Röviden

Mi is pontosan a számítógépes modellezés? A számítógépes modellezés egy összetett fizikai rendszer szimulációja és vizsgálata matematikai és számítástechnikai eszközökkel. A modellek segítségével vizsgálni lehet a rendszer bármely összetevőjében bekövetkező változások hatásait. Ezek a technikák széles körben alkalmazhatók. Például a mérnöki tudományokban számos számítógépes modellt használnak, a repülőgépek tervezésétől a gátépítésig és sok más területen a kettő között. Mindennapjaink számos aspektusa, így vagy úgy, számítógépes modellezésen alapul. Ha nem bízunk a számítógépes modellekben, de szeretünk repülni, érdemes ezen elgondolkodni.

A számítógépes modellek lehetnek egyszerűek vagy bonyolultak, attól függően, hogy a rendszer mely részét vizsgáljuk, és az mennyire összetett. Egy egyszerű modell néhány egyenletet tartalmaz egy táblázatban, míg egy bonyolult modell akár millió soros kód is lehet. Az ilyen modellek kidolgozása intenzív együttműködést igényel több szakértő tudós, matematikus és magasan képzett programozó között.

Az éghajlati rendszerek modellezése az 1960-as évekre nyúlik vissza. Az éghajlat modellezése magában foglalja az összes olyan egyenlet beépítését, amelyek leírják a klímarendszer összetevői közötti kölcsönhatásokat. Az éghajlati modellezés különösen mélyen gyökerezik a matematikában, és óriási számítógépes erőforrásokat igényel a rengeteg egyenlet egyidejű futtatásához.

Az éghajlati modelleket úgy tervezték, hogy trendeket becsüljenek meg, nem pedig konkrét eseményeket. Például egy viszonylag egyszerű éghajlati modell könnyen meg tudja mondani, hogy hidegebb lesz télen. Azonban nem tudja megmondani, hogy egy adott napon pontosan milyen hőmérséklet lesz – ez az időjárás előrejelzés feladata. Az időjárás-előrejelző modellek ritkán terjednek tovább két hétnél. Nagy különbség. Az éghajlati trendek évtizedek alatt bekövetkező változásokkal, például hőmérséklet- vagy tengerszint-változásokkal foglalkoznak. A trendek azért fontosak, mert kiegyenlítik az egyedi, de ritka eseményeket. Más szavakkal, a trendek megmutatják, merre tart a rendszer.

Minden éghajlati modellt tesztelni kell, mielőtt használatba kerülne, hogy kiderüljön, működik-e. Ezt úgy lehet megtenni, hogy a múltat használjuk fel. Tudjuk, mi történt akkoriban, vagy azért, mert megfigyeléseket végeztünk, vagy mert a bizonyítékok megőrződtek a geológiai rétegekben. Ha egy modell helyesen szimulálja a trendeket a múltból kiindulva a jelenig, akkor átment a teszten. Így várhatjuk, hogy a jövőt is képes lesz szimulálni. És pontosan ez történt. Már a korai időkben az éghajlati modellek előre jelezték a jövőbeli globális felmelegedést. Számos cáfolhatatlan fizikai bizonyíték erősítette meg mostanra, hogy az előrejelzés helyes volt.

Végül minden modell – legyen az időjárási vagy éghajlati – hordoz magában bizonytalanságokat. Ez nem azt jelenti, hogy a tudósok semmit sem tudnak – épp ellenkezőleg. Ha valaki tudományos munkát végez, a bizonytalanság mindennapos szó, és természetes jelenség. A bizonytalanságok forrásait azonosítani lehet, elkülöníteni őket és dolgozni rajtuk. Ennek eredményeként a modell teljesítménye javul. A tudomány így egy önkorrekciós folyamat az idő folyamán. Ez teljesen más, mint a klímatudomány tagadása, amelynek képviselői magabiztosan és határozottan beszélnek olyan dolgokról, amelyeken nem dolgoznak napi szinten. Nekik nem kell teljesen érteniük a témát, hiszen a zavar és kétségkeltés a feladatuk.

Az éghajlati modellek nem tökéletesek. Semmi sem az. De rendkívül hasznosak.

Részletesebb magyarázat

Az éghajlati modellek matematikai ábrázolásai a légkör, óceánok, szárazföldi felszín, jég és a Nap közötti kölcsönhatásoknak. Ez egyértelműen egy nagyon összetett feladat, így a modelleket arra tervezik, hogy trendeket, ne pedig eseményeket becsüljenek meg. Például egy éghajlati modell meg tudja mondani, hogy hideg lesz télen, de nem tudja megmondani, hogy pontosan milyen hőmérséklet lesz egy adott napon – ez az időjárás-előrejelzés feladata. Az éghajlati trendek az időjárást időben átlagolva jelentik – általában 30 évet felölelve. A trendek fontosak, mert kiszűrik – vagy „elsimítják” – az egyedi eseményeket, amelyek lehetnek szélsőségesek, de ritkák.

Az éghajlati modelleket tesztelni kell, hogy megtudjuk, működnek-e. Nem várhatunk 30 évet arra, hogy kiderüljön, egy modell jó-e vagy sem; a modelleket a múlttal szemben tesztelik, azzal szemben, amit tudunk, hogy megtörtént. Ha egy modell helyesen meg tudja jósolni a trendeket egy múltbeli kiindulóponttól, akkor elvárhatjuk, hogy ésszerű bizonyossággal meg tudja jósolni, mi történhet a jövőben.

Tehát minden modellt először egy „hátrajelzés” (hindcasting) eljárással vizsgálnak meg. Azok a modellek, amelyeket a jövőbeli globális felmelegedés előrejelzésére használnak, képesek pontosan mutatni a múltbeli éghajlati változásokat. Ha a múltat helyesen képesek szimulálni, nincs ok azt gondolni, hogy az előrejelzéseik hibásak lennének. A modellek tesztelése a meglévő műszeres adatok alapján azt sugallta, hogy a CO₂ okozza a globális felmelegedést, mivel a modellek nem tudták szimulálni a korábbi eseményeket, ha a hozzáadott extra CO₂-t nem vették figyelembe. Minden más ismert tényező elégséges a hőmérséklet-változások magyarázatára a hőmérséklet-emelkedés előtti időszakban, de egyikük sem képes megmagyarázni az elmúlt harminc év emelkedését. A CO₂ megmagyarázza ezt az emelkedést, és teljes mértékben megteszi, anélkül, hogy további, eddig ismeretlen tényezőkre lenne szükség.

Azok a modellek, amelyek elegendő ideig futottak, szintén bizonyították, hogy pontos előrejelzéseket adnak. Például a Pinatubo-hegy kitörése lehetőséget adott a modellezőknek arra, hogy az esemény adatait felhasználva teszteljék a modellek pontosságát. A modellek sikeresen megjósolták az éghajlati válaszokat a kitörés után. A modellek más hatásokat is helyesen jeleztek előre, amelyeket később megfigyelések is megerősítettek, beleértve az arktikus területeken és a szárazföldön bekövetkező nagyobb felmelegedést, az éjszakai hőmérsékletek emelkedését, valamint a sztratoszféra hűlését.

Az éghajlati modellek, ahelyett hogy túlzottan drámaiak lennének, inkább konzervatívak lehetnek az előrejelzéseikben. A tengerszint-emelkedés jó példa erre (1. ábra).

1. ábra: A tengerszint megfigyelt emelkedése 1970 óta, árapálymérő adatok (piros) és műholdas mérések (kék) alapján, összehasonlítva az IPCC harmadik értékelő jelentésében szereplő, 1990-2010 közötti modellprognózisokkal (szürke sáv). (Forrás: The Copenhagen Diagnosis, 2009)

Itt a modellek alábecsülték a problémát. Valójában a megfigyelt tengerszint a modellprognózisok felső tartományában mozog. Vannak más példák is arra, hogy a modellek inkább túl konzervatívak, mintsem riasztóak, ahogyan azt néhányan leírják. Minden modellnek vannak korlátai – bizonytalanságai –, mivel összetett rendszereket modelleznek. Azonban minden modell folyamatosan javul, és a való világból származó egyre több információ, például műholdas adatok révén, az éghajlati modellek kimenetelei folyamatosan finomíthatók, hogy növeljék azok pontosságát és hasznosságát.

Az éghajlati modellek már számos olyan jelenséget előre jeleztek, amelyre most már empirikus bizonyítékunk van. Egy 2019-es tanulmány, amelyet Zeke Hausfather vezetett (Hausfather et al. 2019), 17 globális felszíni hőmérsékleti előrejelzést értékelt a 1970 és 2007 között publikált tanulmányok éghajlati modelljeiből. A szerzők megállapították, hogy „a 17 modellből 14 előrejelzése nem különböztethető meg attól, ami valójában történt."

Ami az empirikus bizonyítékokat illeti, meglepődhetünk, ha megtudjuk, hogy az óriási fosszilis tüzelőanyag-ipari vállalat, az Exxon saját tudósai mindig is tudtak a klímaváltozásról. Egy nemrégiben készült tanulmány az általuk kidolgozott modellezésről (Supran et al. 2023 - nyílt hozzáférésű) megállapította, hogy az ugyanolyan pontos volt, mint az akadémiai körökben kifejlesztett modellek (2. ábra). Közöltünk egy blogbejegyzést erről a fontos tanulmányról a publikáció idején. Azonban az, ahogy a vállalati világ PR-gépezete később kezelte ezt az információt, enyhén szólva is kívánnivalót hagyott maga után. A cikk lesújtó záró bekezdését érdemes idéznünk:

„Itt lehetővé vált számunkra, hogy pontosan megállapítsuk, hogy évtizedekkel ezelőtt az ExxonMobil ugyanolyan jól értette a klímaváltozást, mint az akadémiai és kormányzati tudósok. Elemzésünk azt mutatja, hogy a magán- és akadémiai körökben az ExxonMobil tudósai az 1970-es évek végétől és az 1980-as évek elejétől:
(i) pontosan előrevetítették és ügyesen modellezték a fosszilis tüzelőanyag-égetés okozta globális felmelegedést;
(ii) helyesen elutasították a közelgő jégkorszak lehetőségét;
(iii) pontosan megjósolták, mikor lesz először kimutatható az ember okozta globális felmelegedés;
(iv) ésszerűen becsülték meg, hogy mennyi CO₂ vezetne veszélyes felmelegedéshez.
Míg az akadémiai és kormányzati tudósok azon dolgoztak, hogy közvetítsék az ismereteiket a nyilvánosság felé, addig az ExxonMobil azon dolgozott, hogy tagadja azokat."
 

2. ábra: A történelmileg megfigyelt hőmérsékletváltozás (piros) és a légköri szén-dioxid-koncentráció (kék) az idő múlásával, összehasonlítva az ExxonMobil tudósai által előrejelzett globális felmelegedési prognózisokkal. (A) A „tulajdonosi jogvédelem alatt álló" 1982-es Exxon-modell prognózisok. (B) Összefoglaló a vállalaton belüli hét belső feljegyzés és öt, szakértők által elbírált publikáció előrejelzéseiről 1977 és 2003 között (szürke vonalak). (C) Egy 1977-es belső jelentés grafikonja a globális felmelegedésről „a CO₂ interglaciális időskálán betöltött hatásáról." Az (A) és (B) ábrák a történelmileg megfigyelt hőmérsékleti adatokat mutatják átlagolva, míg a (C) ábra egy simított földi rendszer modell szimulációját mutatja az elmúlt 150 000 évre. Forrás: Supran et al. 2023.

Számos globális hőmérsékleti előrejelzés, amelyeket klímatudósok és modellek, valamint klímakételkedők készítettek, összehasonlítva a NASA GISS megfigyeléseivel. Készítette: Dana Nuccitelli.