Klimamodel: Forskelle mellem versioner

{{Eftersyn| – Noter og referencer kan saneres og opdateres, da [[IPCC]] udgiver nye rapporter der kan gøre anvendte henvisninger forældede|dato=januar 2020}}

'''Klimamodeller''' er [[Model (matematik)|modeller]], der beregner forskellige klimaparametre som [[temperatur]], [[tryk]], [[vind]] og [[fugtighed]].

Der findes en række typer klimamodeller, fra meget enkle energibalancemodeller til de mest avancerede jordsystemmodeller.

</ref>

 

<!-- /ref><ref -->

* {{cite journal|author=IPCC|year=2014|title=AR5 Synthesis Report - Climate Change 2014. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change|page=58|url=https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/SYR_AR5_FINAL_full.pdf#page=74|quote=Box 2.3. ‘Models’ are typically numerical simulations of real-world systems, calibrated and validated using observations from experiments or analogies, and then run using input data representing future climate. Models can also include largely descriptive narratives of possible futures, such as those used in scenario construction. Quantitative and descriptive models are often used together.}}</ref><ref> Andre korte formuleringer til introduktion af emnet:

* Punktet 'Klimamodel' på [https://www.dmi.dk/klima/klimaord-forklaret/#K "Klimaord forklaret"] fra Dmi.dk har også en kort formulering

* [https://www.carbonbrief.org/qa-how-do-climate-models-work#what "What is a climate model?"] fra Carbonbrief.org, jan. 2018 – Med bl.a. illustrationer til udviklingen af globale klimamodeller fra 1970'erne og frem (first (“FAR”) fra 1990, second (“SAR”) fra 1995, third (“TAR”) fra 2001 ...)

Om forskellige typer af klimamodeller:

* [https://climatechangewechange.crescendoproject.eu/2018/02/14/different-types-of-climate-models/ "What are the different types of climate models?"] fra Crescendoproject.eu, 2018

</ref>

 

Disse modeller (EBCM) er ofte baseret på en simpel matematisk ligning, der beskriver planetens energibalance. De beskriver ofte [[Jorden]]s globale gennemsnitstemperatur som en funktion af ændringer i energi modtaget fra [[Solen]], ændringer i klodens evne til at reflektere lys og varmetab i forbindelse med ændringer i temperatur eller [[Jordens atmosfære#Atmosfærens sammensætning og kemi|atmosfærens]] sammensætning.

: '' "... Energimæssige klimamodeller (EBCM'er) er blevet brugt i undersøgelser af klimaændringer i mere end et kvart århundrede. Nogle papirer findes allerede før det, men den udbredte anvendelse af disse enkle modeller blev gjort populær af den næsten samtidige udgivelse af artikler af Budyko (1968) og Sellers (1969) ..." '' fra Researchgate.net<ref name="ebcm">Se mere om 'energibalancemodeller': <br />

* [https://www.climateprediction.net/wp-content/schools/climatemodel_paper.pdf "A very simple energy-balance climate mode"] fra Climateprediction.net

* [https://crudata.uea.ac.uk/~timo/teaching/model.htm "Tim Osborn: Climate models for teaching"] – [[University of East Anglia]] har afsnit om 'simple energy balance models'

Jordens udstråling er derimod givet ved [[Stefan-Boltzmanns lov]] gange jordens overfladeareal <math>4\pi R^2</math> gange [[emissivitet]]en <math>\epsilon</math>, der angiver, hvor meget ikke bliver absorberet af skyer, drivhusgasser el.lign.

 

:<math>(1-a)S \pi R^2 = 4 \pi R^2 \epsilon \sigma T^4</math>

 

Temperaturen ved ligevægt er altså givet ved:

:<math>T = \sqrt[4]{ \frac{(1-a)S}{4 \epsilon \sigma}}</math>

 

 

Med denne simple model er det ligetil at se, hvad en ændring i modelparametrene <math>S</math>, <math>a</math> og <math>\epsilon</math> vil betyde for Jorden. Som et ekstremt eksempel ville en halvering i emissiviteten - dvs. at Jorden kun udstråler halvt så meget, som den plejer - forårsage en stigning i temperaturen med en faktor <math>\sqrt[4]{2}\approx 1.19</math>. Den effektive temperatur ville dermed stige til omkring {{convert|342|K|abbr=on|lk=on}}.

Modellen siger dog ikke noget om, hvad der forårsager ændringer i modelparametrene, og den tager heller ikke højde for variationer på Jorden. Den er således en nul-dimensionel model.

 

Strålingsmodeller rækker fra enkle til mere avancerede fysiske modeller. De beskriver hvordan sollyset trænger ind i atmosfæren og varmestrålingen optages af forskellige gasser. De gør ofte rede for forskellige bølgelængder og kemiske sammensætninger, er baseret på fysiske love og sammenholdes ofte med observationer. (Se [[strålingspåvirkning]]<ref>Om 'strålingsmodeller':

* [http://www.realclimate.org/index.php/archives/2007/04/learning-from-a-simple-model/ "Learning from a simple model"] fra Realclimate.org – Om opbygningen af en enkel model ('... Why does ‘radiative forcing’ work as method for comparing different physical impacts on the climate, and why you can’t calculate climate sensitivity just by looking at the surface energy budget. There will be mathematics, but hopefully it won’t be too painful. ...')

* Fra glossar om: [http://glossary.ametsoc.org/wiki/Radiative-convective_equilibrium 'radiative–convective equilibrium'] fra Ametsoc.org (American Meteorological Society) </ref>)

|}

 

De statistiske modeller er ofte enkle modeller med for eksempel beskrivelse af, hvordan vindmønstre er forbundet med forskellige forhold, som for eksempel havtemperaturer, og hvordan den gennemsnitlige vind over et større område påvirker den gennemsnitlige havoverfladetemperatur over et tilsvarende område.

 

</ref>

 

Det er mere avancerede modeller, der beskriver temperatur, tryk, vind og fugtighed, og hvordan disse varierer fra sted til sted.

Modellerne er ofte baseret på generelle cirkulationsmodeller (GCM<ref group="note" name="gcm">Klimaleksikon.dk har en side om generelle cirkulationsmodeller (GCM) : [https://klimaleksikon.dk/opslag/generel-cirkulationsmodel-gcm "Generel cirkulationsmodel"] –<br />* Om [[akronym]]et 'GCM' fra den engelseke side : [[:en:General_circulation_model#Terminology|'Terminology']] {{en sprog}} : Dansk resumé: "Akronymet 'GCM' stod oprindeligt for ''General Circulation Model''. For nylig kom en anden betydning i brug, nemlig ''Global Climate Model''. Selv om de ikke henviser til det samme, er generelle cirkulationsmodeller typisk de værktøjer, der bruges til modellering af klima, og derfor bruges de to udtryk undertiden om hinanden. Imidlertid er udtrykket "global klimamodel" tvetydigt og kan henvise til en integreret ramme ([[Engelsk (sprog)|en:]] 'integrated framework'), der indeholder flere komponenter, herunder en generel cirkulationsmodel, eller kan henvise til den generelle klasse af klimamodeller, der bruger forskellige måder at repræsentere klimaet matematisk." </ref>), dvs. et computerprogram, der beskriver [[Jordens atmosfære|planetens atmosfære]] som et gitternet i flere lag. Modellen beregner flere værdier (fx temperaturer, vind, tryk og fugtighed) i hver af cellerne i gitternettet.

De idealiserede cirkulationsmodeller har meget til fælles med vejrprognosemodeller ([[vejrudsigt]]er), der bruges flere gange dagligt og består af lignende cirkulationsmodeller. Forskellen mellem disse og klimamodellerne er, at en numerisk vejrprognose er baseret på det aktuelle vejr og beregner, hvordan det vil udvikle sig i de næste timer og dage, mens klimamodellerne er baseret på, hvordan ændringer i forhold som [[drivhusgas]]ser og [[solstråling]] påvirker vejrstatistikken, dvs. [[klima]]et.

 

Regionale klimamodeller (RCM) er cirkulationsmodeller, der kun beskriver et begrænset område. Disse modeller er slået sammen til en global cirkulationsmodel, hvilket gør det muligt for RCM at have gyldige værdier ved grænserne.

 

"... We need to apply downscaling to compute the local details. Downscaling may be done through empirical-statistical downscaling (ESD) or regional climate models (RCMs) with a much finer grid. Both take the crude (low-resolution) solution provided by the GCMs and include finer topographical details (boundary conditions) to calculate more detailed information. ..." (Dansk resumé : '... Vi er nødt til at anvende nedskalering for at beregne de lokale detaljer. Nedskalering kan ske gennem empirisk-statistisk nedskalering (ESD) eller regionale klimamodeller (RCM) med et meget finere gitternetværk. Begge tager den rå (crude) opløsning (lav opløsning), der leveres af GCM'erne og inkluderer finere topografiske detaljer (grænsevilkår) for at beregne mere detaljeret information. ...')</ref><!--

--><ref>Om nedskalering ('downscaling') til regionale modeller og deres usikkerheder:

* [http://www.climatechange2013.org/images/report/WG1AR5_Chapter09_FINAL.pdf "Evaluation of Climate Models"] fra Climatechange2013.org har et afsnit: 9.6.2 "Regional Climate Downscaling"

* [https://climaconf.hypotheses.org/files/2014/12/somot_ANR-ClimaConf_RCM_nov2014_v6_small.pdf "The construction of confidence and uncertainties in Regional Climate Modelling"] fra Climaconf.hypotheses.org

</ref><!--

* [https://www.climateprediction.net/climate-science/climate-modelling/regional-models/ "Regional climate models"] fra Climateprediction.net

There are three possible solutions to the problem of course resolution in GCMs:

* Use statistical techniques to ‘downscale’ the coarse, GCM results to local detail (read more about this [http://www.ipcc-data.org/guidelines/dgm_no2_v1_09_2004.pdf here]). These techniques assume that the relationship between large scale climate variables (e.g. grid box rainfall and pressure) and the actual rainfall measured at one particular raingauge will always be the same. So, if that relationship is known for current climate, the GCM projections of future climate can be used to predict how the rainfall measured at that raingauge will change in the future. (Dansk resumé: Brug statistiske teknikker til at ‘nedskalere’ de grove GCM-resultater til lokal detalje. Disse teknikker antager, at forholdet mellem store skalaer i klimaforhold (f.eks. regn og tryk i gitterboks, 'grid box') og den faktiske nedbør målt ved en bestemt regnmåler/måling altid vil være det samme. Så hvis dette forhold er kendt for det aktuelle klima, kan GCM-fremskrivningerne af det fremtidige klima bruges til at forudsige, hvordan nedbøren målt ved denne regnmåler vil ændre sig i fremtiden.)

* Embed a Regional Climate Model (RCM) in the GCM. (Dansk resumé: Integrer en regional klimamodel (RCM) i GCM.)

</ref>

 

Mindre komplekse jordsystemmodeller (EMIC'er, 'Earth System Models of Intermediate Complexity') benyttes ofte til modeller, der beskriver havet.<ref name="storenorske" /><!--

--><ref>Om modeller af mellemkompleksitet:

</ref>

Havmodellen kan være enkle lagdelte modeller eller mere avancerede generelle cirkulationsmodeller. Eftersom cirkulationsmodellerne heller ikke kan fange processer, der er mindre end cellerne i gitternetværket, bruges enkle statistiske/fysiske modeller – flettet ind i cirkulationsmodellen – til at beskrive, hvordan for eksempel skyer påvirker cirkulationen. Sådanne enkle modeller benævnes ofte 'parameteriseringsskemaer'/parameteriserede skemaer<ref group="note" name="parameter">Vedr. 'parameteriseringsskemaer' eller 'parameteriserede processer' :

* [https://aktuelnaturvidenskab.dk/fileadmin/Aktuel_Naturvidenskab/tema/an4-2007model.pdf "Klimaforskernes krystalkugle"] fra Aktuelnaturvidenskab.dk nævner "... stråling, sky- og nedbørdannelse samt processer på og i jorden. ..." som eksempler på 'parameteriserede processer'.</ref>.

 

Man arbejder også med hybride klimamodeller, der kan bestå af en statistisk model der beskriver atmosfæren, og en generel cirkulationsmodel, der beskriver havet. Sådanne modeller er blevet brugt på [[El Niño]]-fænomenet.<ref>Om hybride klimamodeller : [https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-014-3266-5 "A hybrid coupled model for the pacific ocean-atmosphere system. Part I: Description and basic performance"], jan. 2015 : "A hybrid coupled model (HCM) is constructed for El Niño-Southern Oscillation (ENSO)-related modeling studies over almost the entire Pacific basin. An ocean general circulation model is coupled to a statistical atmospheric model for interannual wind stress anomalies to represent their dominant coupling with sea surface temperatures. ..."

(Dansk resumé : 'Der er konstrueret en koblet hybrid model (HCM) til El Niño-Southern Oscillation (ENSO)-relaterede modelleringsundersøgelser over næsten hele stillehavsområdet. En generel cirkulationsmodel for havet er koblet til en statistisk atmosfærisk model for anomalier i vindpåvirkningen fra år til år (interannual) for at repræsentere deres dominerende kobling med havoverfladetemperaturer. ...'

</ref>

 

 

De engelske betegnelser er ''Atmospheric Oceanic General Circulation Models'' (AOGCM) og ''Earth System Models'' (ESM).<ref>[https://soccom.princeton.edu/content/what-earth-system-model-esm "What is an Earth System Model (ESM)?"] fra Princeton.edu (Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling (SOCCOM) – <br />* &nbsp; [https://www.climateurope.eu/earth-system-modeling-a-definition/ "Earth System Modeling, a definition"] fra Climateurope.eu </ref>

Generelt giver modellerne en ret realistisk beskrivelse af de forskellige klimatiske fænomener. Men da de primært bruges til at sige noget om, hvordan klimaet vil ændre sig i fremtiden, er det også vigtigt at sammenligne modellernes beskrivelse af det tidligere klima som for eksempel klimaændringer udtrykt ved den globale gennemsnitstemperatur og historiske observationer.<ref>Om [https://snl.no/global_middeltemperatur "Global middeltemperatur"] af Rasmus Benestad, dec. 2019. Fra ''[[Store norske leksikon]]''. Artikel med 'Fri gjenbruk' </ref>

 

 

* Artikel med 'Fri gjenbruk' : [https://snl.no/klimamodeller "Klimamodeller"] i ''[[Store norske leksikon]]'' (2019, 17. juli). Af Rasmus Benestad, fagmedarbeider ved norsk '[[Meteorologisk institutt]]'. (https://snl.no/klimamodeller) – Tekst og afsnitsinddeling er brugt som skelet ved oprettelsen. Noter og referencer herunder er tilføjet ved overførsel til Wikipedia.

 

;Noter

{{Reflist|60em|group=note}}

{{Reflist|30em}}

 

[[Fil:So funktionieren Klimamodelle (ZDF, Terra X) 720p HD 50FPS.webm|thumb|'Sådan virker klimamodeller'. <br /><small>(Video 4:20 {{de sprog}}, [[:de:Terra X|'Terra X']]) </small> ]]

{{Commonscat|Climate models|Klimamodeller}}

; &nbsp; Historie

* [https://celebrating200years.noaa.gov/breakthroughs/climate_model/ "The First Climate Model"] fra Noaa.gov, ([[NOAA]])

* [https://www.nap.edu/read/13430/chapter/7 "Strategies for Developing Climate Models: Model Hierarchy, Resolution, and Complexity"] fra Nap.edu. – National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine