Definirea climei

În discursul său la Summitul Climatic din 2014, secretarul general al Națiunilor Unite, Ban Ki-Moon, a numit schimbările climatice „problema definitorie a timpului nostru”.

Intuitiv vorbind, vremea este starea atmosferei la un anumit moment de timp. Clima, dimpotrivă, este distribuția anumitor variabile (numite variabile climatice) care apar pentru o anumită configurație (adică anumite concentrații de gaze cu efect de seră și anumite emisii de aerosoli) a sistemului climatic. Variabilele climatice le includ pe cele care descriu starea atmosferei și a oceanului și uneori și alte variabile, cum ar fi cele care descriu starea ghețarilor și a straturilor de gheață (IPCC 2013). Deci, clima nu se referă la valorile exacte ale temperaturii aerului la suprafață, a temperaturii oceanului etc. la un anumit moment de timp, ci a temperaturii aerului la suprafață, a temperaturii oceanului etc. la care te poți aștepta atunci când sistemul climatic este într-o anumită configurație.

Cum poate fi mai precisă această idee intuitivă? Se pare că există mai multe moduri concurente de a face acest lucru. În special, există două tipuri foarte diferite de definiții ale climei. Clima, ca distribuție în timp, corespunde aproximativ cu ceea ce se învață despre climă în educația geografică la școală. Aici, clima se referă la distribuția variabilelor climatice care apar atunci când sistemul climatic evoluează într-o anumită perioadă de timp. Clima, ca distribuție de ansamblu, este populară printre oamenii de știință care sunt preocupați de prezicerea climei. Este vorba despre distribuția care cuantifică cât de probabil este ca anumite valori ale variabilelor climatice să fie așteptate la un anumit moment de timp în viitor, având în vedere incertitudinea noastră actuală cu privire la variabilele climatice.

Să luăm mai întâi în considerare definiția IPCC:

”Clima în sens restrâns este de obicei definită ca vremea medie sau, mai riguros, ca descrierea statistică în termeni de medie și variabilitate a cantităților relevante pe o perioadă de timp care variază de la luni la mii sau milioane de ani. Perioada clasică pentru determinarea mediei acestor variabile este de 30 de ani, așa cum este definită de Organizația Meteorologică Mondială. Clima într-un sens mai larg este starea, inclusiv o descriere statistică, a sistemului climatic.” (IPCC 2013, 126)

Problema cu aceste definiții este că sunt vagi. „Clima în sens restrâns” pare să se refere la o distribuție în timp, dar, după cum vom vedea, există mai multe definiții ale climei ca distribuții în timp. „Clima într-un sens mai larg” este și mai vagă și pare să fie compatibilă cu orice definiție a climei (deoarece orice definiție corespunde unei distribuții și, prin urmare, oferă, într-un anumit sens, o descriere statistică). Pentru a vedea cum climatul poate fi definit mai precis, vom analiza acum cinci definiții populare ale climatului (trei dintre ele sunt distribuții în timp și două dintre ele sunt distribuții de ansamblu). Va deveni clar că modul de a defini clima și schimbările climatice este atât netrivial, cât și controversat.

Să începem cu distribuțiile în timp. Clima este influențată de condițiile externe ale sistemului climatic (cum ar fi activitatea vulcanică și cantitatea de energie solară care ajunge pe Pământ). Să presupunem că condițiile externe sunt fluctuații mici în jurul valorii medii c într-o anumită perioadă de timp, în care variabilele climatice sunt într-o anumită stare inițială la începutul perioadei de timp. Conform Definiției 1, clima în această perioadă de timp este distribuția finită în timp a variabilelor climatice date fiind stările inițiale, care apare atunci când sistemul climatic este supus unor condiții externe constante c (de exemplu, Dymnikov și Gritsoun 2001; Lorenz 1995). (Valoarea atribuită unui anumit set A printr-o distribuție finită în timp, presupunând, de exemplu, că timpul este măsurat în zile, este dată de numărul de zile în care valorile sunt în A împărțit la numărul total de zile din timpul perioadă). Schimbările climatice înseamnă apoi distribuții diferite pe două perioade de timp succesive. Cu toate acestea, în realitate, condițiile externe nu sunt constante și chiar și atunci când există doar mici fluctuații ale condițiilor externe în jurul unei valori medii, acest lucru poate duce la distribuții cu totul diferite (Werndl 2015). Prin urmare, există problema că această definiție ar putea să nu aibă nimic de-a face cu distribuțiile sistemului climatic actual. Prin urmare, trebuie luate în considerare diferitele condiții externe.

Cea mai directă modalitate de a face acest lucru este adoptarea Definiției 2 – că clima este distribuția finită în timp a evoluției reale a variabilelor climatice date fiind stările inițiale (adică atunci când condițiile externe variază ca în realitate). Din nou, schimbările climatice reprezintă distribuții diferite pentru perioade de timp succesive. Dacă sunt disponibile observații bune, clima, astfel definită, poate fi estimată cu ușurință pe baza observațiilor și, prin urmare, această definiție este foarte populară. De exemplu, aceasta este definiția aprobată de World Meteorological Association (2015), când scriu:

”clima, uneori înțeleasă ca „vremea medie”, este definită ca măsurarea mediei și variabilității cantităților relevante ale anumitor variabile (cum ar fi temperatura, precipitațiile sau vântul) pe o perioadă de timp” (cf. Hulme et al. 2009) .

Cu toate acestea, această definiție suferă de o problemă serioasă care este cel mai bine ilustrată cu un exemplu. Să presupunem că perioada de timp de la R₀ la R₁ este marcată de două regimuri diferite, deoarece la R_M = R_o + (R_l – R₀)/2, Pământul a fost lovit de un meteorit și, astfel, a devenit mult mai rece. În mod clar, clima înainte și după R_M diferă. Cu toate acestea, Definiția 2 nu implică acest lucru: nu există nimic care să interzică să spunem că clima este distribuția în timp de la R₀ la R₁ deoarece, conform acestei definiții, clima este doar o distribuție pe o anumită perioadă de timp.

Pentru a evita această problemă, Werndl (2015) propune o uşoară modificare a celei de-a doua definiţii prin introducerea ideii de regimuri de condiţii externe variate. Conform Definiției 3, climatul este distribuția finită în timp a variabilelor climatice care apar într-un anumit regim de condiții externe variabile (având în vedere stările inițiale). A preciza în detaliu ce înseamnă un regim de condiții externe variate nu este ușor, dar o cerință rezonabilă este ca media condițiilor externe să fie aproximativ constantă pe diferite subperioade din cadrul perioadei. Acest lucru implică faptul că există regimuri diferite și, prin urmare, clime diferite înainte și după lovirea meteoritului. Astfel, Definiția 3 evită problemele Definiției 2. Din nou, există schimbări climatice atunci când există climate diferite pentru două perioade de timp succesive. Ca și în cazul tuturor celorlalte definiții ale climei ca distribuții în timp, pentru Definiția 3 se pune întrebarea în ce perioadă de timp finită ar trebui luate distribuțiile. O abordare pragmatică adoptată de Lorenz (1995) pare cea mai promițătoare: alegerea intervalului de timp ar trebui să fie influențată de scopul cercetării și ar trebui să fie suficient de scurtă pentru a se asigura că schimbările care sunt concepute ca fiind climatice sunt clasificate drept clime diferite, dar suficient de lungi astfel încât să nu poată fi făcute predicții specifice.

Să ne întoarcem acum la a doua clasă foarte diferită de definiții în care clima este o distribuție de ansamblu (un ansamblu constă dintr-o colecție de simulări; în cele ce urmează, acestea sunt simulări predictive care decurg din diferite condiții inițiale). Să presupunem că cineva dorește să facă predicții la t₁ în viitor și că din prezent până la t₁ condițiile externe iau forma unor mici fluctuații în jurul valorii medii c. Lăsați măsurarea actuală a variabilelor climatice să fie reprezentată printr-un ansamblu de condiții inițiale (descriind toate stările inițiale posibile ale sistemului având în vedere acuratețea măsurării noastre). Conform Definiției 4, clima la momentul t_j este distribuția valorilor posibile ale variabilelor climatice la t₁ presupunând că condițiile externe au fost constante. Adică, clima este distribuția variabilelor climatice care apare atunci când ansamblul condițiilor inițiale este evoluat înainte sub modelul climatic până la t₁ în condiții externe constante c (de exemplu, Lorenz 1995; Stone și Knutti 2010).

Mulți filozofi și-au exprimat îngrijorarea că această definiție este destul de ciudată și are puțin, dacă nu deloc, de-a face cu ideea noastră intuitivă despre climă. (2) Vom reveni la aceste preocupări când discutăm despre Definiția 5. În acest moment, este important să subliniem că cerința condițiilor externe constante provoacă din nou probleme. În realitate, condițiile externe nu sunt constante și chiar și atunci când există doar mici fluctuații în jurul unei valori medii, acest lucru poate duce la distribuții cu totul diferite (Werndl 2015). Prin urmare, este posibil ca Definiția 4 să nu ne spună nimic despre valorile posibile viitoare reale ale variabilelor climatice. Deci, acest lucru arată din nou că trebuie luate în considerare diferitele condiții externe.

Cel mai direct mod de a realiza acest lucru este definirea climei ca distribuție reală a ansamblului. Adică, să presupunem din nou că se dorește să facă predicții la t₁ în viitor și să lăsăm măsurarea actuală a variabilelor climatice să fie reprezentată printr-un ansamblu de condiții inițiale. Conform Definiției 5, aprobată pe scară largă, clima la momentul t₁ este distribuția stărilor posibile ale variabilelor climatice la t₁. Adică, clima este distribuția variabilelor climatice care apare atunci când ansamblul condițiilor inițiale este evoluat înainte sub modelul climatic până la t₁ pentru calea reală urmată de condițiile externe. Iată ce au în vedere Daron și Stainforth (2013, 2) atunci când scriu: „În scopul predicției climatice, prin urmare, este cel mai util să privim clima ca o distribuție condiționată de cunoștințele noastre despre starea sistemului la un moment din timp”.

Deși această definiție este foarte utilă din punct de vedere predictiv (deoarece atunci când faceți predicții, cineva este adesea interesat de valoarea așteptată a variabilelor climatice, de exemplu temperatura, la un anumit moment de timp), există mai multe probleme, care apar și pentru Definiția 4. În primul rând, de obicei, ne gândim la climă ca la ceva obiectiv care este independent de cunoștințele noastre. Cu toate acestea, Definiția 5 depinde de cunoștințele noastre actuale despre variabilele climatice! În al doilea rând, Definiția 5 definește climatul viitor, dar este dificil de înțeles cum ar trebui definit climatul prezent și trecut. Totuși, fără o noțiune a climatului prezent și trecut, nu putem defini schimbările climatice. De asemenea, vorbim despre clima actuală și despre climatele trecute și, prin urmare, o definiție a climei care nu poate înțelege acest lucru este nesatisfăcătoare. În al treilea rând, ar trebui să fie posibil să se estimeze clima din înregistrări observaționale de înaltă calitate. Cu toate acestea, se poate demonstra că distribuția de ansamblu a Definiției 5 nu se referă în niciun fel la înregistrările de observații (Werndl 2015).

Trebuie remarcat faptul că există, de asemenea, versiuni infinite ale Definițiilor 1—3 (care apar atunci când perioada de timp ajunge la infinit) și ale Definițiilor 4—5 (care apar atunci când timpul predictiv merge la infinit). Cu toate acestea, ele par a fi inferioare versiunilor finite, deoarece suferă de probleme suplimentare că limitele relevante ar putea să nu existe și că distribuțiile infinite pot să nu fie relevante din punct de vedere empiric, deoarece pot să nu aproximeze distribuțiile finite pentru perioade de timp sau perioade de predicție de interes (Lorenz 1995, Werndl 2015).

Pentru a rezuma, definirea climei este netrivială și nu există nicio definiție a climei care să fie necontroversată sau care să nu ridice multe întrebări. În general, preferăm Definiția 3 (clima ca o distribuție în timp pentru un anumit regim de condiții diferite), deoarece suferă de cele mai puține dintre problemele menționate mai sus.

Note

(2) Werndl (2015), precum și Wendy Parker și Katie Steele (în conversații) și-au exprimat aceste preocupări.

Referințe

• Daron, J. D. and D. Stainforth. ‘On predicting climate under climate change.’ Environmental Research Letters 8 (2013): 1—8.
• Dymnikov, V. and A. Gritsoun. ‘Atmospheric model attractors: Chaoticity, quasi-regularity and sensitivity.’ Nonlinear Processes in Geophysics 8 (2001): 201—208.
• Hulme, M. et al. ‘Unstable climates: Exploring the statistical and social constructions of climate.’ Geoforum 40 (2009): 197-206.
• IPCC. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge and New York: Cambridge University Press, 2013.
• Lorenz, E. ‘Climate is what you expect.’ Prepared for publication by NCAR. Unpublished, 1995; 1-33.
• Stone, D. A. and R. Knutti. ‘Weatherand climate.’ Modelling the ImpactofClimate Change on WaterResources. Eds. F. Fung, A. Lopez, andM. New. Chichester: John Wiley & Sons, 2010.
• World Meterological Association. Frequently asked questions. Retrieved from the Internet on 13. April 2015: http://www. wmo.int/pages/prog/wcp/ccl/faqs.php#q1
• Werndl, C. ‘On defining climate and climate change.’ The British Journal for the Philosophy of Science (2015). DOI:10.1093/ bjps/axu48.

Sursa: Roman Frigg, Erica Thompson și Charlotte Werndl (2015). Philosophy of Climate Science Part I: Observing Climate Change, Philosophy Compass 10/12 (2015): 953–964, 10.1111/phc3.12294, licența CC BY 4. Traducere și adaptare Nicolae Sfetcu