium Climate Sensitivity – ECS) și pornește de la ipoteza că clima Pământului are nevoie de timp pentru a se adapta la modificările concentrației de CO2 și estimează mărimea încălzirii care va avea loc după ce toate procesele vor ajunge la echilibru. Dacă emisiile de CO2 continuă neschimbate ca rată și dacă ciclul carbonului nu se schimbă mult, atunci dublarea ar putea avea loc către sfârșitul acestui secol. Cu cât ECS este mai mare (adică, temperaturile prezise cresc), cu atât clima este mai sensibilă la influențele umane (sau, cel puțin, la creșterea CO2).

Un al doilea parametru utilizat pentru simularea sensibilității climei este răspunsul climatic tranzitoriu (Transient Climate Response – TCR) reprezentând valoarea încălzirii care ar putea avea loc în momentul în care CO2 se dublează, după ce a crescut treptat cu 1% în fiecare an. TCR are tendința să fie mult mai mic decât ECS (cu aprox. 50 – 80%).[2]

Considerând doar parametrul ECS că măsură a sensibilității climatice, penultimul raport IPCC AR5 (2014) a indicat o plajă de valori cuprinsă între 1,5 – 4.5°C. După șapte ani, modelele publicate în ultimul raport IPCC AR6 (2021) s-au îmbolnăvit de „febră” climatică. Noua plajă de valori ECS este acum în domeniul 1.8 – 5.6°C (Fig. 2).

Fig. 2. Sensibilitatea climatică la echilibru (ECS) pentru 40 modele care fac parte din gruparea CMIP6 a raportului AR6, publicat în 2021. Modelele sunt aranjate în ordine descrescătoare, acoperind un interval ECS de la 5,6°C la 1,8°C. Modelele în galben (14) sunt mai sensibile (mai „fierbinți”) decât limita superioară din precedentul raport AR5. Cea mai mică valoare ECS (1,8°C) a fost propusă de modelul rusesc INM-CM4-8, care a produs cele mai apropiate valori de datele de temperatură măsurate (a se vedea Figurile 1 și 2 din articolul Nobila minciună și premiul Nobel pentru fizică 2021). (Sursa)

Un studiu recent care utilizează unul dintre modelele climatice CMIP6 de ultimă generație (Fig. 1, E3SM) a sugerat că reducerea atât a mărimii forțării radiative negative a aerosolilor, cât și a sensibilității sale climatice (ECS = 5,3°C), duce la o mai bună concordanță cu înregistrările istorice observate ale temperaturii la suprafață.[3]

În 2020, un grup de cercetători a criticat faptul că 10 din 27 dintre modelele climatice CMIP6 au un ECS mai mare decât limita superioară a intervalului (1,5° – 4,5°C) estimat de modelele din generația anterioară. Cu toate acestea, valorile supra-estimate ale ECS nu sunt susținute de datele paleoclimatice existente.[4] O practică deja criticată în 2020, dar, din păcate, rămasă fără niciun rezultat semnificativ în 2021.

De ce modelatorii climatici au întors termostatul planetar către valorile mai „fierbinți” ale sensibilității climatice? Pentru că ei pot și vor să-și tuneze modelele, care, în cele din urmă, vor căpăta „febră”. Iată câteva dovezi scrise:

Odată cu creșterea diversității în aplicațiile modelelor climatice, numărul de obiective potențiale pentru tunare crește. Există o varietate de obiective pentru probleme specifice, iar diferite modele pot fi optimizate pentru a obține performanțe mai bune în cazul unei anumit parametru legat de obiective specifice, expertiză sau identitate culturală[s.m.] a unui anumit centru de modelare.

Ne putem imagina modificarea unui parametru [adică tunarea modelului] despre care se știe că afectează sensibilitatea climatică, să se păstreze apoi atât acest parametru, cât și ECS-ul în intervalul anticipat acceptabil [s.m.] și re-tunarea modelului în caz contrar, cu aceeași strategie către aceleași obiective.[5]

Am documentat modul în care am tunat modelul climatic global MPI-ESM1.2 pentru a se potrivi cu încălzirea înregistrată de instrumente; un efort care, în mod clar, a fost un succes. Din cauza ordinii istorice a evenimentelor, s-a optat pentru a face acest lucru în mod practic, vizând un ECS de aproximativ 3°C prin tunarea feedback-ului norilor, în loc de tunarea efectului aerosolilor.[6]

ECS este o cantitate nemăsurabilă. Este un parametru rudimentar, creat atunci când modelele erau mult mai simple. Este încă util, dar nu este singura modalitate de a înțelege cât de mult va afecta climatul creșterea gazelor cu efect de seră.[7]

A tuna valorile ECS pentru a satisface obiective specifice și pentru a păstra parametrul într-un interval anticipat acceptabil înseamnă o trădare a științei pe care modelatorii pretind că o practică. Este clar că primul factor al ecuației de mai sus produce „febră” climatică.

Factorul 2

sau „Creșterea concentrației de CO2 în timp”

Acest factor estimează variația concentrației de CO2 în timp și, de la bun început, a ridicat probleme. Pentru că nu știm cu precizie care va fi curba de evoluție a CO2, trebuie să facem niște presupuneri – cum va reacționa clima sau CO2 până în anul 2100.

Climatologii au folosit până de curând așa numitele Representative Concentration Pathways (RCP) (Tabel 1), unde numărul care apare după RCP reprezintă câți W/m² adiționali de radiație vor fi introduși în sistemul climatic până în 2100 în funcție de creșterea emisiilor de CO2. RCP au fost folosite în IPCC AR5 (2014) și au estimat o creștere a temperaturilor medii globale de la ~1,5°C la ~ 5,7°C.

Noua paradigmă, aplicată în IPCC AR6 (2021) folosește ceva numit Shared Socioeconomic Pathways (SSP) (Tabel 1), care, deși utilizează aceleași valori ale radiației adiționale în W/m², estimează o creștere mai mare a temperaturilor medii globale pentru primele patru scenarii, de la ~1,8°C la ~4,0°C (creșterea maximă a temperaturii în AR6 este tot de ~5.7°C). Săgețile roșii din Tabelul 1 indică modelele noi devenite mai „fierbinți”.

Tabel 1- Comparație între două paradigme ale variației concentrației de CO2, respectiv ale temperaturilor medii globale, până în 2100

Situația menționată a atras deja atenția serviciului geologic oficial al Statelor Unite – USGS (United States Geological Survey), care a subliniat caracterul ireal al scenariilor catastrofiste, mai ales RCP8.5, supranumit „business-as-usual”:

RCP8.5 nu este neapărat un scenariu business-as-usual[8]

Chiar și un grup climatic alarmist (CarbonBrief) s-a ridicat împotriva scenariilor SSP catastrofiste. Într-un articol publicat în Nature (2020), autorii declară :

IPCC utilizează scenarii denumite „pathways” pentru a explora posibilele schimbări în ceea ce privește utilizarea energiei, emisiile de gaze cu efect de seră și temperatura în viitor. Acestea depind de politicile care vor fi adoptate, unde și când vor fi adoptate. În viitorul raport de evaluare al IPCC AR6, noile „pathways” (SSPs) nu trebuie să fie utilizate așa cum au fost utilizate cele anterioare (RCPs). Este puțin probabil ca emisiile de tip business-as-usual să ducă la cel mai rău scenariu. Traiectoriile mai plauzibile constituie o bază de referință mai bună pentru măsurile politice uriașe necesare pentru a menține creșterea temperaturii globale sub 1,5°C.

Nu mai folosiți cel mai pesimist scenariu privind încălzirea climei ca fiind cel mai probabil rezultat – o bază de referință mai realistă permite o politică mai bună.[9]

Problema este că 80-90% din articolele climatice și aproape totul raportat de IPCC și de mass media fac trimitere la scenariile extreme, în special RCP8.5, devenit acum SSP5-8.5, ale căror creșteri de temperatură (~5.7°C până în 2100) produc isterii de masă și emoții apocaliptice.

Scenariile extreme supraestimează în mod semnificativ cantitatea de dioxid de carbon care ar trebui să existe și creșterea concentrației de CO2, ceea ce face ca și al doilea factor care controlează simulările climatice să fie prea mare.

Pentru a evidenția caracterul „încălzirist” ale Factorului 2 din ecuația de mai sus, supun atenției cititorilor Fig. 3 care prezintă variațiile temperaturii globale până în 2100 conform celor 40 modele care fac parte din gruparea CMIP6 a raportului AR6 (2021), în comparație cu datele reale satelitare.

Graficele din stânga figurii folosesc scenariul SPP2-4.5, mai puțin „fierbinte”, pe când cele din dreapta sunt bazate pe scenariul SPP5-8.5, mult mai „fierbinte”. Diferențele dintre cele două grupări de modele sunt vizibile. Dar, și mai spectaculoase, sunt diferențele dintre majoritatea modelelor și datele reale de temperatură măsurate cu sateliți. Este evidentă tendința celor mai multe modele de a deveni „fierbinți” fără nicio justificare reală – sunt doar „croite din cuțite și pahară” computerizate.Citeste continuarea pe Contributors.ro