Klimamodeller

En klimamodel er et avanceret computerprogram, der kan beregne Jordens klima i fortiden, nutiden og fremtiden. 

Klimamodellernes computerkode kan fylde op til 18.000 siders printet tekst og kræver supercomputere til at udføre beregningerne.

En klimamodel bygger først og fremmest på fysikkens love. Det er naturlove, der beskriver alt fra tyngdekraften, til transport af energi samt atmosfærens og havets bevægelser. Tilsammen udgør det et stor system af ligninger, der gør det muligt at lave sammenhængende beregninger for Jordens klimasystem.

I en klimamodel er Verden delt op i tredimensionale kasser, som beregningerne udføres i (f.eks. 100 km × 100 km × 300m (længde × bredde × højde)). Størrelsen på disse kasser afgør modellens rumlige opløsning – opløsning er det samme som detaljegrad. Inde i hver kasse beregnes forskellige egenskaber (f.eks. temperatur, lufttryk og luftfugtighed) én gang i korte tidskridt på 1–60 minutter. Skridt for skridt følges energien, luften og vandets bevægelser, til man til sidste har billedet af vejrets, havets og dermed klimaets udvikling over mange år. 

Når man laver beregninger for fremtidens klima ved hjælp af en klimamodel, simulerer modellen klodens klima. Man kan måske forestille sig en globus, der snurrer, mens vejrsystemer og havstrømme bevæger sig kloden rundt. Selvom klimamodellerne i princippet beregner vejret dag for dag, kan de ikke benyttes som en præcis vejrudsigt for fremtiden – og f.eks. vurderer om det regner i Danmark den 23. januar 2055. Vejret den enkelte dag, uge eller måned er i høj grad et resultat af tilfældigheder. Men set i gennemsnit, er der en systematik i det gennemsnitlige vejr – klimaet.

Læs mere om forskellen på vejr og klima her

De første og mest simple klimamodeller blev udviklet i 1970’erne. Det var modeller, der udelukkende beskrev atmosfæren og ikke engang havde skyer med.

Frem til i dag er flere og flere komponenter med indflydelse på Jordens klima blevet føjet til klimamodellerne, og de bliver løbende udvidet, forbedret og får en højere detaljegrad.

Nutidens klimamodeller tager blandt andet højde for de roller, som hav, havis, landoverflade, iskapper, vegetationsændringer, aerosoler og atmosfærisk kemi spiller i Jordens samlede klimasystem.

Alle disse komponenter er koblet sammen i det, man kalder ’koblede jordsystemmodeller’ (earth system models).

Samtidig bliver den rumlige opløsning, dvs. detaljegraden, på de globale klimamodeller løbende forbedret. I øjeblikket er den gennemsnitlige detaljegrad på omkring 100 km × 100 km. Den højere detaljegrad gør det muligt at beskrive processerne i klimasystemet bedre, og øger på den måde forståelsen af klimaforandringerne.

Klimamodeller findes som både globale og regionale modeller.

Globale modeller dækker hele kloden og har i dag typisk en rumlig opløsning på omkring 100 km × 100 km. Modellerne, der dækker hele kloden, er koblede jordsystemmodeller, der medtager en lang række komponenter med indflydelse på Jordens klima.

Fordi de globale klimamodeller deler Jorden ind i relativt store kasser kan supercomputere køre dem over lange tidsperioder. Det kan dog godt kræve lidt tålmodighed, selv med en stor regnekraft fra en supercomputer kan man typisk beregne 1-5 år med en global klimamodel per dag. Til gengæld mangler der detaljer og vejrfænomener, som f.eks. skybrud, som de globale modeller ikke kan beskrive præcist. Det skyldes, at vejrhændelsernes geografiske udbredelse er væsentlig mindre end størrelsen på modellernes kasser, den rumlige opløsning.

De globale modeller er gode, når man vil se på den overordnede udvikling på globalt plan, men har mangler, når man vil opnå mere detaljeret information for et bestemt område. 

For at fokusere på mindre områder, har man udviklet regionale klimamodeller.

De regionale modeller har oftest typisk en rumlig opløsning på ca. 10 km, men bliver benyttet med opløsninger mellem 1 og 50 km. De dækker en begrænset del af kloden, f.eks. Europa eller Afrika. Jo højere opløsning, jo mindre et område har man typisk mulighed for at dække. Nationalt Center for Klimaforskning har udført enkelte beregninger med en opløsning på under 1 km, som til gengæld kun lige dækker hele Danmark.

De begrænsede områder gør det muligt for de regionale klimamodeller at have en finere detaljegrad med mindre kasser (højere rumlig opløsning) og kortere tidsskridt (højere tidslig opløsning).

Når man kører en regional klimamodel, tager man udgangspunkt i data fra en global klimamodel, som angiver de globale forhold. Resultatet fra regionale klimamodeller er mere detaljeret klimainformation for et afgrænset område af kloden. Det er blandt andet sådanne resultater, som bruges i DMI’s Klimaatlas, der viser detaljerede klimaprojektioner for Danmark helt ned på kommuneniveau. Figuren nedenfor viser kæden af beregninger fra globale klimamodeller til DMI’s Klimaatlas.

Resultater fra hver enkelt klimamodelkørsel er værdifulde, men sjældent brugbare i sig selv.

Da klimamodeller bygger på en række antagelser og forsimplinger, er de ikke perfekte, og resultatet af én kørsel af én enkelt klimamodel er derfor svært at vurdere i forhold til, hvor præcis eller usikker den er.

Over hele verden udviklet en række klimamodeller uafhængigt af hinanden. Selvom alle modellerne bygger på de samme grundlæggende naturlove, løser de antagelser og simplificeringer, som er nødvendige, forskelligt. For at afhjælpe usikkerheden kan man udnytte en kombination af beregninger fra mange forskellige klimamodeller.

Ved at benytte tilsvarende beregninger fra flere forskellige klimamodeller (det, der hedder et ensemble i fagsproget) får forskerne en meget større mængde data for fremtidens klima, som gør det muligt at sige noget kvalificeret om usikkerheden i resultaterne, og hvad det bedste bud på fremtidens klima er. Dette kaldes model-usikkerhed.