Een bekend gezegde luidt:"Het klimaat is wat je verwacht; het weer is wat je krijgt." Als een geboren Texaan die naar New York verhuist, Ik had een idee van wat ik kon verwachten, maar was niet volledig voorbereid op wat ik zou krijgen. Omdat het klimaat in New York drastisch anders is dan ik gewend ben, elke ochtend voordat ik mijn appartement verlaat, controleer ik religieus de weersvoorspelling. Heel snel weet ik of het gaat regenen, of er een storm op komst is voor de kust, of als ik extra lagen nodig heb.

Terwijl het weer van dag tot dag dramatisch kan veranderen, het klimaat betekent de gemiddelde omstandigheden over ongeveer 30 jaar - hoe warm is de regio, gemiddeld, en hoeveel neerslag valt er in een jaar? Het klimaat van Texas, bijvoorbeeld, het grootste deel van het jaar warmer is, terwijl New York gemiddeld koeler is met duidelijk gedefinieerde seizoenen.

Weer en klimaat worden soms door elkaar gebruikt, maar wetenschappers, meteorologen en onderzoekers bestuderen en modelleren ze anders.

Wat is een weermodel?

"De weersvoorspelling van vandaag is deels bewolkt met in de late namiddag kans op buien..." Dit is een bekend weerbericht dat je vast wel eens van een meteoroloog hebt gehoord. Om deze voorspellingen te doen, meteorologen gebruiken weergegevens en voorspellingsmodellen om de huidige en toekomstige atmosferische omstandigheden te bepalen.

Omdat het weer zich van uur tot uur afspeelt, voorspellingsmodellen gebruiken de huidige atmosferische en oceanische omstandigheden om toekomstig weer te voorspellen. De voorspelling houdt rekening met vochtigheid, temperatuur, luchtdruk, windsnelheid en richting, evenals bewolking. Geografische locatie, nabijheid van water, stedelijke structuren, breedtegraad en hoogte kunnen ook van invloed zijn op het weer dat u ervaart.

Weermodellen werken met resoluties die hoog genoeg zijn om verschillende voorspellingen te genereren voor naburige steden, in sommige gevallen, maar alleen over korte tijdschalen van maximaal ongeveer twee weken.

Wat is een klimaatmodel?

Eigenlijk, klimaatmodellen zijn een verlengstuk van weersvoorspellingen. Maar terwijl weermodellen voorspellingen doen over specifieke gebieden en korte tijdspannes, klimaatmodellen zijn breder en analyseren lange tijdspannes. Ze voorspellen hoe de gemiddelde omstandigheden in een regio de komende decennia zullen veranderen.

Klimaatmodellen omvatten meer atmosferische, oceanische en landprocessen dan weermodellen, zoals oceaancirculatie en smeltende gletsjers. Deze modellen worden meestal gegenereerd op basis van wiskundige vergelijkingen die duizenden gegevenspunten gebruiken om de overdracht van energie en water in klimaatsystemen te simuleren.

Wetenschappers gebruiken klimaatmodellen om complexe aardsystemen te begrijpen. Met deze modellen kunnen ze hypothesen testen en conclusies trekken over vroegere en toekomstige klimaatsystemen. Dit kan hen helpen bepalen of abnormale weersomstandigheden of stormen het gevolg zijn van klimaatveranderingen of slechts een deel van de routinematige klimaatvariatie. Bijvoorbeeld, bij het voorspellen van tropische cyclonen tijdens het orkaanseizoen, wetenschappers kunnen klimaatmodellen gebruiken om te voorspellen hoeveel tropische stormen zich voor de kust kunnen vormen en in welke regio's ze waarschijnlijk zullen aanlanden.

Bij het maken van klimaatmodellen wetenschappers gebruiken een van de drie veelvoorkomende soorten eenvoudige klimaatmodellen:energiebalansmodellen, intermediaire complexiteitsmodellen, en algemene circulatiemodellen. Deze modellen gebruiken getallen om de complexiteit te vereenvoudigen die bestaat wanneer rekening wordt gehouden met alle factoren die van invloed zijn op het klimaat, zoals atmosferische vermenging en oceaanstroming.

Energiebalansmodellen helpen bij het voorspellen van klimaatveranderingen als gevolg van het energiebudget van de aarde. Dit model houdt rekening met oppervlaktetemperaturen van zonne-energie, albedo of reflectiviteit, en de natuurlijke afkoeling van de aarde die warmte uitstraalt naar de ruimte. Om het klimaat te voorspellen, wetenschappers gebruiken een vergelijking die de hoeveelheid energie weergeeft die binnenkomt versus uitgaat, om de veranderingen in warmteopslag te begrijpen, bijvoorbeeld naarmate meer warmte-absorberend CO2 de atmosfeer vult. Wetenschappers nemen deze vergelijking en pluggen deze in boxmodellen die een vierkant land binnen een driedimensionaal raster vertegenwoordigen, om het klimaat in een regio of zelfs over een continent uit te drukken.

Intermediaire complexiteitsmodellen zijn vergelijkbaar met energiebalansmodellen, maar ze omvatten en combineren verschillende geografische structuren van de aarde:land, oceanen, en ijskenmerken, bijvoorbeeld. Dankzij deze geografische kenmerken kunnen modellen van gemiddelde complexiteit grootschalige klimaatscenario's simuleren, zoals glaciale fluctuaties, oceaanstroomverschuivingen, en atmosferische samenstelling verandert over lange tijdschalen. Intermediaire complexiteitsmodellen beschrijven het klimaat met minder ruimtelijke en tijdspecifieke details, ze kunnen dus het best worden gebruikt voor grootschalige en laagfrequente variaties in het klimaatsysteem van de aarde.

Algemene circulatiemodellen zijn de meest complexe en nauwkeurige modellen om klimaatsystemen te begrijpen en klimaatverandering te voorspellen. Deze modellen bevatten informatie over de atmosferische chemie, landtype, koolstof cyclus, oceaancirculatie en glaciale samenstelling van het geïsoleerde gebied. Dit type model gebruikt ook een driedimensionaal raster, waarbij elke doos ongeveer 100 vierkante kilometer land vertegenwoordigt, lucht, of zee, wat een betere resolutie is dan de typische 200 tot 600 kilometer per doos. Dit model is geavanceerder dan de modellen voor energiebalans en intermediaire complexiteit, maar het vereist wel een grotere hoeveelheid rekentijd - elke simulatie kan enkele weken in beslag nemen.

Wat kunnen klimaatmodellen ons vertellen over de toekomst en het verleden?

Gedurende vele decennia, wetenschappers hebben gegevens over het klimaat verzameld met behulp van kernen uit ijs, bomen, en koraal, evenals koolstofdatering. Uit dit onderzoek hebben ze details ontdekt over menselijke activiteit in het verleden, temperatuurveranderingen in onze oceanen, perioden van extreme droogte, en nog veel meer.

Naarmate er meer datapunten worden verzameld, ze vergroten de nauwkeurigheid van bestaande klimaatmodellen. Dit verbetert de klimaatvoorspelling, omdat klimaatgegevens uit het verleden helpen om een ​​basislijn vast te stellen voor typische klimaatsystemen. Vanaf daar, onderzoekers stellen klimaatvariabelen vast die ze hetzelfde willen houden, zoals bewolking, en variabelen die ze willen testen, zoals verhoogde kooldioxide, om hypothesen over toekomstige veranderingen te evalueren. Deze kunnen alles inschatten, van zeespiegelstijging tot verhoogde temperaturen en het risico op droogte en bosbranden.

Hoe nauwkeurig zijn klimaatmodellen?

Aangezien de wereld het zich niet kan veroorloven tientallen jaren te wachten om de nauwkeurigheid van voorspellingen van klimaatmodellen te meten, wetenschappers testen de nauwkeurigheid van een model met behulp van gebeurtenissen uit het verleden. Als het model gebeurtenissen uit het verleden nauwkeurig voorspelt waarvan we weten dat ze zijn gebeurd, dan zou het best goed moeten zijn in het voorspellen van de toekomst, te. En hoe meer we leren over vroegere en huidige omstandigheden, hoe nauwkeuriger deze modellen worden.

Klimaatmodellen zijn complex vanwege alle elementen die in de systemen van de aarde in beweging zijn. Als onze atmosfeer was zoals die van de maan, klimaatmodellering zou vrij eenvoudig zijn omdat de maan nauwelijks een atmosfeer heeft. Op aarde, klimaatwetenschappers moeten rekening houden met temperatuurschommelingen, windpatronen, oceaanstromingen, kenmerken van het landoppervlak en nog veel meer. Daarom, de modellen houden altijd rekening met een zekere mate van onzekerheid - maar modellen die kleinere gebieden meten met hogere resoluties produceren nauwkeurigere modellen. Ondanks een kleine mate van onzekerheid, wetenschappers vinden klimaatmodellen van de 21e eeuw behoorlijk nauwkeurig omdat ze gebaseerd zijn op goed onderbouwde natuurkundige principes van aardsysteemprocessen. Deze basis verstevigt het vertrouwen van de wetenschappelijke gemeenschap dat menselijke emissies het klimaat veranderen, die de hele planeet zal beïnvloeden.

Waarom zijn klimaatmodellen belangrijk?

Verleden begrijpen, het huidige en toekomstige klimaat helpt ons te begrijpen hoe de systemen van de aarde van nature functioneren. Deze informatie, gecombineerd met klimaatmodellen, stelt ons in staat om te bepalen hoe zowel natuurlijke als door de mens veroorzaakte invloeden veranderingen in ons klimaat hebben en zullen beïnvloeden. Deze voorspellingen en resultaten kunnen ook suggereren hoe de ergste effecten van klimaatverandering kunnen worden opgevangen, en ze helpen besluitvormers om prioriteit te geven aan milieukwesties op basis van wetenschappelijk bewijs.

Talloze modellen hebben aangetoond dat het klimaat verandert. De toegenomen uitstoot van broeikasgassen door menselijke activiteiten leidt tot positieve terugkoppelingen in onze klimaatsystemen. Deze positieve terugkoppelingen kunnen resulteren in niet zo positieve veranderingen in aardsystemen, als smeltend ijs, stijgende oceaantemperaturen, toenemende kans op ernstige overstromingen en droogte, en klimoppervlaktetemperaturen.

Het is cruciaal dat we data blijven verzamelen en modellen verbeteren, het vergroten van hun nauwkeurigheid om onze kennis van klimaat en weer te verfijnen. Het is ook absoluut noodzakelijk dat we het belang erkennen van gegevensgestuurde resultaten en wetenschappelijk onderbouwde feiten, aangezien deze van invloed zijn op hoe gemeenschappen en beleidsmakers plannen voor de toekomst. Klimaat- en weermodellen hebben beide het vermogen om de manier waarop we onze steden plannen vooruit te helpen. zakelijke kansen te beïnvloeden, en zelfs hoe we onze dag plannen. Deze modellen zijn onze beste kans om manieren te vinden om de gevaarlijke effecten van klimaatverandering te verzachten.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.