Dzięki czasochłonnym obliczeniom został oszacowany przyszły klimat, ale jak właściwie funkcjonują modele klimatyczne?
Dla wielu z nas modele klimatyczne są jak Black Box. Można obserwować badania klimatu nie rozumiejąc jak ocenia się rozwój wydarzeń na przestrzeni dziesięcioleci. W zasadzie rozumienie jego przebiegu pomaga lepiej przyporządkować wypowiedzi dotyczące obliczeń modeli.
W przeciwieństwie do życia gospodarczego, procesy zachodzące w przyrodzie opierają się na znanych podstawowych prawach fizyki, takich jak: aksjomaty Newtona, prawa transmisji promieniowania, czy główne twierdzenie termodynamiczne. Z tych praw wywodzą się tzw. równania rozwojowe, które opisują czasowe zmiany wielkości klimatologicznych, takich jak: temperatura, ciśnienie atmosferyczne, wiatr, czy prądy morskie.
Z reguły jednak wielkości te wpływają na siebie nawzajem, dlatego ich opis wymaga skomplikowanego systemu współzależnych równań. Do tego powinny te równania sięgać jak najdalej w przyszłość i być rozwiązywane w jak największej liczbie miejsc ważnych dla klimatu, aby uzyskać wiarygodne oszacowania.
Nawet najszybsze komputery są przeciążone niektórymi wymaganiami. W praktyce równiania zostają rozwiązane w poszczególnych punktach w przestrzennej siatce. Odstępy pomiędzy punktami siatki wynoszą około 100-300 km w poziomie i około 1 km w pionie i osiągają wysokość 30 km. Odstępy czasu, w których obliczane są rozwiązania równań rozwojowych wynoszą zazwyczaj okolo 30 minut.
Jest też wiele procesów w systemie klimatycznym jak np. burza, która jest na bardzo małym obszarze i dosłownie wpada przez oczka do siatki modelu. Ważne procesy jak np. promieniowanie, fizyka chmur, które muszą zostać opisane statystycznie, więc możliwie dobrze oszacowane. Można mówić tutaj o parametryzacji, o której niezbędna wiedza pochodzi z kampanii pomiarowej.
Projekcje klimatyczne są też zależne od tego, jak wiele gazów cieplarnianych w przyszłości uwolni się do atmosfery, co jest ciężko oszacować. Można przyjąć różne scenariusze, które uwzględniają przyszłość. Te scenariusze rozróżniają się np. na rozwój ludności świata, współpracę gospodarczą poszczególnych krajów lub wykorzystanie energii odnawialnej w nadchodzących dziesięcioleciach.
Modele klimatyczne są zasilane danymi pochodzącymi z tych scenariuszy i teraz podobnie jak modele pogodowe przewidują przyszłość. Z tym, że zmiany klimatu na przestrzeni dziesięcioleci wymagają dodatkowych informacji np. zmieniających się prądów morskich, pokryw lodowych, zmian roślinności, które nie są uwzględniane w prognozach pogody w nadchodzących dniach.
Wiele procesów jest symulowane przy projektach klimatycznych, jako przepowiednie. Dlatego potrzebne są wydajne komputery przez wiele miesięcy, aby przeprowadzić te obliczenia. Jest to zrozumiałe, że gdy spojrzymy w przyszłość to niepewność jest nadal tak duża, że wskazuje się zakres z pewnym prawdopodobieństwem.
Modele klimatyczne dostarczają zarówno informacji o statystykach pogody w przyszłości, jak i średnią temperaturę, czy ilość opadów, ale też jak bardzo będą te wartości się wahać w stosunku do średniej wartości i jak bardzo będą zmienne, ponieważ klimat jest praktycznie statystyką pogody.
Przewiduje się ocieplenie pomiędzy 2, a 4 stopnie do roku 2100. Najsilniej ociepli się Arktyka, gdzie następuje dodatnie sprzężenie zwrotne: topniejący lód morski sprawia, że powierzchnia staje się ciemniejsza i bardziej się nagrzewa, co dodatkowo zwiększa topnienie.
