Door observaties te vergelijken met grote ensembles van klimaatmodelsimulaties, wetenschappers kunnen nu beter isoleren wanneer door de mens veroorzaakte klimaatverandering voor het eerst identificeerbaar was in observaties.

Large Initial Condition Ensembles (LE's) zijn simulaties van klimaatverandering uitgevoerd met een enkel klimaatmodel. Een LE heeft typisch tussen de 30 en 100 individuele "leden" om het bereik van natuurlijke klimaatvariabiliteit te onderzoeken. Elk lid vertrekt vanuit een andere begintoestand van de atmosfeer en/of oceaan en ontwikkelt zich van daaruit tot een unieke opeenvolging van natuurlijke interne variabiliteit en de reactie op externe krachten (zoals een toename van de uitstoot van broeikasgassen). In essentie, een LE is een manier om 'veel aardes' te genereren - veel plausibele trajecten van klimaatverandering die kunnen worden vergeleken met de reeks die daadwerkelijk is waargenomen.

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) wetenschappers en medewerkers van het Canadian Center for Climate Modeling and Analysis en het Massachusetts Institute of Technology (MIT) ontdekten dat het uitvoeren van LE's een beter begrip geeft van de onzekerheid in de tijd die nodig is om door de mens veroorzaakte klimaatverandering te detecteren . Hun onderzoek verschijnt in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

De twee LE's die in het onderzoek werden gebruikt, waren afkomstig van het Canadian Earth System Model en het U.S. Community Earth System Model. Beide LE's werden gedreven door geschatte historische veranderingen in alle belangrijke door de mens veroorzaakte en natuurlijke externe forcering. De focus van het onderzoek was het detecteren van door de mens veroorzaakte "vingerafdruk"-patronen in de temperatuur van de troposfeer (tussen het oppervlak en ongeveer 18 kilometer hoger) en de lagere stratosfeer (tussen ongeveer 14 tot 29 km).

De ensembles toonden aan dat stratosferische afkoeling (voornamelijk als gevolg van toename van ozonafbrekende stoffen) voor het eerst detecteerbaar was tussen 1994 en 1996. Het identificeren van door broeikasgassen veroorzaakte opwarming van de troposfeer duurde langer en gebeurde pas tussen 1997 en 2003. De latere detectie van een mens Het veroorzaakte troposferische opwarmingssignaal was grotendeels te wijten aan de vulkaanuitbarsting van Pinatubo in 1991. Pinatubo verwarmde de lagere stratosfeer maar koelde de troposfeer af, tijdelijk maskeren van menselijke effecten op de atmosferische temperatuur. Omdat de grote warmtecapaciteit van de oceaan een grotere invloed heeft op de temperatuur van de lagere atmosfeer, dit vulkanische maskerende effect duurde langer in de troposfeer.

De "vingerafdruk"-methode die door de auteurs van de studie wordt gebruikt, is een krachtig hulpmiddel om menselijke en natuurlijke patronen van klimaatverandering te scheiden. Resultaten van vingerafdrukonderzoek bieden wetenschappelijke ondersteuning voor bevindingen van een "waarneembare menselijke invloed" op het mondiale klimaat. Benjamin Santer, de hoofdauteur van de studie, zei dat de gegevens van het ensemble "wetenschappers in staat stellen een betere greep te krijgen op hoe en wanneer menselijke activiteiten voor het eerst het klimaat begonnen te beïnvloeden."

Omdat de natuurlijke interne variabiliteit van jaar tot jaar en van decennium tot decennium in elk ensemblelid anders is, er was spreiding in vingerafdrukdetectietijd in de model LE's. Deze spreiding was groter in de troposfeer (waar de ruis van interne variabiliteit groter is) dan in de lagere stratosfeer. In de meeste gevallen beschouwd door de onderzoekers, het model verspreid in detectietijd in de troposfeer omvatte de werkelijke vingerafdrukdetectietijd in satelliettemperatuurgegevens. Dit was niet het geval in de lagere stratosfeer, waar detectie van door de mens veroorzaakte stratosferische afkoeling over het algemeen eerder plaatsvond in satellietgegevens dan in de twee model LE's.

De Canadese en Amerikaanse ensembles produceerden verschillende niveaus van consistentie tussen vingerafdrukdetectietijd in "modelwereld" en in satellietgegevens. Het team zei dat wetenschappers voorzichtig moeten zijn bij het interpreteren van dergelijke resultaten. Om de werkelijke consistentie tussen vingerafdrukdetectietijd in observaties en in een groot ensemble te beoordelen, moeten onzekerheden worden verminderd in zowel de gevoeligheid van het klimaatsysteem voor toename van broeikasgassen als in de afkoeling veroorzaakt door antropogene aerosolen (met name door hun effecten op wolkeneigenschappen).

"Als statisticus Ik ben enthousiast over de mogelijkheden die LE's bieden voor het bestuderen van signaal en ruis in het klimaatsysteem, " zei Giuliana Pallotta van LLNL, een co-auteur van het artikel. "Grote ensembles zijn niet volledig benut in klimaat-vingerafdrukonderzoeken. Dat zou moeten."