Para ilmuwan telah membuat proyeksi pemanasan global di masa depan dengan menggunakan model iklim yang semakin kompleks selama empat dekade terakhir.
Model-model ini, didorong oleh fisika atmosfer dan biogeokimia, memainkan peran penting dalam pemahaman kita tentang iklim Bumi dan bagaimana kemungkinan akan berubah di masa depan.
Carbon Brief telah mengumpulkan proyeksi model iklim yang menonjol sejak 1973 untuk melihat seberapa baik mereka memproyeksikan suhu global masa lalu dan masa depan, seperti yang ditunjukkan dalam animasi di bawah ini. (Klik tombol putar untuk memulai.)
Sementara beberapa model memproyeksikan lebih sedikit pemanasan daripada yang pernah kita alami dan beberapa memproyeksikan lebih, semua menunjukkan peningkatan suhu permukaan antara 1970 dan 2016 yang tidak terlalu jauh dari apa yang sebenarnya terjadi, terutama ketika perbedaan dalam asumsi emisi masa depan diperhitungkan.
Bagaimana model iklim masa lalu bernasib?
Sementara proyeksi model iklim di masa lalu mendapat manfaat dari pengetahuan tentang konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer, letusan gunung berapi dan lainnya forcings radiasi memengaruhi iklim Bumi, masuk ke masa depan tentu saja lebih tidak pasti. Model iklim dapat dievaluasi baik pada kemampuan mereka untuk menghalangi suhu masa lalu dan perkiraan suhu masa depan.
Hindcast - model pengujian terhadap suhu masa lalu - berguna karena mereka dapat mengontrol forcings radiasi. Ramalan berguna karena model tidak bisa tersirat mirip dengan pengamatan. Model iklim adalah tidak cocok dengan suhu historis, tetapi pemodel memang memiliki beberapa pengetahuan tentang pengamatan yang bisa informasikan pilihan mereka of parameterisasi model, seperti fisika awan dan efek aerosol.
Dalam contoh di bawah ini, proyeksi model iklim yang diterbitkan antara 1973 dan 2013 dibandingkan dengan suhu yang diamati dari lima organisasi yang berbeda. Model yang digunakan dalam proyeksi bervariasi dalam kompleksitas, dari yang sederhana model keseimbangan energi untuk sepenuhnya digabungkan Model Sistem Bumi.
(Catatan, perbandingan model / pengamatan ini menggunakan periode awal 1970-1990 untuk menyelaraskan pengamatan dan model selama tahun-tahun awal analisis, yang menunjukkan bagaimana suhu telah berkembang dari waktu ke waktu dengan lebih jelas.)
Sawyer, 1973
Salah satu proyeksi pertama dari pemanasan di masa depan datang dari John Sawyer di Kantor Met UK di 1973. Di sebuah makalah yang diterbitkan di Nature di 1973, ia berhipotesis bahwa dunia akan menghangatkan 0.6C antara 1969 dan 2000, dan bahwa CO2 atmosfer akan meningkat sebesar 25%. Sawyer berpendapat untuk sensitivitas iklim - berapa banyak pemanasan jangka panjang akan terjadi per dua kali lipat tingkat CO2 atmosfer - dari 2.4C, yang tidak terlalu jauh dari perkiraan terbaik 3C digunakan oleh Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim (IPCC) hari ini.
Berbeda dengan proyeksi lain yang diperiksa dalam artikel ini, Sawyer tidak memberikan perkiraan pemanasan untuk setiap tahun, hanya nilai 2000 yang diharapkan. Perkiraan pemanasan 0.6C-nya hampir tepat - pemanasan yang diamati selama periode itu adalah antara 0.51C dan 0.56C. Dia melebih-lebihkan konsentrasi CO2000 atmosfer tahun 2, namun, dengan asumsi bahwa mereka akan menjadi 375-400ppm - dibandingkan dengan yang sebenarnya nilai 370ppm.
Broecker, 1975
Proyeksi pertama yang tersedia untuk suhu di masa depan karena pemanasan global muncul di a artikel di Ilmu dalam 1975 yang diterbitkan oleh ilmuwan Universitas Columbia Prof Wally Broecker. Broecker menggunakan a model keseimbangan energi sederhana untuk memperkirakan apa yang akan terjadi pada suhu bumi jika CO2 atmosfer terus meningkat dengan cepat setelah 1975. Proyeksi pemanasan Broecker cukup dekat dengan pengamatan selama beberapa dekade, tetapi baru-baru ini jauh lebih tinggi.
Ini sebagian besar karena Broecker melebih-lebihkan bagaimana emisi CO2 dan konsentrasi atmosfer akan meningkat setelah artikelnya diterbitkan. Dia cukup akurat hingga 2000, memprediksi 373ppm dari CO2 - dibandingkan dengan pengamatan Mauna Loa aktual terhadap 370ppm. Namun di 2016, ia memperkirakan bahwa CO2 akan menjadi 424ppm, sedangkan hanya 404 yang diamati.
Broecker juga tidak memperhitungkan gas rumah kaca lain dalam modelnya. Namun, karena dampak pemanasan dari metana, nitrous oxide dan halokarbon telah sebagian besar dibatalkan oleh pengaruh pendinginan aerosol secara keseluruhan sejak 1970, ini tidak membuat perbedaan besar (meskipun perkiraan pemaksaan aerosol memiliki ketidakpastian yang besar).
Seperti Sawyer, Broecker menggunakan sensitivitas iklim kesetimbangan 2.4C per penggandaan CO2. Broecker berasumsi bahwa Bumi langsung memanas untuk menyamai CO2 di atmosfer, sementara model-model modern menjelaskan jeda antara seberapa cepat atmosfer dan lautan memanas. (Penyerapan panas yang lebih lambat oleh lautan sering disebut sebagai "kelembaman termal"Sistem iklim.)
Anda dapat melihat proyeksi nya (garis hitam) dibandingkan dengan kenaikan suhu yang diamati (garis berwarna) pada grafik di bawah ini.
<br />
Proyeksi pemanasan dari Broecker 1975 (garis hitam tebal) dibandingkan dengan catatan suhu pengamatan dari NASA, NOAA, HadCRUT, Cowtan dan Way, dan Berkeley Earth (garis berwarna tipis) dari 1970 ke 2020. Periode dasar 1970-1990. Bagan dengan Carbon Brief menggunakan Highcharts.
Broecker membuat proyeksi pada saat para ilmuwan secara luas berpikir bahwa pengamatan menunjukkan pendinginan sederhana di bumi. Dia memulai artikelnya dengan menyatakan bahwa "kasus kuat dapat dibuat bahwa tren pendinginan saat ini akan, dalam satu dekade atau lebih, memberikan cara untuk pemanasan yang disebabkan oleh karbon dioksida".
Hansen et al, 1981
Milik NASA Dr James Hansen dan rekan kerja menerbitkan sebuah makalah di 1981 yang juga menggunakan model keseimbangan energi sederhana untuk memproyeksikan pemanasan di masa depan, tetapi menyumbang inersia termal karena penyerapan panas laut. Mereka mengasumsikan sensitivitas iklim 2.8C per penggandaan CO2, tetapi juga melihat kisaran 1.4-5.6C per penggandaan.
Proyeksi pemanasan dari Hansen et al 1981 (pertumbuhan cepat - garis hitam tebal - dan pertumbuhan lambat - garis abu-abu tipis). Bagan dengan Carbon Brief menggunakan Highcharts.
Hansen dan rekannya mempresentasikan sejumlah skenario yang berbeda, memvariasikan emisi masa depan dan sensitivitas iklim. Dalam bagan di atas, Anda dapat melihat skenario "pertumbuhan cepat" (garis hitam tebal), di mana emisi CO2 meningkat sebesar 4% setiap tahun setelah 1981, dan skenario pertumbuhan lambat di mana emisi meningkat sebesar 2% setiap tahun (garis abu-abu tipis) ). Skenario pertumbuhan cepat agak melebih-lebihkan emisi saat ini, tetapi ketika dikombinasikan dengan sensitivitas iklim yang sedikit lebih rendah itu memberikan perkiraan pemanasan awal-2000 yang dekat dengan nilai yang diamati.
Tingkat pemanasan keseluruhan antara 1970 dan 2016 yang diproyeksikan oleh Hansen et al di 1981 dalam skenario pertumbuhan cepat sekitar 20% lebih rendah dari pengamatan.
Hansen et al, 1988
Grafik kertas diterbitkan oleh Hansen dan koleganya di 1988 mewakili salah satu model iklim modern pertama. Ini membagi dunia menjadi sel-sel kisi terpisah delapan derajat lintang oleh 10 derajat bujur, dengan sembilan lapisan vertikal atmosfer. Ini termasuk aerosol, berbagai gas rumah kaca selain CO2, dan dinamika awan dasar.
Hansen et al menyajikan tiga skenario berbeda yang terkait dengan emisi gas rumah kaca di masa depan. Skenario B ditunjukkan pada grafik di bawah ini sebagai garis hitam tebal, sedangkan skenario A dan C ditunjukkan oleh garis abu-abu tipis. Skenario A memiliki pertumbuhan emisi yang eksponensial, dengan CO2 dan konsentrasi GRK lainnya yang jauh lebih tinggi daripada saat ini.
Proyeksi pemanasan dari Hansen et al 1988 (skenario B - garis hitam tebal - dan skenario A dan C - tipis dan garis abu-abu putus-putus). Bagan dengan Carbon Brief menggunakan Highcharts.
Skenario B mengasumsikan penurunan bertahap pada emisi CO2, tetapi memiliki konsentrasi 401ppm dalam 2016 yang cukup dekat dengan 404ppm diamati. Namun, skenario B mengasumsikan pertumbuhan berkelanjutan dari berbagai halokarbon yang merupakan gas rumah kaca yang kuat, tetapi kemudian dibatasi di bawah Protokol Montreal dari 1987. Skenario C memiliki emisi mendekati nol setelah tahun 2000.
Dari ketiganya, skenario B paling dekat dengan pemaksaan radiasi aktual, meskipun masih sekitar 10% terlalu tinggi. Hansen et al juga menggunakan model dengan sensitivitas iklim 4.2C per penggandaan CO2 - di ujung atas sebagian besar model iklim modern. Karena kombinasi dari faktor-faktor ini, skenario B memproyeksikan laju pemanasan antara 1970 dan 2016 yang kira-kira 30% lebih tinggi dari apa yang telah diamati.
Laporan Penilaian Pertama IPCC, 1990
IPCC Laporan Penilaian Pertama (FAR) di 1990 menampilkan model-model laut difusi keseimbangan / upwelling yang relatif sederhana untuk memperkirakan perubahan suhu udara global. Skenario bisnis-seperti-biasa (BAU) mereka yang ditampilkan mengasumsikan pertumbuhan cepat CO2 atmosfer, mencapai 418ppm CO2 di 2016, dibandingkan dengan 404ppm dalam pengamatan. FAR juga mengasumsikan pertumbuhan konsentrasi halokarbon atmosfer lebih cepat daripada yang sebenarnya terjadi.
FAR memberikan estimasi terbaik sensitivitas iklim sebagai pemanasan 2.5C untuk CO2 berlipat ganda, dengan kisaran 1.5-4.5C. Perkiraan ini diterapkan pada skenario BAU pada gambar di bawah ini, dengan garis hitam tebal mewakili perkiraan terbaik dan garis hitam putus-putus tipis mewakili ujung sensitivitas rentang tinggi dan rendah.
Proyeksi pemanasan dari Laporan Penilaian Pertama IPCC (garis hitam rata-rata proyeksi-tebal, dengan batas atas dan bawah ditunjukkan oleh garis hitam bertitik tipis). Bagan dengan Carbon Brief menggunakan Highcharts.
Meskipun perkiraan terbaik sensitivitas iklim sedikit lebih rendah daripada 3C yang digunakan saat ini, JAUH menilai terlalu tinggi tingkat pemanasan antara 1970 dan 2016 sekitar 17% dalam skenario BAU mereka, menunjukkan pemanasan 1C selama periode tersebut vs 0.85C yang diamati. Ini sebagian besar disebabkan oleh proyeksi konsentrasi CO2 atmosfer yang jauh lebih tinggi daripada yang sebenarnya terjadi.
Laporan Penilaian Kedua IPCC, 1995
IPCC Laporan Penilaian Kedua (SAR) hanya mempublikasikan proyeksi yang tersedia dari 1990 dan seterusnya. Mereka menggunakan sensitivitas iklim 2.5C, dengan kisaran 1.5-4.5C. Skenario emisi mid-range mereka, "IS92a", memproyeksikan tingkat CO2 405ppm di 2016, hampir identik dengan konsentrasi yang diamati. SAR juga mencakup perawatan aerosol antropogenik yang jauh lebih baik, yang memiliki efek pendinginan pada iklim.
<br />
Proyeksi pemanasan dari Laporan Penilaian Kedua IPCC (garis hitam rata-rata proyeksi-tebal, dengan batas atas dan bawah ditunjukkan oleh garis hitam bertitik tipis). Bagan dengan Carbon Brief menggunakan Highcharts.
Seperti yang dapat Anda lihat pada grafik di atas, proyeksi SAR ternyata jauh lebih rendah daripada pengamatan, memanaskan 28% lebih lambat selama periode dari 1990 ke 2016. Ini kemungkinan karena kombinasi dari dua faktor: sensitivitas iklim yang lebih rendah daripada yang ditemukan dalam perkiraan modern (2.5C vs 3C) dan perkiraan yang terlalu tinggi dari pemaksaan radiatif CO2 (4.37 watt per meter persegi versus 3.7 digunakan dalam laporan IPCC berikutnya dan masih digunakan sampai sekarang).
Laporan Penilaian Ketiga IPCC, 2001
IPCC Laporan Penilaian Ketiga (TAR) mengandalkan model sirkulasi umum atmosfer-laut (GCM) dari tujuh kelompok pemodelan yang berbeda. Mereka juga memperkenalkan serangkaian skenario emisi sosial ekonomi baru, yang disebut SRES, yang mencakup empat lintasan emisi masa depan yang berbeda.
Di sini, Carbon Brief memeriksa Skenario A2, meskipun semuanya memiliki lintasan emisi dan pemanasan yang hampir serupa hingga 2020. Skenario A2 memproyeksikan konsentrasi 2016 CO2 atmosfer 406 dari 2000 ppm, hampir sama dengan apa yang diamati. Skenario SRES berasal dari 2000 dan seterusnya, dengan model sebelum tahun XNUMX menggunakan perkiraan forcings historis. Garis abu-abu putus-putus pada gambar di atas menunjukkan titik di mana model transisi dari menggunakan emisi dan konsentrasi yang diamati ke yang diproyeksikan di masa depan.
Proyeksi pemanasan dari Laporan Penilaian Ketiga IPCC (garis hitam rata-rata proyeksi-tebal, dengan batas atas dan bawah ditunjukkan oleh garis hitam bertitik tipis). Bagan dengan Carbon Brief menggunakan Highcharts.
Proyeksi headline TAR menggunakan model iklim sederhana yang dikonfigurasikan untuk mencocokkan output rata-rata dari tujuh GCM yang lebih canggih, karena tidak ada rata-rata multimodel spesifik yang diterbitkan dalam TAR dan data untuk masing-masing model berjalan tidak tersedia. Ini memiliki sensitivitas iklim 2.8C per penggandaan CO2, dengan kisaran 1.5-4.5C. Seperti yang ditunjukkan pada grafik di atas, laju pemanasan antara 1970 dan 2016 di TAR adalah sekitar 14% lebih rendah daripada yang sebenarnya telah diamati.
Laporan Penilaian Keempat IPCC, 2007
IPCC Laporan Penilaian Keempat (AR4) menampilkan model dengan dinamika atmosfer yang lebih baik dan resolusi model. Itu membuat lebih besar menggunakan Model Sistem Bumi - yang menggabungkan biogeokimia dari siklus karbon - serta meningkatkan simulasi permukaan tanah dan proses es.
AR4 menggunakan skenario SRES yang sama dengan TAR, dengan emisi historis dan konsentrasi atmosfer hingga tahun 2000 dan proyeksi sesudahnya. Model yang digunakan dalam AR4 memiliki sensitivitas iklim rata-rata 3.26C, dengan kisaran 2.1C hingga 4.4C.
<br />
Proyeksi pemanasan dari IPCC Fourth Assessment Report (berarti proyeksi-garis hitam tebal, dua-sigma batas atas dan bawah ditunjukkan oleh garis hitam bertitik tipis). Bagan dengan Carbon Brief menggunakan Highcharts.
Gambar di atas menunjukkan menjalankan model untuk skenario A1B (yang merupakan satu-satunya skenario dengan model berjalan tersedia, meskipun konsentrasi 2016 CO2 hampir identik dengan skenario A2). Proyeksi AR4 antara 1970 dan 2016 menunjukkan pemanasan yang cukup dekat dengan pengamatan, hanya 8% lebih tinggi.
Laporan Penilaian Kelima IPCC, 2013
Laporan IPCC terbaru - the Penilaian Kelima (AR5) - menampilkan penyempurnaan tambahan pada model iklim, serta pengurangan sederhana dalam ketidakpastian model di masa depan dibandingkan dengan AR4. Model iklim dalam laporan IPCC terbaru adalah bagian dari Proyek Interkomparasi Model Terpadu 5 (CMIP5), tempat lusinan kelompok pemodelan berbeda di seluruh dunia menjalankan model iklim menggunakan serangkaian input dan skenario yang sama.
Proyeksi pemanasan dari IPCC Fifth Assessment Report (berarti proyeksi-garis hitam tebal, dua-sigma batas atas dan bawah ditunjukkan oleh garis hitam bertitik tipis). Garis hitam putus-putus menunjukkan bidang model campuran. Bagan dengan Carbon Brief menggunakan Highcharts.
AR5 memperkenalkan serangkaian skenario konsentrasi gas rumah kaca baru, yang dikenal sebagai Perwakilan Konsentrasi Persiapan (RCP). Ini memiliki proyeksi di masa depan dari 2006 dan seterusnya, dengan data historis sebelum 2006. Garis putus-putus berwarna abu-abu pada gambar di atas menunjukkan di mana model transisi dari menggunakan forcings yang diamati ke proyeksi forcings di masa depan.
Membandingkan model-model ini dengan observasi dapat menjadi a latihan yang agak rumit. Bidang yang paling sering digunakan dari model iklim adalah suhu udara permukaan global. Namun, suhu yang diamati berasal dari suhu udara permukaan di atas permukaan tanah dan suhu permukaan laut di atas lautan.
Untuk menjelaskan hal ini, baru-baru ini, para peneliti telah menciptakan bidang model campuran, yang meliputi suhu permukaan laut di atas lautan dan suhu udara permukaan di atas tanah, untuk mencocokkan apa yang sebenarnya diukur dalam pengamatan. Bidang campuran ini, ditunjukkan oleh garis putus-putus pada gambar di atas, menunjukkan sedikit lebih sedikit pemanasan daripada suhu udara permukaan global, karena model memiliki udara di atas lautan yang lebih cepat dari suhu permukaan laut dalam beberapa tahun terakhir.
Suhu udara permukaan global dalam model CMIP5 telah menghangat tentang 16% lebih cepat daripada pengamatan sejak 1970. Tentang 40% dari perbedaan ini adalah karena suhu udara di atas laut lebih cepat dari suhu permukaan laut dalam model; bidang model campuran hanya menunjukkan pemanasan 9% lebih cepat dari pengamatan.
A makalah terbaru di Nature by Iselin Medhaug dan rekan-rekannya menyarankan bahwa sisa divergensi dapat dipertanggungjawabkan dengan kombinasi variabilitas alami jangka pendek (terutama di Samudra Pasifik), gunung berapi kecil dan output matahari yang lebih rendah dari perkiraan yang tidak termasuk dalam model dalam postingan mereka. Proyeksi 2005.
Di bawah ini adalah ringkasan dari semua model yang telah dilihat oleh Carbon Brief. Tabel di bawah ini menunjukkan perbedaan dalam tingkat pemanasan antara masing-masing model dan set model dan Milik NASA pengamatan suhu. Semua catatan suhu pengamatan cukup mirip, tetapi NASA termasuk di antara kelompok yang mencakup cakupan global yang lebih lengkap dalam beberapa tahun terakhir dan dengan demikian lebih langsung dibandingkan dengan data model iklim.
* Perbedaan tren SAR dihitung selama periode dari 1990-2016, karena perkiraan sebelum 1990 tidak tersedia.
# Perbedaan dalam kurung berdasarkan model tanah campuran / bidang laut
Kesimpulan
Model-model iklim yang diterbitkan sejak 1973 umumnya cukup ahli dalam memproyeksikan pemanasan di masa depan. Sementara beberapa terlalu rendah dan beberapa terlalu tinggi, mereka semua menunjukkan hasil yang cukup dekat dengan apa yang sebenarnya terjadi, terutama ketika perbedaan antara konsentrasi CO2 yang diprediksi dan aktual dan pemaksaan iklim lainnya dipertimbangkan.
Model jauh dari sempurna dan akan terus ditingkatkan seiring waktu. Mereka juga menunjukkan kisaran pemanasan yang cukup besar di masa depan itu tidak mudah dipersempit hanya menggunakan perubahan iklim yang telah kami amati.
Namun demikian, kecocokan yang dekat antara proyeksi dan pemanasan yang diamati sejak 1970 menunjukkan bahwa perkiraan pemanasan di masa depan mungkin terbukti sama akuratnya.
Catatan metodologis
Ilmuwan lingkungan Dana Nuccitelli sangat membantu menyediakan daftar perbandingan model / observasi sebelumnya, tersedia di sini. itu Perangkat lunak PlotDigitizer digunakan untuk mendapatkan nilai dari angka yang lebih lama ketika data tidak tersedia. Data model CMIP3 dan CMIP5 diperoleh dari KNMI Climate Explorer.
Artikel ini awalnya muncul di Brief Karbon
Tentang Penulis
Zeke Hausfather meliput penelitian ilmu iklim dan energi dengan fokus AS. Zeke memiliki gelar magister dalam ilmu lingkungan dari Yale University dan Vrije Universiteit Amsterdam, dan sedang menyelesaikan PhD di bidang ilmu iklim di University of California, Berkeley. Dia telah menghabiskan tahun-tahun terakhir 10 bekerja sebagai ilmuwan data dan pengusaha di sektor cleantech.
Buku terkait
at Pasar InnerSelf dan Amazon
