Klimaatmodellen – voor gevorderden
Module 4.3 Algemene circulatie modellen. Een gedetailleerder klimaatmodel
En we beginnen weer met een afkorting: GCM : General Circulation Models. Die afkorting gebruiken we voor het gemak verder in de tekst
GCM’s proberen de volle 3dimensionele geometrie van de atmosfeer en de klimaatsystemen te beschrijven. De fysica, de dynamiek, thermodynamica, stralingsoverdrachten, chemie enz. van de atmosfeer worden mee opgenomen in het model, inclusief de broeikasgassen. In de eerste GCM’s werd de oceaan gewoon al een pak water beschouwd. Sinds wetenschappers weten, door observatie, dat oceanen een zeer belangrijke rol spelen in ons klimaat werd hun dynamiek mee opgenomen in de modellen. Denk dan aan de belangrijke oceaanstromingen. Klimaatmodellen waar de oceaaninvloed is in opgenomen noemen we AOGCM, wat staat voor Atmosfeer-Oceaan GCM.
De huidige complexe GCM’s nemen ook de watercyclus (regen, verdampen enz.), de land-biosfeer, het continentale ijs en de oceaan koolstofcyclus mee in de berekeningen. Hierdoor kan je er meer berekeningen mee doen dan enkel maar oppervlakte temperaturen berekenen zoals met de EBM modellen die we in vorige modules hebben besproken. De huidige GCM’S laten toe windpatronen, regenval circulatie, sneeuw- en ijsverdeling, oceaanstromingen en nog veel meer te bestuderen.
We focussen ons nu op één specifiek model van het Nassa Goddard Institute for Space Studies (GISS), nl. het EdGCM (EDucationalGCM). James Hansen, ex-directeur, was de eerste die dit toen nog ‘primitief’ model gebruikte. Toch voorspelde het toen (jaren ’80) al correct de klimaatopwarming die we nu effectief meemaken. Wist je dat je met onze moderne krachtige laptops dat programma kan installeren en bewerken? De toenmalige topwetenschap is nu bijna een huis-tuin-keuken model geworden. Je kan het hier bekijken en downloaden http://edgcm.columbia.edu/ .
In het model toonde James Hansen aan dat als je de C02 verdubbelde in de atmosfeer, dat het dan enkele tientallen jaren tot 100 jaar duurde voor het systeem zich in een nieuw evenwicht bevindt. En dat komt door de temperende invloed van de oceanen, die het gros van de CO2 die we uitstoten opneemt (hoe lang nog?)
Hij werkte 2 hypothesen uit : De klimaatverandering die we vaststellen is verklaarbaar door enkel natuurlijke factoren. Hypothese 2 kan enkel verklaard worden door een combinatie van menselijke en natuurlijke factoren.
Startpunt is 1957. We verdubbelen de CO2 in de instellingen en we klikken op ‘run’. In de oorspronkelijke versie van het EdGCM van James Hansen duurde het een dag voor het een berekening voor een eeuw gemaakt heeft! Dat komt omdat voor elke dag alle variabelen en vergelijkingen die het klimaatsysteem beïnvloeden moeten berekend worden. Dus hoe krachtiger onze computers werden, hoe meer berekeningen en hoe accurater de projecties van onze klimaatmodellen. In dit eerste EdGCM waren de oceanen bv. maar heel basic ingevoerd, waardoor hun invloed wat werd onderschat. Toch bleef het redelijk accuraat.
Bekijk hier een animatie van de jaarlijkse globale oppervlakte temperatuur afwijkingen van 188 tot 2017 https://www.youtube.com/watch?v=Z4bSxb5THm4
Hansen bekeek in zijn model een periode van 50 j nl. van 1958-2012 en wat een verdubbeling van de koolstofdioxide zou betekenen. Zijn conclusie was de volgende.
De gemiddelde globale oppervlakte temperatuur +4,5°C
Globale sneeuwbedekking : van ongeveer 10,8 % in 1958 naar 7,3 % in 2012.
Globale ijsbedekking oceanen : van 4, 5% in 1958 naar 2,1% in 2012
Globale neerslag : van 3 mm/dag in 1958 naar 3,5 mm/dag in 2012
De conclusie is niet moeilijk : hogere temperaturen, minder sneeuw en ijs, meer neerslag. Maar het model voorspelde ook grote regionale verschillen hierin. Om dat te bepalen nam James Hansen (en zijn team) twee referentieperiodes nl. 1958-1963 en 2008-2012. Bedenk dat de eeste periode toen al historisch vastgestelde metingen waren. Als raster voor lengte en breedtegraad kon er toen maar per 7° gewerkt worden, wegens beperkingen in wat computers toen aankonden. Moderne modellen gaan veel verder en gedetailleerder. Hansen merkte toe dat er grote verschillen optreden in temperatuur- regen- en andere veranderingen naargelang de regio.
We herhalen hier graag nog eens dat de uitkomst van de toenmalige berekeningen (voorspellingen) van de mate van de klimaatverandering in 2008-2012 in grote lijnen griezelig kloppen met wat we werkelijk als klimaat hebben gekregen! Een bewijs dat de wetenschap klopt en dat er echt naar geluisterd moet worden!
In de volgende les gaan we de modernere ‘State of the art’ computermodellen bekijken.
Reactie toevoegen