ความแตกต่างระหว่างลักษณะอากาศและภูมิอากาศ

คำเฉลยทางวิทยาศาสตร์...

ข้อโต้แย้งนี้น่าจะแสดงให้เห็นถึงความไม่เข้าใจความแตกต่างระหว่างลักษณะอากาศ (weather) ซึ่งมีความแปรปรวนสูงพยากรณ์ได้ยาก กับภูมิอากาศ (climate) ซึ่งภาพระยะยาวของลักษณะอากาศ ในทำนองเดียวกับการที่เราไม่สามารถบอกได้อย่างแม่นยำหว่าเหรียญจะออกหัวหรือก้อย แต่เราสามารถพยากรณ์ได้ว่าถ้าโยนเหรียญไปให้มากๆ แล้วจำนวนหัวและก้อยจะออกมาพอๆ กัน หรือในทางการพยากรณ์อากาศ เราอาจจะบอกไม่ได้ว่าปีนี้จะมีพายุกี่ลูกเข้ามาทำให้เกิดฝนตกหนักในพื้นที่ แต่เราพอจะบอกได้ว่าโดยเฉลี่ยแล้วในแต่ละปีในพื้นที่นี้จะมีปริมาณฝนประมาณเท่าใด

การคาดการณ์หรือพยากรณ์ภูมิอากาศให้แม่นยำนั้นไม่ง่ายและเป็นทั้งศาสตร์และศิลป์ที่ยังมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง แต่ถึงแม้ว่าเราจะยังมีปัญหาด้านความเข้าใจเกี่ยวกับพฤติกรรมของดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานของระบบภูมิอากาศโลกรวมทั้งความแปรปรวนระยะสั้นเช่นที่เกิดจากเอลนิญโญ ภูเขาไฟระเบิด ฯลฯ ที่ยากที่จะจำลองให้แม่นยำได้ แต่เราก็มีความรู้ทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวปัจจัยหลักๆ ที่พื้นฐานควบคุมภูมิอากาศของโลกในระดับที่ทำให้สามารถพยากรณ์ภูมิอากาศได้ดีพอสมควร

การพยากรณ์ภูมิอากาศโดย James Hansen ในปี ค.ศ. 1988

ย้อนไปในปี ค.ศ. 1988 James Hansen และคณะที่องค์การ NASA ได้ใช้โมเดลภูมิอากาศยุคแรกๆ เพื่อพยากรณ์อุณหภูมิอากาศของโลกในอนาคต (Hansen 1988) ซึ่งต่อมาอีกเกือบ 20 ปี Hansen ก็ได้นำผลการพยากรณ์ดังกล่าวกลับมาสอบเทียบกับอุณหภูมิจริงจากการตรวจวัด ซึ่งทำให้พบว่าผลการพยากรณ์แนวโน้มการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิล่วงหน้าให้ผลที่สอดคล้องการการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นจริง (Hansen 2006) นอกจากนี้โมเดลยังบ่งชี้ให้เห็นถึงผลจากภูเขาไฟระเบิดได้ในระดับหนึ่งด้วย

 
ภาพที่ 1: ผลการจำลองอุณหภูมิโดยโมเดลของ Hansen สำหรับสถานะการณ์โลกแบบต่างๆ (เส้นสีเขียว ฟ้าและม่วง) เทียบกับค่าจากการตรวจวัดจริง (เส้นสีแดงและน้ำเงิน)

สถานะการณ์แบบ B (เส้นสีฟ้า) นั้นเป็นสถานะการณ์ที่ Hansen เชื่อในขณะที่ทำแบบจำลองว่าเป็นสถานะการณ์ที่การเพิ่มขึ้นของระดับคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศน่าจะเป็นไปได้มากที่สุด และผลการจำลองอุณหภูมิก็ออกมาใกล้เคียงกับอุณหภูมิจริงมากที่สุดเช่นกัน อย่างไรก็ตามระดับของคาร์บอนไดออกไซด์ที่ Hansen คาดไว้ในสถานะการณ์นี้สูงกว่าค่าจริงประมาณ 5 ถึง 10% ดังนั้นถ้ามีการปรับค่าคาร์บอนไดออกไซด์ให้ตรงกับค่าจริงแล้วค่าของอุณหภูมิพยากรณ์กับอุณหภูมิจริงก็จะยิ่งใกล้กันมากขึ้นอีก ส่วนความแตกต่างที่เกิดขึ้นในแต่ละปีนั้นเป็นเรื่องที่ไม่น่าแปลกใจเพราะความแปรปรวนของลักษณะอากาศที่เกิดขึ้นจะทำให้ค่าอุณหภูมิ ณ เวลาใดเวลาหนึ่งเบี่ยงเบนไปมาจากแนวโน้มหลักของการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ

การจำลองผลจากการระเบิดของภูเขาไฟปินาตูโบ

ภูเขาไฟปินาตูโบที่ระเบิดในประเทศฟิลิปปินส์ในปี ค.ศ. 1991 ช่วยยืนยันว่าโมเดลสามารถพยากรณ์การตอบสนองของระบบภูมิอากาศต่อละอองในบรรยากาศ โดยโมเดลต่างๆ พยากรณ์ตรงกันว่าอุณหภูมิเฉลี่ยของโลกจะเย็นลงประมาณ 0.5 องศาเซลเซียส หลังจากการระเบิดของภูเขาไฟ นอกจากนั้นโลเดลยังสามารถจำลองถึงปริมาณรังสีจากดวงอาทิตย์ ปริมาณไอน้ำและกระบวนการทางเคมีในบรรยากาศได้ใกล้เคียงกับสิ่งที่เกิดขึ้นจริงอีกด้วย (Hansen 2007)

ภาพที่ 2: ข้อมูลอุณหภูมิของโลกจากการตรวจวัดและจากโมเดลพยากรณ์ เส้นสีเขียวคือค่าจากสถานีตรวจวัดอากาศต่างๆ เส้นสีน้ำเงินคือค่าอุณหภูมิเฉลี่ยของแผ่นดินและมหาสมุทรตรวจวัดจากดาวเทียม และเส้นที่แดงคือค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิที่พยากรณ์โดยใช้ 5 โมเดล (Hansen 2007)

เปรียบเทียบการคาดการณ์ภูมิอากาศด้วยแบบจำลองต่างๆ โดย IPCC กับข้อมูลจากการตรวจวัด

การเปรียบเทียบข้อมูลภูมิอากาศจากการตรวจวัดกับที่ได้จากแบบจำลองโดย Rahmstoorf (2007) แสดงให้เห็นว่าการจำลองอุณหภมิที่ IPCC ดำเนินการเมื่อปี ค.ศ. 2001 โดยใช้โมเดลต่างๆ (เส้นประสีต่างๆ) สามารถเทียบได้ดีกับข้อมูลจากการตรวจวัดจริงทั้งชุดข้อมูลของ Hadley Centre Climate Research Unit (HadCRU เส้นมีน้ำเงิน) และชุดข้อมูล NASA GISS (เส้นสีแดง) โดยเส้นบางแสดงถึงความแปรปรวนของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นปีต่อปี ส่วนเส้นหนาแสดงถึงแนวโน้มของอุณหภูมิในระยะยาวซึ่งความแปรปรวนระยะสั้นจะถูกขจัดออกไป

ภาพที่ 3: การเปรียบเทียบการพยากรณ์อุณหภูมิด้วยโมเดลต่างๆ โดย IPCC กับข้อมูลจากการตรวจวัดจริง (ภาพจาก Tamino) เส้นทึบสีน้ำเงินและแดงคือแนวโน้มอุณหภูมิจากชุดข้อมูล NASA GISS และ HadCRU เส้นประคือผลจากโมเดลต่างๆ ของ IPCC

จากภาพที่ 3 จะเห็นได้ว่าแบบจำลองทั้งหลายที่ IPCC ใช้นั้นคาดการณ์การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่ค่อนข้างต่ำกว่าการเพิ่มของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นจริงเล็กน้อย (แต่ก็ยังอยู่ในช่วงสีเทาซึ่งแสดงถึงความคลาดเคลื่อนของผลจากโมเดล) ซึ่งอาจจะอธิบายได้ว่าบางส่วนอาจจะมาจากความคลาดเคลื่อนทางคณิตศาสตร์ของโมเดลซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้สำหรับการจำลองในช่วงเวลาสั้นๆ หรืออาจจะมาจากปัจจัยทางภูมิอากาศอื่นๆ นอกเหนือจากคาร์บอนไดออกไซด์ ที่อาจจะไม่ส่งผลที่รุนแรงอย่างที่คาดไว้ เช่นการเย็นลงเนื่องจากละอองในบรรยากาศเป็นต้น

คำอธิบายที่สามอาจจะมาจากการที่ระบบภูมิอากาศตอบสนองต่อคาร์บอนไดออกไซด์อย่างรุนแรงกว่าที่คาด เนื่องจากการตอบสนองบางอย่างอาจจะมีการเสริมกันในทางบวกซึ่งนักวิทยาศาสตร์ยังมีความเข้าใจเหล่านี้ไม่เพียงพอจึงยังไม่ได้บรรจุลงไปในโมเดล นอกจากนี้ข้อที่น่าสังเกตุอีกประการหนึ่งคือความแปรปรวนของผลจากโมเดลต่างทั้งหมดมีแนวโน้มที่จะเบ้ (skew) ไปทางค่ามาก ซึ่งรายละเอียดของโมเดลเหล่านี้มีอยู่ในรายงานของ IPCC

ปัจจัยหรือตัวแปรทางภูมิอากาศอื่นๆ ที่โมเดลสามารถจำลองหรือพยากรณ์ได้ดี

• การเย็นตัวของชั้น stratosphere
• การอุ่นขึ้นของชั้น troposphere ทั้งระดับล่าง ระดับกลางและระดับบน
• การอุ่นขึ้นของน้ำในมหาสมุทรระดับผิวน้ำ (Cane 1997)
• แนวโน้มการเพิ่มขึ้นของความร้อนในมหาสมุทร (Hansen 2005)
• การไม่สมดุลย์ของพลังงานแสงอาทิตย์ขาเข้าและความร้อนในช่วงคลื่นอินฟราเรดขาออกของชั้นบรรยากาศ (Hansen 2005)
• การเร่งการอุ่นขึ้นในมหาสมุทรอาร์คติค (NASA observations)

เอกสารอ่านเพิ่มเติม

คำชี้แจงต่อคณะกรรมาธิการด้านพลังงานและทรัพยากรธรรมชาติของวุฒิสภาสหรัฐของ Dr. James Hansen ในปี ค.ศ. 1998