Klimatický model

Klimatický model představuje fyzikální, chemické a biologické procesy, které působí na klimatický systém.^[1]

Přestože se výzkumníci pokoušejí zahrnout do modelů co nejvíce procesů, zjednodušení skutečného klimatického systému omezením výpočetním kapacitám a omezením znalostí klimatického systému jsou nevyhnutelná. Výsledky modelů se mohou také lišit díky různým vstupům skleníkových plynů a klimatické citlivosti modelu. Například nejistota v projekcích IPCC z roku 2007 je způsobena:

1. používáním více modelů^[2] s rozdílnou citlivostí na koncentrace skleníkových plynů,^[3]
2. použitím rozdílných odhadů budoucích antropogenních emisí skleníkových plynů,^[2]
3. jakýmikoliv dalšími emisemi z klimatické zpětné vazby, které nebyly zahrnuty do modelů IPCC používaných k přípravě zprávy, např. uvolňování skleníkových plynů z permafrostu.^[4]

Modely nepředpokládají, že klima se zahřeje kvůli rostoucím koncentracím skleníkových plynů. Namísto toho předpovídají, jak budou skleníkové plyny interagovat s radiačním přenosem a jinými fyzikálními procesy. Ohřev nebo chlazení jsou tedy výsledkem, ne předpokladem modelů.^[5]

Zvláště obtížné je předvídat oblačnost a její účinky; jejich modelování je důležitým tématem výzkumu 20. let 21. století. Zlepšení zastoupení modelů mraků je proto důležitým tématem v současném výzkumu.^[6] Dalším významným výzkumným tématem je rozšiřování a zlepšování reprezentace uhlíkového cyklu.^[7][8][9]

Modely jsou také používány k tomu, aby pomohly zkoumat příčiny klimatických změn v nedávné minulosti. Zatímco pro období 1910–1945 modely neurčují jednoznačně, zda se jednalo o změny přírodní či antropogenní, pro oteplování od roku 1970 dominují jako příčina jasně antropogenní emise skleníkových plynů.^[10]

Správnost modelů je testována zkoumáním jejich schopnosti simulovat současné nebo minulé klima.^[11] Klimatické modely se pro 20. století relativně dobře shodují s pozorovanými průměry globálních teplotních, ale nesimulují správně všechny aspekty klimatu.^[12] Například úbytek ledu v Antarktidě byl rychlejší, než bylo předpovídáno.^[13] Srážky vzrostly proporcionálně s atmosférickou vlhkostí, a tudíž výrazně rychleji, než předpokládají globální klimatické modely.^[14][15] Od roku 1990 se také zvýšila hladina moře podstatně rychleji, než předpokládaly modely.^[16] V roce 2017 Spojené státy zveřejnily národní hodnocení klimatu, kde se uvádí, že „klimatické modely stále podceňují vývoj oteplování nebo chybí příslušné procesy zpětné vazby.“^[17]

Pro předpověď budoucího vývoje globálního oteplování používají vědci hierarchickou řadu klimatických modelů od jednoduchých přes středně složité až po komplexní klimatické modely a modely systému Země (Earth System models, ESM). Všechny tyto modely se snaží simulovat budoucí změny klimatu na základě různých scénářů antropogenního vlivu. V simulacích pro Pátou hodnotící zprávu IPCC byly v rámci projektu CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) Světového programu výzkumu klimatu (WCRP) jako scénáře nově využity tzv. reprezentativní směry vývoje koncentrací (RCP). Modely v současné době počítají s antropogenními i přírodními vlivy. Mezi antropogenní vlivy jsou započítávány změny koncentrací plynů s dlouhou životností v atmosféře (CO₂, CH₄, halogenovaných uhlovodíků a N₂), plynů s krátkou životností v atmosféře (CO, NMVOC a NO_x), aerosolů a jejich prekurzorů, změn oblačnosti vlivem aerosolů a změn albeda v důsledku změn využití půdy. Mezi přírodní vlivy jsou započítány změny příkonu slunečního záření. Zatímco spolehlivost určení vlivu skleníkových plynů a aerosolů je v modelech vysoká, až velmi vysoká, vlivy plynů s krátkou životností, vliv změn albeda a změn v příkonu slunečního záření je v modelech určena se střední spolehlivostí, nejméně spolehlivé v modelech je určení vlivů změn oblačnosti vlivem aerosolů.^[18]

Modelování podle všech scénářů ukazuje, že: „další emise skleníkových plynů způsobí další oteplení a změny ve všech složkách klimatického systému. Omezení klimatické změny bude vyžadovat podstatné a trvalé snižování emisí skleníkových plynů“.^[19]

Modelování vývoje klimatu do konce 21. století předpovídá nárůsty průměrných globálních teplot při povrchu a vzestup hladiny moří podle různých scénářů. Všechny scénáře ukazují změny proti průměru let 1986–2005. Podle scénáře RCP 2.6, který počítá s prakticky okamžitým výrazným snižováním produkce skleníkových plynů, by měly průměrné teploty v letech 2046–2065 narůst o 1,0 (0,4 až 1,6) °C, v letech 2081–2100 pak už nepředpokládá další růst teplot – 1,0 (0,3 až 1,7)°C. V případě vzestupu hladiny moří předpokládá tento scénář vzestup o 0,24 (0,17 až 0,32) m v letech 2046–2065 a 0,4 (0,26 až 0,55) m v letech 2081–2100.^[20] Podle scénáře RCP 8.5, který počítá s produkcí skleníkových plynů prakticky bez omezení, by měly průměrné teploty v letech 2046–2065 narůst o 2,0 (1,4 až 2,6) °C, v letech 2081–2100 pak o 3,7 (2,6 až 4,8) °C proti současným teplotám. V případě vzestupu hladiny moří předpokládá tento scénář vzestup o 0,30 (0,22 až 0,38) m v letech 2046–2065 a 0,63 (0,45 až 0,82) m v letech 2081–2100.^[20]

Podle modelů v IPCC AR5 bude oteplování nadále vykazovat variabilitu mezi jednotlivými roky a dekádami a nebude stejné ve všech oblastech. Modely předpokládají zvyšování rozdílů srážkových úhrnů mezi vlhkými a suchými oblastmi a mezi suchými a vlhkými obdobími s regionálními výjimkami. Předpokládají také, že teplo v oceánech bude pronikat z povrchu do hlubokých vrstev oceánu a ovlivní cirkulaci vody v oceánu. Bude pokračovat acidifikace oceánů. Dojde také k pokračujícímu tání ledovců – globální objem ledovců bude nadále klesat.^[21] Z historických dat je ale pozorován pokles variability klimatu s růstem teplot.^[22] To odpovídá i jistým modelům.^[23] Klimatická změna způsobená člověkem tak může odvrátit následující dobu ledovou.^[24]