지구 온난화가 예상되는 기후 모델을 얼마나 잘 가지고 있습니까?

지구 온난화가 예상되는 기후 모델을 얼마나 잘 가지고 있습니까?

과학자들은 지난 40 년간 점점 복잡 해지는 기후 모델을 사용하여 미래의 지구 온난화에 대한 예측을 해왔습니다.

대기 물리와 생지 화학에 의해 주도되는이 모델은 지구의 기후에 대한 우리의 이해와 미래에 어떻게 변할 것인지에 중요한 역할을합니다.

Carbon Brief는 아래의 애니메이션 에서처럼 1973이 과거와 미래의 지구 기온을 얼마나 잘 볼 수 있는지를 보여준 이후 현저한 기후 모델 예측을 수집했습니다. 시작하려면 재생 버튼을 클릭하십시오.

몇몇 모델은 우리가 경험 한 것보다 덜 온난화 된 투영과 더 많은 투사를 보여 주지만 1970과 2016 사이의 표면 온도 상승은 실제로 발생한 것, 특히 미래의 가정 된 배출량의 차이를 고려했을 때 표면 온도의 상승을 나타냅니다.

과거 기후 모델은 어떻게 진행 되었습니까?

과거의 기후 모델 예측은 대기 중 온실 가스 농도, 화산 분출 및 기타 복사 강제력 지구의 기후에 영향을 미치고, 미래로 나아가는 것은 분명히 불확실합니다. 기후 모델은 과거 온도를 뒷 받침하는 능력과 미래의 온도를 예측할 수있는 능력 모두에서 평가할 수 있습니다.

Hindcasts (과거 온도에 대한 모델 테스트)는 복사 강제력을 제어 할 수 있기 때문에 유용합니다. 모델을 사용할 수 없으므로 예측이 유용합니다. 암시 적으로 조정 된 관측과 비슷하다. 기후 모델은 역사적인 온도에 맞지 않다., 모델러는 관찰 할 수있는 지식을 가지고있다. 그들의 선택을 알리다 of 모델 매개 변수화구름 물리학 및 에어로졸 효과와 같은

아래의 예에서 1973과 2013 사이에 발표 된 기후 모델 예측은 5 개의 다른 조직. 예측에 사용 된 모델은 단순성 에너지 균형 모델 완전히 결합 된 지구 시스템 모델.

(이러한 모델 / 관측 비교는 분석 초기의 관찰 및 모델을 정렬하기 위해 1970-1990의 기준 기간을 사용하는데, 이는 온도가 시간에 따라 어떻게 더 명확하게 진화했는지 보여줍니다.)

소여, 1973

미래의 온난화에 대한 첫 번째 예측 중 하나는 존 소여 1973에있는 영국의 Met Office. 안에 자연에 게재 된 논문 1973에서 그는 세계가 0.6와 1969 사이의 2000C를 따뜻하게하고 대기 CO2는 25 %만큼 증가 할 것이라고 가설을 세웠다. 소여는 기후 민감성 - 대기 CO2 수준이 두 배가 될 때마다 얼마나 장기간의 온난화가 일어날 것인가? 2.4C는 너무 멀지 않다. 최상의 견적 기후 변화에 관한 정부 간 패널 (IPCC)에 의해 사용 된 3C.

이 기사에서 검토 한 다른 예측과는 달리, Sawyer는 예상 2000 값인 매년 예상되는 온난화를 제공하지 않았습니다. 0.6C에 대한 그의 온난화 추정치는 거의 그 자리에 있었다. 그 기간 동안 관측 된 온난화는 0.51C와 0.56C 사이였다. 그는 2000의 대기 CO2 농도를 375-400ppm이라고 가정하여 과대 평가했다. 370ppm의 값.

Broecker, 1975

지구 온난화로 인한 미래의 온도 예측은 에있는 기사 과학 컬럼비아 대학 과학자에 의해 1975 출판 월리 브로커 교수. 브로커는 간단한 에너지 균형 모델 대기 CO2이 1975 후에 급속히 증가한다면 지구의 온도에 어떤 현상이 일어날지를 예측할 수 있습니다. Broecker의 예측 된 온난화는 수십 년 동안의 관측과 거의 같았지만 최근에는 상당히 높아졌습니다.

이것은 Broecker가 기사를 발표 한 후 CO2 배출량과 대기 중 농도가 어떻게 증가 할 것인지를 과대 평가하기 때문입니다. 2000ppm의 실제 마우나 로아 (Mauna Loa) 관측치와 비교하여 그는 CO373의 2ppm을 예측하여 370까지 상당히 정확했습니다. 그러나 2016에서 그는 CO2이 424ppm이 될 것이라고 추정했다. 오직 404 pm만이 관찰되었다..

Broecker는 자신의 모델에서 다른 온실 가스도 고려하지 않았습니다. 그러나 온난화가 메탄, 아산화 질소 그리고, 할로 카본 있다 크게 취소 된에어로졸의 전반적인 냉각 영향 1970 이후로 이것은 큰 차이를 만들어 내지 못한다 (비록 에어러솔 강제력 큰 불확실성이있다.).

Sawyer와 마찬가지로 Broecker는 CO2.4의 배수 당 2C의 평형 기후 민감도를 사용했습니다. Broecker는 지구가 대기 CO2에 따라 즉시 예열한다고 가정하고 현대 모델은 대기와 해양이 얼마나 빨리 워밍업하는지에 대한 지연을 설명합니다. (해양에 의한 느린 열 흡수는 종종 "열 관성"기후 시스템의.)

아래 차트에서 관측 된 온도 상승 (색이있는 선)과 비교하여 그의 투영 (검은 색 선)을 볼 수 있습니다.

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관측소의 온도 기록과 비교 한 Broecker 1975 (두꺼운 검정색 선)의 예상되는 온난화 NASA, NOAA, HadCRUT, 코우 탄과 웨이버클리 지구 1970에서 2020까지 (얇은 색 선). 1970-1990의 기준 기간. 다음을 사용하여 Carbon Brief의 차트 Highcharts.

브로커 (Broecker)는 과학자들이 관측치 겸손한 냉각을 보였다. 지구의. 그는 "현재의 냉각 추세가 10 년 내에 이산화탄소에 의한 뚜렷한 온난화를 일으킬 수있는 강력한 사례가있을 수있다"고 선전하여 기사를 시작했다.

한센 (Hansen) 외, 1981

NASA의 제임스 한센 박사 및 동료 논문을 발표 1981에서는 단순한 에너지 균형 모델을 사용하여 미래의 온난화를 예측했지만 해양 열 흡수로 인한 열 관성을 설명했습니다. 그들은 CO2.8을 두 배로 늘릴 때마다 2C의 기후 민감도를 가정했으나 두배 당 1.4-5.6C의 범위를 조사했습니다.

한센 (Hansen) 외 1981 (빠른 성장 - 두꺼운 검은 색 선 및 느린 성장 - 얇은 회색 선)에서 예상되는 온난화. 다음을 사용하여 Carbon Brief의 차트 Highcharts.

Hansen과 동료들은 미래의 배출과 기후 민감성을 변화시키는 다양한 시나리오를 제시했다. 위의 차트에서 2 이후 매년 CO4 배출량이 1981 % 증가하는 "급성장"시나리오 (두꺼운 검은 색 선)와 매년 2 % 증가하는 저성장 시나리오 (얇은 회색 선 ). 빠른 성장 시나리오는 현재의 배출량을 어느 정도 과대 평가하지만, 약간 낮은 기후 민감도와 결합하면 관측 값에 근접한 초기 2000의 가온 추정치를 제공합니다.

빠른 성장 시나리오에서 Hansen 등이 1970에서 예상 한 2016와 1981 사이의 전반적인 온난화 속도는 관측치보다 20 % 정도 낮았다.

한센 (Hansen) 외, 1988

논문 출판 Hansen과 1988의 동료들은 최초의 현대 기후 모델 중 하나를 나타냈다. 그것은 대기를 9 개의 수직 레이어와 함께 10도 경도로 8도 위도의 개별 그리드 셀로 세계를 나눕니다. 여기에는 에어로졸, CO2 이외의 다양한 온실 가스 및 기본적인 구름 역학이 포함됩니다.

한센 (Hansen) 등은 미래의 온실 가스 배출량과 관련된 세 가지 시나리오를 제시했다. 시나리오 B는 두꺼운 검정색 선으로 표시되고 시나리오 A와 C는 얇은 회색 선으로 표시됩니다. 시나리오 A는 CO2 및 기타 온실 가스 농도가 오늘날보다 상당히 높았으며 기하 급수적으로 배출량이 증가했습니다.

Hansen et al 1988 (시나리오 B- 두꺼운 검정색 선 및 시나리오 A 및 C- 얇은 실선과 파선 회색 선)에서 예상되는 온난화. 다음을 사용하여 Carbon Brief의 차트 Highcharts.

시나리오 B는 CO2 배출량의 점진적인 감소를 가정했지만 농도는 401의 2016ppm 꽤 가까이에 404ppm이 관측 됨. 그러나 시나리오 B는 강력한 온실 가스 인 다양한 할로겐화 탄소 배출의 지속적인 증가를 가정했으나 이후에는 몬트리올 의정서 1987. 시나리오 C는 2000 이후 배출량이 거의 0이 될 것입니다.

셋 중 시나리오 B는 실제 복사 강제력에 가장 가깝다. 10 % 너무 높음. Hansen et al은 또한 가장 현대적인 기후 모델의 최고급 모델 인 CO4.2을 두 배로 늘린 2C의 기후 민감도를 가진 모델을 사용했습니다. 이러한 요인들의 조합으로 인해, 시나리오 B는 1970와 2016 사이의 온난화 율을 관측 한 것보다 약 30 % 높을 것으로 예측했습니다.

IPCC 최초 평가 보고서, 1990

IPCC의 첫 번째 평가 보고서 (FAR)은 지구 대기 온도의 변화를 추정하기 위해 상대적으로 간단한 에너지 균형 / 상향 유동 확산 해양 모델을 특징으로했다. 그들의 일상 업무 (BAU) 시나리오는 관측에서 1990ppm과 비교하여 2에서 418ppm CO2에 도달하는 대기 CO2016의 급속한 성장을 가정했습니다. FAR은 또한 실제 발생했던 것보다 훨씬 빠른 대기 할로 탄소 농도의 지속적인 성장을 가정했다.

FAR은 두 배의 CO2.5에 대한 2C 온난화로 1.5-4.5C 범위의 기후 민감도를 가장 잘 예측했습니다. 이 추정치는 아래 그림의 BAU 시나리오에 적용되며, 검은 색 선은 가장 좋은 추정치를 나타내고 검은 선은 기후 민감도 범위의 상한 및 하한을 나타냅니다.

IPCC First Assessment Report (평균 투영 - 두꺼운 검정 선, 상한선과 하한선은 검은 점선으로 표시)에서 예상되는 온난화. 다음을 사용하여 Carbon Brief의 차트 Highcharts.

오늘날 사용 된 3C보다 기후 민감도가 가장 낮았음에도 불구하고, FAR은 BAU 시나리오에서 1970와 2016 사이의 온난화 속도를 17 %만큼 과대 평가했다. 1C는이 기간 동안 0.85C 온난화가 관찰됨을 보여 주었다. 이는 주로 실제로 발생한 CO2 농도보다 훨씬 더 높은 대기압의 투영 때문입니다.

IPCC 제 2 차 평가 보고서, 1995

IPCC의 2 차 평가 보고서 (SAR)은 1990 이후부터 즉시 사용 가능한 예측을 발표했습니다. 그들은 2.5C의 기후 민감도와 1.5-4.5C의 범위를 사용했습니다. 그들의 중간 범위 배출 시나리오 "IS92a"는 2에서 CO405 수준의 2016ppm을 관측 된 농도와 거의 동일하게 예측했습니다. SAR은 기후에 대한 냉각 효과가있는 인위적인 에어로졸에 대한 훨씬 더 나은 처리도 포함했다.
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IPCC 2 차 평가 보고서 (평균 투영 - 두꺼운 검은 색 선, 얇은 검은 점선으로 표시된 상한선과 하한선)에서 예상되는 온난화. 다음을 사용하여 Carbon Brief의 차트 Highcharts.

위 차트에서 알 수 있듯이 SAR의 예측치는 관측치보다 현저히 낮아졌으며 28에서 1990까지 더 천천히 2016 % 증가했습니다. 이것은 두 가지 요인의 조합으로 인한 것 같습니다 : 현대 추정치 (2.5C 대 3C)보다 낮은 기후 민감도와 CO2의 복사 강제력 (후속 IPCC 보고서에서 사용 된 4.37 대비 평방 미터당 3.7 와트는 여전히 오늘날 사용됨).

IPCC 3 차 평가 보고서, 2001

IPCC 3 차 평가 보고서 (TAR)은 7 가지 모델링 그룹의 대기 - 해양 일반 순환 모델 (GCMs)에 의존했다. 그들은 또한 사회 경제적 배출 시나리오의 새로운 집합을 도입했다. SRES4 가지 다른 미래 방출 궤적을 포함했다.

여기에서 Carbon Brief는 A2 시나리오, 모두 2020까지 상당히 비슷한 배출량과 온난화 궤도를 가지고있다. A2 시나리오는 2016 대기 CO2 농도 (406 ppm)가 관찰 된 것과 거의 같았다. SRES 시나리오는 추정 된 역사적 강제력을 사용하는 2000 년 이전의 모델로 2000 이후였다. 위의 그림에서 점선으로 표시된 회색 선은 관찰 된 배출량과 농도를 사용하여 미래의 예상 배출량으로 전환하는 시점을 보여줍니다.

IPCC 3 차 평가 보고서 (평균 투영 - 두꺼운 검은 색 선, 상한선과 하한선은 검은 색 점선으로 표시)에서 예상되는 온난화. 다음을 사용하여 Carbon Brief의 차트 Highcharts.

TAR의 헤드 라인 프로젝션은 특정 다중 모델 평균이 TAR에 게시되지 않았고 개별 모델 실행에 대한 데이터를 쉽게 이용할 수 없기 때문에보다 정교한 7 개 GCM의 평균 출력과 일치하도록 구성된 간단한 기후 모델을 사용했습니다. 2.8C는 2-1.5C의 범위에서 CO4.5을 두 배로 늘릴 때마다 기후 민감도를 갖습니다. 위의 차트에서 알 수 있듯이, TAR에서 1970과 2016 사이의 온난화 속도는 실제로 관찰 된 것보다 약 14 % 낮았다.

IPCC 제 4 차 평가 보고서, 2007

IPCC의 네 번째 평가 보고서 (AR4)는 대폭 향상된 대기 역학 및 모델 분해능을 갖춘 모델을 선보였습니다. 그것은 탄소 순환의 생지 화학을 통합 한 지구 시스템 모델과 지표면과 얼음 과정의 개선 된 시뮬레이션을 더 많이 사용했습니다.

AR4은 TAR과 동일한 SRES 시나리오를 사용했으며, 역사적인 배출량과 대기 중 농도가 2000 년까지였으며 그 이후의 전망이있었습니다. AR4에서 사용 된 모델은 3.26C의 평균 기후 민감도를 가지며 2.1C에서 4.4C까지의 범위를가집니다.

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IPCC 제 4 차 평가 보고서 (평균 투영 - 두꺼운 흑색 선, 두 개의 시그마 상한 및 하한은 얇은 검은 점선으로 표시)의 예상되는 온난화. 다음을 사용하여 Carbon Brief의 차트 Highcharts.

위의 그림은 A1B 시나리오에 대한 모델 실행을 보여줍니다 (2016 CO2 농도는 A2 시나리오의 것과 거의 동일 함). 4과 1970 사이의 AR2016 투영은 관측치에 매우 가깝게 보였으며 8 % 만 높게 나타났습니다.

IPCC 제 5 차 평가 보고서, 2013

가장 최근의 IPCC 보고서 - 다섯 번째 평가 (AR5) - AR4에 비해 미래의 모델 불확실성을 완만하게 감소시킬뿐만 아니라 기후 모델에 대한 추가 정교함을 특징으로합니다. 최신 IPCC 보고서의 기후 모델은 결합 모델 상호 비교 프로젝트 5 (CMIP5)에서는 세계 곳곳에서 수십 개의 서로 다른 모델링 그룹이 동일한 입력 및 시나리오 세트를 사용하여 기후 모델을 실행했습니다.

IPCC 제 5 차 평가 보고서 (평균 투영 - 두꺼운 흑색 선, 두 개의 시그마 상한 및 하한은 얇은 검은 점선으로 표시)의 예상되는 온난화. 대시 검은 선은 혼합 된 모델 필드를 보여줍니다. 다음을 사용하여 Carbon Brief의 차트 Highcharts.

AR5은 미래의 온실 가스 집중 시나리오를 발표했다. 대표 농도 진학 (RCP). 이것들은 2006 이전의 과거 데이터와 함께 2006 이후의 미래 예측을 가지고 있습니다. 위의 그림에서 회색 점선은 관찰 된 강제력을 사용하여 미래의 강제력을 예측하는 것으로 전환되는 모델을 보여줍니다.

이러한 모델을 관측과 비교하면 다소 까다로운 운동. 기후 모델에서 가장 자주 사용되는 필드는 전지구 지표 기온입니다. 그러나 관측 된 온도는 육지의 지표 기온과 해양의 해수면 온도에 기인한다.

이 문제를 해결하기 위해 최근 연구자들은 관측에서 실제로 측정 된 것과 일치시키기 위해 바다 위의 해수면 온도와 육지의 지표 기온을 포함하는 혼합 모델 필드를 만들었습니다. 위의 그림에서 점선으로 표시된 혼합 된 필드는 모델이 최근 몇 년 동안 해수면 온도보다 빠르게 온난 해지는 공기를 가지고 있기 때문에 지구 표면의 대기 온도보다 약간 덜 온난하다.

CMIP5 모델의 전지 표면 대기 온도는 16 이후의 관측보다 1970 % 빠릅니다. 40에 관하여이 차이의 %는 모델의 해수면 온도보다 해양의 대기 온도가 더 빨리 상승하기 때문입니다. 혼합 모델 필드는 관측보다 9 % 빠른 가온 만 표시합니다.

A 자연의 최근 논문 by 아이린 메드 백 와 동료들은 단기간의 자연 변동성 (주로 태평양에서), 작은 화산 및 예상보다 낮은 태양 출력의 조합에 의해 산정의 나머지 부분이 고려 될 수 있다고 제안했다. 2005 투영법.

아래는 Carbon Brief가 검토 한 모든 모델의 요약입니다. 아래 표는 각 모델 또는 모델 세트 간의 가온 속도의 차이와 NASA의 온도 관측. 모든 관측 온도 기록은 상당히 비슷하지만 NASA는 최근 몇 년 동안 전 지구 적 범위가 완전하게 포함 된 그룹 중 하나이므로 기후 모델 데이터와 직접적으로 비교할 수 있습니다.

지구 온난화가 예상되는 기후 모델을 얼마나 잘 가지고 있습니까?

* SAR 추세 차이는 1990-2016 이전 기간의 1990 예측을 사용할 수 없기 때문에 계산됩니다.
# 혼합 된 모델 육지 / 해양 지대에 기초한 괄호 안의 차이

결론

1973 이후에 발표 된 기후 모델은 일반적으로 미래의 온난화 예측에 매우 숙련되어 있습니다. 일부는 너무 낮고 너무 높기는하지만 실제로 예측 된 CO2 농도와 다른 기후 강제력 사이의 불일치가 고려 될 때 실제로 발생한 결과에 합리적으로 가까운 결과를 보여줍니다.

모델은 완벽하지 못하며 시간이 지남에 따라 개선 될 것입니다. 그들은 또한 상당히 넓은 범위의 미래의 온난화를 보여줍니다. 쉽게 좁힐 수 없다. 우리가 관찰 한 바로 그 기후 변화를 사용합니다.

그럼에도 불구하고 1970 이후 예측 된 온난화와 예측 된 온난화 사이의 밀접한 일치는 미래의 온난화에 대한 추정치가 비슷하게 정확하다는 것을 시사한다.

방법 론적 주석

환경 과학자 다나 누 큐텔 리 유용하게 과거 모델 / 관측 비교 목록 제공 here. 그만큼 PlotDigitizer 소프트웨어 데이터가 그렇지 않은 경우 이전 수치에서 값을 얻는 데 사용되었습니다. CMIP3 및 CMIP5 모델 데이터는 KNMI 기후 탐험가.

이 문서는 원래의 등장 카본 브리핑

저자에 관하여

Zeke Hausfather는 미국의 관심과 함께 기후 과학과 에너지 연구를 다루고 있습니다. Zeke는 Yale University와 Vrije Universiteit Amsterdam에서 환경 과학 석사 학위를 받았으며 University of California, Berkeley에서 기후 과학 박사 학위를 수료했습니다. 그는 과거 10 년을 청정 기술 분야의 데이터 과학자이자 기업가로 일해 왔습니다.

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