Skyer og is afslører klimaet i år 2100

Bliver kloden 0,5 grader varmere, får vi en vis stigning i antallet og styrken af ekstreme vejrfænomener såsom skybrud og kraftige orkaner – men situationen er formentlig overkommelig.

Bliver her 3,5 grader varmere, får vi en regulær klimakatastrofe, hvor hundreder af millioner mennesker er på flugt fra tørker, hedebølger, skovbrande, oversvømmelser og orkaner.

Uanset hvilket scenarie vi ender med, kræver det en indsats.

Spørgsmålet er bare hvilken, og for at afklare det er vi afhængige af, at klimamodellerne kan fortælle os, præcis hvordan klimaet vil ændre sig, og hvor ændringerne vil ramme hårdest.

Nu skal kunstig intelligens og skjulte mønstre i satellitmålinger hjælpe forskerne med at simulere dannelsen af skyer og afsløre drivkræfterne bag afsmeltningen af klodens is.

Og resultaterne vil for første gang give os et klart billede af fremtidens klode.

Supercomputere regner klimaet ud

Nutidens mest avancerede klimamodeller kaldes globale cirkulationsmodeller og omfatter atmosfæren, havene, iskapperne og klodens økosystemer.

Modellerne er koblede, det vil sige, at de beregner, hvordan forskellige dele af Jordens klimasystem påvirker hinanden.

Stigende lufttemperaturer øger for eksempel fordampningen fra havet, så vandindholdet i atmosfæren og dermed mængden af nedbør stiger.

Samspillet mellem de forskellige faktorer er beskrevet i ekstremt komplekse computerkoder, og derfor kan beregningerne kun køres på klynger af supercomputere.

Konkret beskriver modellerne Jordens klimasystem i et tredimensionelt netværk, der inddeler atmosfæren, havene og landjorden i terninger. I hver terning beskrives alle relevante klimavariabler – fx temperatur, tryk, nedbør og skyer – som værende ens overalt i terningen.

Terningerne måler typisk 100 x 100 kilometer i det vandrette plan og et enkelt lag af atmosfæren eller havet i det lodrette plan. Lagene har hver en tykkelse på ca. 11 kilometer, og modellerne inkluderer typisk ca. 30 lag af atmosfæren og 20 lag af havene.

Netværket er imidlertid en tilnærmelse, for i den virkelige verden kan den ene ende af en terning være dækket af skyer, mens Solen skinner i resten.

Computerne opdeler også tiden i trin, hvor flowet fra terning til terning i form af vinde og havstrømme typisk beregnes med en halv times mellemrum.

Ideelt set burde terningerne kun fylde en kubikkilometer og de tidsmæssige trin være på et par sekunders varighed, men det overstiger nutidens computerkraft.

Derfor suppleres hovedmodellen, der er solidt baseret på fysiske love, med en slags tommelfingerregler, som bedst muligt tager højde for usikkerhederne.

Men disse regler er baseret på skøn, og forskellige vægtninger fra model til model er en vigtig årsag til, at modellerne når frem til forskellige resultater.

Fortiden sætter modeller på prøve

Et vigtigt skridt på vejen mod bedre klimamodeller er at teste, hvor nøjagtige modellerne er, og rette dem til, hvis de rammer ved siden af.

Forskerne kan ikke vente 50 år for at se, om modellernes resultater er rigtige, og derfor tester de modellerne ved at lade dem simulere fortidens klima.

Forskere har data om lufttemperaturen år for år tilbage til slutningen af istiden for 11.700 år siden. Oplysningerne kommer fra grønlandske iskerner og fra detaljerede målinger af træringes tykkelse.

Gennem hele perioden er der en god overensstemmelse mellem den historiske udvikling og klimamodellernes resultater.

Forskerne råder også over globale målinger af luftens temperatur fra 1850 og frem.

Dem simulerer klimamodellerne også præcist – men kun når de inkluderer vores udledning af drivhusgasser. Hvis udledningerne udelades, rammer modellerne ved siden af, fordi de ikke kan reproducere den globale temperaturstigning på 1,1 grad, som er sket siden 1880.

Men på flere punkter har modellerne hidtil undervurderet konsekvenserne af den globale opvarmning. Det gælder blandt andet for iskapperne på Grønland og Antarktis, hvor massetabet siden år 2000 er større end forudsagt.

Her er modellerne dog allerede blevet bedre, i takt med at forskerne har inkluderet effekten af, at gletsjerne smeltes nedefra af varmere havvand.

Isfrit polhav øger opvarmningen

Havisen i Arktis er også svundet hurtigere ind end ventet, men her har opdagelsen af hidtil ukendte mønstre i årtiers satellitmålinger nu hjulpet forskerne med at afsløre, hvor fejlen i klimamodellerne ligger.

Havisens tilbagetog har global betydning, fordi den hvide is reflekterer sollys ud i rummet, mens det mørke, åbne hav optager det meste af sollysets energi og sender store mængder varme ud i atmosfæren.

Beregninger tyder på, at afsmeltningen har øget optaget af solenergi så meget, at den har bidraget til den globale opvarmning i et omfang, der svarer til en fjerdedel af bidraget fra de stigende mængder kuldioxid i atmosfæren.

Derfor er det vigtigt, at forskerne kan forudsige, præcis hvor hurtigt havisen smelter.

Samtlige klimamodeller er enige om, at Ishavet i Arktis bliver isfrit om sommeren, hvis udledningen af kuldioxid fortsætter som nu.

Nogle modeller peger på, at det vil ske allerede om et årti eller to, mens andre forudsiger, at det først vil ske sidst i århundredet.

For at indsnævre usikkerheden har amerikanske forskere taget et grundigt kig på de satellitmålinger, som er blevet indsamlet siden 1979.

I den periode er isdækket først i september blevet halveret fra ca. otte millioner kvadratkilometer i 1979 til under fire millioner i dag. Samtidig er isens volumen faldet med 75 procent, fordi en stigende del af isdækket består af tynd førsteårsis.

Den amerikanske klimaforsker Alex Hall har sammen med sine kolleger opdaget, at ændringen i forholdet mellem tynd førsteårsis og den tykkere, flerårige is kan forklare den hurtige afsmeltning.

Og FN’s klimapanel har nu brugt denne viden til at indsnævre deres forudsigelser. Resultaterne peger på, at Ishavet vil blive isfrit om sommeren allerede midt i dette århundrede.

VIDEO: Kuldioxid ligger tungt over den nordlige halvkugle

Årsagen til havisens tilbagetog er øgede mængder kuldioxid i atmosfæren. Men fors­ker­ne er stadig uenige om, præcis hvor meget kuldioxid opvarmer kloden.

Gassen absorberer infrarød varmestråling fra Jorden, som ellers ville forsvinde ud i rummet. Men strålingen omfatter et spektrum af forskellige bølgelængder, og kuldioxid absorberer ikke alle bølgelængder lige godt.

Nutidens klimamodeller regner på et vægtet gennemsnit af absorptionen på tværs af bølgelængderne, men hver model har sin egen metode til at udregne gennemsnittet, og derfor kommer de frem til forskellige resultater.

Nye modeller skal i stedet regne på hver enkelt bølgelængde, og dermed bliver usikkerheden mindre. Til gengæld kræver metoden enorm computerkraft.

Skyer driller forskerne

Endnu større udfordringer har forskerne, når de vil beregne fremtidens skydække, som i høj grad påvirker modellernes resultater. For skyer kan både køle og varme.

Tætte, lave skyer afkøler kloden, fordi de reflekterer store mængder sollys ud i rummet, mens høje, tynde skyer lader lyset komme igennem, samtidig med at de absorberer varme fra jordoverfladen.

I dag er de tætte og lave skyer almindeligst, og nettoeffekten af skydækket er en afkøling. Men i en varmere atmosfære kan både forekomsten af forskellige typer skyer og deres geografiske fordeling blive ændret.

Det tætte, lave skydække ligger i dag primært over troperne, men forandrede vindsystemer kan skubbe store mængder lave skyer mod polerne.

Her vil de kun reflektere det svage sollys i de tempererede regioner frem for det intense sollys i troperne. Derfor kan fremtidens skydække opvarme kloden i stedet for at afkøle den.

Klimamodellerne har svært ved at levere præcise prognoser, fordi skyer dannes i langt mindre rumfang end de store, atmosfæriske terninger, som modellerne opererer med. Derfor vil amerikanske forskere nu udvikle modeller baseret på kunstig intelligens, som ud fra satellitmålinger skal simulere skydannelse inden for et realistisk volumen på få kubikkilometer.

Resultaterne vil derefter blive indarbejdet i de globale modeller.

Modeller forudsiger nær fremtid

Modellerne er i de senere år blevet bedre og bedre til at forudsige klodens klima flere årtier eller århundreder ud i fremtiden. Men klimaændringerne er allerede i gang, og lokale myndigheder verden over har brug for konkret viden om, hvordan deres lille udsnit af kloden bliver ramt inden for kun få år.

Derfor arbejder forskerne nu med at udvikle modeller, som bedre forudsiger lokale forhold og giver et klarere billede af klimaets udvikling inden for et enkelt årti.

Især Storbritannien er langt fremme på denne front. Her udarbejdede forskere i 2016 en stor rapport, der undersøgte risikoen for oversvømmelser i forskellige dele af England og Wales inden for de næste få år. Det var muligt takket være årtiers detaljeret vejrdata fra satellitter.

Forskerne opdagede bl.a., at nedbørsmængden under kraftige vinterregnskyl formentlig vil stige ca. ti procent over de næste ti år – og stigningen kan blive op til 30 procent i det sydøstlige England. De detaljerede resultater fungerer nu som vejledning for landets regering, der vil bruge over seks milliarder kroner på at styrke landets forsvar mod oversvømmelser.