4.6. Mennyire megbízhatók az éghajlat jövőbeli alakulásának előrejelzésére használt modellek?

Jelentős mértékben megbízunk abban, hogy az éghajlati modellek a jövőbeli éghajlatváltozás hihető mennyiségi becslését adják, elsősorban kontinentális vagy annál is nagyobb méretekben. Ez a meggyőződés abból ered, hogy egyrészt a modellek elfogadott fizikai alapelveken és törvényeken alapulnak, másrészt képesek reprodukálni a jelenlegi éghajlat észlelt sajátosságait és a múltbeli éghajlatváltozásokat. A modellbecslésekbe vetett hitünk bizonyos éghajlati változók (pl. a hőmérséklet) esetében erősebb, mások (pl. a csapadék) esetén gyengébb. Az éghajlati modellek – elmúlt több évtizedes fejlődésük ideje alatt konzisztens módon – a robusztus és vitathatatlan globális felmelegedés képét vázolták fel az üvegházhatású gázok átlagos légköri koncentrációjának emelkedése hatására.

Az éghajlati modellek az éghajlati rendszer fizikai-matematikai leképezései, amelyek nagyteljesítményű számítógépeken futtatható számítógépes programok formájában léteznek. A modellekbe vetett bizalom első forrása az, hogy olyan fizikai alaptörvényeken nyugszanak (mint a tömeg-, az energia- és az impulzus-megmaradás törvénye), melyek érvényessége vitathatalan.

A bizalom második forrása azon alapszik, hogy a modellek képesek visszatükrözni a jelenlegi klíma legfontosabb jellegzetességeit. A modell-eredményeket kiterjedten és rutinszerűen összevetik a légkörben, az óceánban, a jégtakaróban és a szárazföldi felszíni rétegekben végzett mérések adataival. Az elmúlt évtizedben részletes modellértékeléseket, összehasonlításokat hajtottak végre szervezett keretben. A modellek egyre pontosabban képesek reprodukálni számos éghajlati jellemzőt, mint például a léghőmérsékletet, a csapadékot, a sugárzást és a szelet, valamint az óceánfelszín hőmérsékletét, a tengeráramlatokat és a tengeri jég kiterjedését. A modellek ugyancsak képesek az észlelt éghajlati változékonyság számos megjelenési formájának szimulálására, viszonylag jelentős és egyre táguló időskálán. Ide tartozik a monszunrendszerek ciklusa: beköszöntése és visszavonulása, a hőmérsékleti övek, a trópusi viharok pályái és az esőzónák évszakos eltolódása, valamint a trópusokon kívüli felszíni légnyomáseloszlás hemiszférikus skálájú ingása (az Északi és Déli áramlási gyűrűk). Néhány éghajlati modell csekély eltérést tartalmazó változatát kipróbálták évszakos időjárás-előrejelzések készítésére is. Ezek a modellek bebizonyították, hogy alkalmasak ilyen előrejelzések előállítására, ami azt jelzi, hogy rövid időtartamon belül is képesek megjeleníteni az általános légkörzés sajátosságait, és visszatükrözik az évszakos és évek közti változásokat. A fent felsorolt előnyös tulajdonságok következtében a modellek kielégítő pontossággal leírják a jövőbeli éghajlatváltozásban fontos szerepet játszó környezetfizikai és -kémiai folyamatokat.

A modellekbe vetett bizalom harmadik forrása abból fakad, hogy képesek az elmúlt korok éghajlatának és éghajlatváltozásainak reprodukálására. A modelleket felhasználták paleoklímák rekonstruálására, mint például a 6.000 évvel ezelőtti közép-holocén meleg éghajlatának modellezésére vagy a legutóbbi, 20.000 évvel ezelőtti glaciálismaximum klimatológiai viszonyainak elemzésére. A modellek – figyelembe véve a klímarekonstrukciók bizonytalanságát is – számos sajátosságot sikeresen tükröztek, mint például a világóceán nagymértékű lehűlését az elmúlt jégkorszak során. Ugyancsak sikeresen adták vissza a műszeres mérések időszakában lezajlott éghajlatváltozásokat. Ennek jó példája, hogy az elmúlt évszázad hőmérsékleti trendjét igen pontosan sikerült modellezni, ha a természetes és az emberi tevékenységből származó éghajlati kényszereket is figyelembe vették.

A modellek más észlelt változásokat is képesek tükrözni, mint például az éjszakai hőmérsékletnek a nappali hőmérsékletnél gyorsabb növekedését, a felmelegedés nagyobb mértékét az Arktisz vidékén, valamint a nagyobb vulkánkitöréseket követő rövid idejű globális lehűléseket (pl. a Mt. Pinatubo 1991-es aktivitása után). Az elmúlt két évtizedben (1990–2010) bekövetkezett felmelegedést a modellek szimulációi jól reprodukálják (4.7. ábra).

Mindezek ellenére a modellek még napjainkban is jelentős hibákkal terheltek. Bár a hibák jellemzően kisebb térskálájúak, a nagyobb skálákon is maradtak még komoly problémák. Hiányosságok mutatkoznak például a trópusi csapadékmennyiség, az ENSO és a Madden-Julian oszcilláció leírásában. A legtöbb hiba forrása az, hogy számos fontos, kis- és mikroskálájú fizikai folyamatot nem lehet explicit módon leírni a modellekben, csak közelítő módon, parametrizációk formájában vehetjük őket figyelembe. Ez részben a számítógépi kapacitás korlátaiból fakad, de részben arra vezethető vissza, hogy korlátozottak a tudományos ismereteink, illetve a részletes mérési adataink ezekről a folyamatokról. Fontos hibaforrás az, hogy hiányosan ismerjük a felhők különböző fizikai paramétereit és az éghajlatváltozásnak a felhőzetre gyakorolt hatásait, vagyis a felhőzettel összefüggő visszacsatolási mechanizmusokat. Az eredmények jelentős szórása ellenére a modellek mindegyike számottevő melegedést jelez, amelynek nagyságrendje minden esetben megegyezik azon modellfüggetlen becslések nagyságrendjével, melyeket a megfigyelt klímaváltozásból vagy paleoklíma rekonstrukciókból nyerhetünk.

A globális átlaghőmérsékleti anomália alakulása a XX. század során az 1901 és 1950 közötti referencia időszakhoz viszonyítva.

4.7. ábra. A globális átlaghőmérsékleti anomália (°C) alakulása a XX. század során az 1901–1950 referencia időszakhoz viszonyítva. A műszeres mérések alapján meghatározott idősort reprezentálja a fekete vonal. Az egyes modellszimulációkból számított anomália idősorokat a sárga vonalak jelzik (összesen 14 különböző GCM 58 szimulációja látható a grafikonon), melyek átlagát a piros vonal mutatja. A függőleges szürke vonalak a nagyobb vulkánkitörések időpontjait jelzik. (Forrás: IPCC, 2007a). Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Working Group I Contribution to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Figure TS.23. Cambridge University Press

Mivel a globális modellek által előrejelzett változások kisebb térskálákon kevésbé megbízhatóak, olyan egyéb módszerek kerültek kifejlesztésre – mint a leskálázás vagy a regionális klímamodellezés –, amelyek lehetőséget adnak a regionális és lokális skálájú éghajlatváltozás tanulmányozására, pontosabb előrejelzésére. Mivel azonban a globális modellek folyamatosan fejlődnek, és térbeli felbontásuk is fokozatosan javul, egyre inkább alkalmassá válnak az éghajlatváltozás finomabb skálájú sajátosságainak, mint például az extrém időjárási jelenségekben bekövetkező változások elemzésére. További javulás várható a regionális éghajlati modellbecsléseknél a felbontás növelésével, melyet a számítógépi kapacitás növekedése tesz lehetővé. A modellekben explicit módon megtalálható számos fizikai, biofizikai folyamat és kölcsönhatás, amelyek az éghajlatváltozás szempontjából – különösen hosszabb időskálán – fontosak. Ilyenek például a növények éghajlatváltozásra adott válaszai, az óceán biológiai és kémiai folyamatai, valamint a jégtakarók dinamikai leírása.

Összefoglalva elmondható, hogy a modellekbe vetett bizalom alapja fizikai hátterük, valamint a jelenlegi éghajlati viszonyok és a múltbeli éghajlatváltozások szimulációjában mutatott teljesítményük. Ahogy már említettük, különlegesen fontos szerepet játszanak az éghajlatváltozás szimulálásában és megértésében. Általánosan elfogadott, hogy az általuk szolgáltatott becslések megbízhatóak – különösen nagyobb térségekre vonatkozóan. Ugyanakkor továbbra sem mentesek a hibáktól és korlátoktól (például a felhőfizikai folyamatok megjelenítésében), és ez bizonytalanná teszi az általuk előrejelzett éghajlatváltozás mértékét, időbeli lefolyását és regionális sajátosságait. A modellek a több évtizedes fejlődésük során azonban robusztus és megkérdőjelezhetetlen előrejelzést adtak a növekvő üvegházgáz-koncentráció okozta globális felmelegedésre.