Global klimamodell

En global klimamodell består av en rekke differensialligninger basert på de grunnleggende fysiske lovene. For å kjøre en modell deles planeten opp i et tredimensjonalt koordinatsystem, hvor overnevnte beregninger tilføres og resultatet vurderes.

En global klimamodell eller generell sirkulasjonsmodell (GCM, engelsk: Global Climate Model) prøver å skildre hvordan klimaet endrer seg ved å bruke ligninger fra væskedynamikk, kjemi og iblant biologi. Disse ligningene er enten basert på fysiske lover, som Newtons lover eller termodynamikkens andre hovedsetning, eller blir de bygget opp av empiriske metoder. Man har både atmosfæriske modeller (AGCM) og havmodeller (OCGM). En ACGM og en OCGM er ofte koblet sammen (AOGCM). Sammen med andre modeller (for f.eks. havis eller fordampning over land) danner AOGCM grunnlaget for en full klimamodell. De forskjellige modellene kan være bygget opp på forskjellige måter og inneholde forskjellige komponenter, som kan gi forskjellige resultater. De første AOGCM ble laget på slutten av 1960-tallet av Syokoru Manabe og Kirk Bryan ved Geophysical Fluid Dynamics Laboratory i Princeton i New Jersey. I dag har man mellom ti og tjue institusjoner over hele verden som kjører AOGCMer for å varsle klimaendringer.

De siste årene har man utvidet GCM til å bli modeller for hele jordsystemet, som inkluderer undermodeller for atmosfærisk kjemi eller karbonsykluser, slik at man bedre kan varsle endringer av karbondioksid. Dette gjør at man kan få tilbakekoblinger mellom de forskjellige systemene. F.eks. kan en kjemi-klimamodell se på hvilke effekter en reparasjon av ozonhullet har på klimaet.

Det er mange faktorer som fører til at resultatene av klimamodellene er usikre. Modellene kan i seg selv være unøyaktige, og man vet ikke helt sikkert hvordan industriforholdene og teknologien vil endre seg i framtiden (som for tiden er den mest usikre faktoren). Så selv om man har svært fysisk relativistiske modeller, vil det fremdeles være mye utrygghet inne i bildet.

Struktur

Globale klimamodeller diskretiserer bevegelsesligningene og integrerer disse fremover i tid. De inneholder parameteriseringer for prosesser, slik som konveksjon, som er på såpass små skalaer at de ikke direkte kan løses opp i modellen. Mer sofistikerte modeller kan inneholde representasjoner av karbon og andre sykluser.

En enkel generell sirkulasjonsmodell (SGCM), er en enklere utgave av en GCM. Slike modeller blir brukt for å studere atmosfæriske prosesser på en enklere måte, men kan ikke brukes til å varsle fremtidig klima.

Atmosfærisk GCM (AGCMs) er en modell av atmosfæren (og inneholder vanligvis landoverflatemodeller i tillegg) med en gitt havoverflatetemperatur. Elementene man vanligvis har med i en AGCM er:

• overflatetrykk
• horisontale fartskomponenter i lag
• temperatur og fukt i lag.
• Man har vanligvis en strålingskode, delt inn i solstråler (eller kortbølget stråling) og varmeutstråling (eller langbølget stråling)
• parameteriseringer omhandler prosesser som:
  • konveksjon
  • overflateprosesser som albedo og hydrologi
  • skydekke

En GCM inneholder flere prognostiske variabler som blir direkte integrert sammen med flere diagnostiske variabler, som blir dedusert fra disse (f.eks. temperaturen i 2 meternivå, brukt for å sammenligne med virkelige observasjoner, blir dedusert fra overflatetemperaturen og temperaturen i de laveste modellflatene).

Havmodeller (OGCMs) er en modell av havet (som får flukser fra atmosfæren). Her kan man også ha med havismodeller. F.eks. kan en standardoppløsning være 1,25 grader i breddegrad og lengdegrad med 20 vertikale nivåer, noe som fører til omtrent 1,5 millioner variabler.

Koblede havatmosfæremodeller (AOGCMs) kombinerer nettopp disse to modellene, og er grunnlaget for sofistikerte modeller som kan varsle det fremtidige klimaet. Disse modellene er særs komplekse, men er fremdeles under utvikling. Ofte kan det være like vanskelig å analysere resultatet av en klimamodell som det virkelige klimasystemet.

Modellgitter

Ligninger i AGC-modeller blir diskretisert ved enten å bruke den endelige differansemetoden eller spektralmetoden. Dette gir et gitter eller rutenett, der alle variablene blir regnet ut i hvert gitterpunkt. Disse gittrene kan enten ha konstant avstand mellom gitterpunktene eller ha avstander som varierer. Hvis man skal studere et spesifikt område, velger man da gitteret slik at det har størst oppløsning over området man vil studere. Spektralmodeller bruker vanligvis et gaussisk gitter, fordi det da blir enklere å omforme matematikken mellom spektral- og gitterpunktene. En typisk horisontal oppløsning i dag for en AGCM er mellom 1 og 5 grader i bredde og lengde, i tillegg til rundt 20 vertikale lag. Dette gir omtrent 500 000 grunnvariabler, siden hvert gitterpunkt har fire variabler, u, v (som er sonal og meridional vind), T (temperatur) og Q (varmeoverføring), men når man tar med alle variablene (skyer, overflatenivå) så blir dette tallet en del større.

Eksterne lenker

• Saga om global klimamodellering Arkivert 30. juli 2012 hos Wayback Machine.