Detectarea schimbărilor climatice

Creșterea temperaturilor indică faptul că există schimbări climatice și, dacă da, schimbarea poate fi atribuită acțiunii umane? Aceste două probleme sunt cunoscute ca probleme de detectare și atribuire. În mod intuitiv, detectarea schimbărilor climatice este procesul de determinare a faptului că a avut loc o schimbare semnificativă în variabilele observate ale sistemului climatic, fără a furniza un motiv pentru acea schimbare. O declarație tipică de detectare poate fi găsită în Rezumatul grupului de lucru 1 pentru factorii de decizie: „Datele combinate la nivel global ale temperaturii suprafeței solului și oceanului, calculate printr-o tendință liniară, arată o încălzire de 0,85°C, în perioada 1880-2012” (IPCC, 2013, 5).

Transformarea unei caracterizări intuitive a detectării într-o definiție viabilă se dovedește a fi o sarcină plină de dificultăți, multe dintre acestea fiind strâns legate de discuția de mai sus cu privire la definiția a ceea ce ne referim prin climă. Grupul Interguvernamental pentru Schimbări Climatice (IPCC) le definește după cum urmează:

„Detecția schimbării este definită ca procesul prin care se demonstrează că clima sau un sistem afectat de climă s-a schimbat într-un sens statistic definit, fără a furniza un motiv pentru acea schimbare. O modificare identificată este detectată în observații dacă probabilitatea de apariție întâmplătoare datorită variabilității interne este determinată a fi mică” […]. Atribuirea este definită ca „procesul de evaluare a contribuțiilor relative ale mai multor factori cauzali la o schimbare sau un eveniment cu o atribuire de încredere statistică”. (IPCC 2013, 872)

Aceste definiții ridică o serie de probleme. Cauza principală a dificultăților este clauza conform căreia schimbările climatice au fost detectate numai dacă este puțin probabil ca o schimbare observată a climei să se datoreze variabilității interne. Variabilitatea internă este fenomenul prin care variabilele climatice, cum ar fi temperatura și precipitațiile, s-ar schimba în timp datorită dinamicii interne a sistemului climatic chiar și în absența schimbărilor climatice: au existat (și vor mai fi) ani mai caldi și mai reci, indiferent de acțiunea umană; într-adevăr, indiferent de existența oamenilor.

Luată la valoarea nominală, această definiție a detectării are drept consecință că nu există schimbări climatice interne. Epocile glaciare, de exemplu, nu ar conta drept schimbări climatice dacă ar avea loc din cauza variabilității interne. Acest lucru este în contradicție cu intuițiile de bază despre climă și cu cele mai comune definiții ale climei ca distribuție finită pe o perioadă de timp relativ scurtă (unde este posibilă schimbarea climatică internă). În plus, pare să estompeze granița dintre detecție și atribuire: dacă sunt detectate, schimbările climatice sunt ipso facto o schimbare care nu se datorează variabilității interne, toți factorii care țin de dinamica internă a climei sunt apriori excluși de la a fi motori ai schimbărilor climatice. Acest lucru nu numai că pare contraintuitiv, dar pare să prejudecă răspunsurile într-un mod mai puțin util.

O soluție la această problemă indică distincția dintre variabilitatea internă și variabilitatea naturală. Debutul erelor glaciare, de exemplu, este de obicei atribuit modificărilor orbitale ale Pământului. Aceste modificări, însă, nu sunt variații interne; sunt variante naturale. Această mișcare rezolvă problemele de mai sus, dar o face cu prețul unei noi probleme: unde ar trebui să tragem granița dintre factorii naturali și interni? De fapt, nu pare să existe o modalitate general acceptată de a trasa o linie și același factor este uneori clasificat ca intern și alteori ca extern. Procesele de glaciațiune, de exemplu, sunt uneori tratate ca factori interni și alteori ca factori externi prescriși. De asemenea, uneori biosfera este tratată ca un factor extern, dar uneori este considerată ca parte a dinamicii interne a sistemului. S-ar putea chiar să se întrebe dacă activitatea umană este o forță externă asupra sistemului climatic sau un proces generat intern de sistemul pământesc. Studiile de cercetare tratează, de obicei, activitatea umană ca pe o forțare externă, dar s-ar putea argumenta în mod constant că activitățile umane sunt un proces dinamic intern. Definiția adecvată depinde pur și simplu de problema de interes.

Chiar dacă întrebările de definiție sunt rezolvate, estimarea efectului variabilității interne este o problemă dificilă. Efectele variabilității interne sunt prezente pe toate scările de timp, de la fluctuațiile sub-zilnice experimentate ca vreme până la schimbările pe termen lung datorate ciclurilor de glaciațiune. Deoarece variabilitatea internă rezultă din dinamica unui sistem neliniar extrem de complex, este puțin probabil ca proprietățile statistice ale variabilității interne să fie constante în timp. Deci, în mod ideal, un studiu al variabilității interne s-ar baza pe mii de ani de observații detaliate. Din păcate, astfel de observații nu sunt disponibile și, prin urmare, oamenii de știință apelează la modelele climatice pentru a estima amploarea variabilității.

Înainte de a putea înțelege rolul modelelor climatice în studiile de detecție, este necesar un comentariu despre natura acestor studii. Studiile de detectare se bazează pe teste statistice, iar rezultatele unor astfel de studii sunt adesea exprimate în termeni de probabilitatea ca un anumit eveniment sau o secvență de evenimente să aibă loc în absența schimbărilor climatice. În practică, provocarea este de a defini o ipoteză nulă adecvată (comportamentul așteptat al sistemului în absența influențelor externe în schimbare), față de care pot fi testate rezultatele observate. Deoarece sistemul climatic este un sistem dinamic cu procese și feedback care funcționează la toate scalele, acesta este un exercițiu netrivial. Un indiciu al importanței ipotezei nule este dat de rezultatele lui Cohn și Lins (2005), care compară aceleași date cu ipotezele nule alternative, cu rezultatele diferind cu 25 de ordine de mărime de semnificație! Acest lucru în sine nu arată că o anume ipoteză de nul este mai potrivită decât celelalte și nici nu arată că sunt toate la egalitate; dar demonstrează sensibilitatea rezultatului la ipoteza nulă aleasă.

În practică, cea mai bună ipoteză nulă disponibilă este adesea formulată pe baza celui mai bun model disponibil al comportamentului sistemului climatic, inclusiv variabilitatea internă, care pentru majoritatea variabilelor climatice înseamnă de obicei un model climatic global de ultimă generație ( GCM). Acest model este apoi utilizat pentru a efectua execuții lungi de control cu forțări constante pentru a cuantifica variabilitatea internă a modelului. Se spune că schimbările climatice au fost detectate dacă valorile măsurate se încadrează în afara unui interval predefinit al variabilității interne a modelului. Prin urmare, estimările variabilității interne în sistemul climatic sunt produse din modelele climatice în sine (Hegerl et al. 2010).

Dificultatea acestei metode este că nu există un singur „cel mai bun” model de ales: există multe astfel de modele, iar modelele climatice de ultimă generație, rulate cu forțare constantă, arată dezacorduri semnificative atât cu privire la amploarea variabilității interne, cât și la scara variațiilor de timp. (5) Acest lucru subliniază dificultățile de a face declarații de detectare pe baza definiției de mai sus, care recunoaște o schimbare observată ca schimbări climatice numai dacă este puțin probabil ca aceasta să se datoreze variabilității interne.

Acest lucru ridică întrebarea cât de importantă este această alegere. Diferențele dintre diferite modele sunt relativ neimportante pentru cele mai clare rezultate de detectare, cum ar fi creșterile recente ale temperaturii medii globale. După cum a subliniat Parker (2010), detectarea este robustă pe diferite modele. În plus, există o varietate de dovezi diferite care indică toate concluzia că temperatura medie globală a crescut. Cu toate acestea, problemele privind ipoteza nulă de utilizat și modul de cuantificare a variabilității interne sunt de obicei mult mai importante pentru detectarea schimbărilor climatice locale mai subtile.

Contraargumentele obișnuite ale „scepticilor” tind să respingă utilizarea modelelor computaționale ca ipoteză nulă și să revină la abordări bazate pe adaptarea tendințelor și analiza statistică a reziduurilor, concentrându-se mai degrabă pe pauză decât pe tendința ascendentă recunoscută a secolului al XX-lea ( de exemplu, McKitrick 2014). Chiar și luând această viziune extremă cu privire la capacitățile relative ale modelelor statistice, s-a demonstrat că detectarea schimbărilor climatice este, de asemenea, robustă la schimbările în specificațiile modelului de adaptare a tendințelor (de exemplu, Rybski și colab. 2006; Imbers și colab. 2014). (6)

Referințe

Cohn, T. A. and H. F. Lins. ‘Nature’s style: Naturally trendy.’ Geophysical Research Letters 32 (2005): L23402.
Hegerl, G. C. et al. ‘Good practice guidance paper on detection and attribution related to anthropogenic climate change.’ Meeting Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Expert Meeting on Detection and Attribution of Anthropogenic Climate Change. Eds. T. F. Stocker et al. Bern, Switzerland: IPCC Working Group I Technical Support Unit, University ofBern, 2010.
Imbers, J. et al. ‘Sensitivity ofclimate change detection and attribution to the characterization ofinternal climate variability.’
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.
McKitrick, R. R. ‘HAC-robust measurement ofthe duration ofa trendless subsample in a global climate time series.’ Open Journal of Statistics 4 (2014): 527-535.
Parker, W. S. ‘Comparative process tracing and climate change fingerprints.’ Philosophy of Science 77 (2010): 1083-1095.
Rybski, D. etal. ‘Long-termpersistence in climate andthe detectionproblem.’ GeophysicalResearchLetters 33 (2006): L06718.

Note

(5) Pe http://www.climate-lab-book.ac.uk/2013/variable-variability/#more-1321 cititorul găsește un grafic care arată variabilitatea internă a tuturor modelelor CMIP5. Graficul indică faptul că modelele prezintă o variabilitate internă semnificativ diferită, lăsând o incertitudine considerabilă.

(6) O problemă recentă în detectarea este așa-numitului „hiatus de încălzire”. Referințe (Schmidt et al. 2014) și (Huber și Knutti 2014) pentru o discuție.

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