Il n'y a pas de climatologues voyageant dans le temps: pourquoi nous utilisons des modèles climatiques

Il n'y a pas de climatologues voyageant dans le temps: pourquoi nous utilisons des modèles climatiques
Les améliorations apportées aux nouveaux modèles climatiques ont entraîné de plus grandes incertitudes dans les projections climatiques futures. Les modèles climatiques sont-ils défectueux et empirent-ils?
NASA Goddard Space Flight Centre 

Les premiers modèles climatiques ont été construits sur les lois fondamentales de la physique et de la chimie et conçu pour étudier le système climatique. Maintenant, l'utilisation de modèles climatiques est un sujet brûlant dans le débat public sur notre changement climatique.

Modèles climatiques représentent le monde physique en utilisant une série d'équations basées sur ces lois physiques connues. Ces modèles sont des laboratoires virtuels; ce sont les outils qui nous permettent de réaliser des expériences que nous ne pouvons pas mener dans le monde réel.

Comme tout équipement scientifique, les modèles climatiques sont soigneusement développés et vérifiés. Nous basons notre confiance dans un modèle sur sa capacité à reproduire le climat actuel et les changements observés ainsi que les périodes clés du passé.

Faire les bons choix

Les modèles climatiques capturent de manière fiable de nombreux aspects de notre système climatique. Les modèles reproduisent de nombreux processus climatiques naturels importants, saisonnier et Tous les jours cycles de température que nous vivons dans le monde réel.

Les modèles climatiques répondent également avec précision aux perturbations extérieures au système climatique lui-même. En 1992 Scientifiques de la NASA a utilisé l'éruption volcanique du mont Pinatubo comme test pour leur modèle. Ils ont prédit avec précision le refroidissement climatique observé qui s'est produit dans le monde réel au début des années 1990 en réponse à ces aérosols volcaniques.

Comparaison de la réponse prévue du modèle climatique à l'éruption volcanique du mont Pinatubo et au refroidissement observé.
Comparaison de la réponse prévue du modèle climatique à l'éruption volcanique du mont Pinatubo et au refroidissement observé.
Modifié à partir de l'éruption du mont Pinatubo: effets sur l'atmosphère et le climat (1996)

Les modèles captent également le réchauffement observé au 20e siècle des températures mondiales en réponse à l'augmentation des gaz à effet de serre. En fait, les scientifiques ont fait Avec cette connaissance vient le pouvoir de prendre modèle climatique prédictions du réchauffement de la planète à partir de 1975, avant même que le fort réchauffement ne devienne évident dans les relevés d'observation.

Prédictions du modèle climatique faites en 1975, comparées aux observations. Modifié à partir de la science sceptique
Prédictions du modèle climatique faites en 1975, par rapport aux observations.
Modifié à partir de la science sceptique (www.skepticalscience.com/lessons-from-past-climate-predictions-broecker.html)

Expérimenter dans le monde virtuel

Ces laboratoires virtuels nous aident également à comprendre la nature des interactions entre les composants interconnectés de la Terre. Nous pouvons voir comment change à la surface du sol, la déforestation et l'agriculture ont des effets importants sur le climat.

Nous pouvons également examiner la réponse du système climatique à de grandes perturbations, ou «forçages». Études précédentes montrer que des perturbations à grande échelle peuvent se produire dans les courants océaniques et les températures de l'air en réponse à la fonte idéalisée de la calotte glaciaire dans l'Atlantique Nord.

Les modèles nous permettent également d'étudier les changements futurs. Des modèles projet un réchauffement substantiel des températures extrêmes au cours du siècle prochain, qui nous aide à évaluer le potentiel d'impacts futurs sur les systèmes vulnérables.

Regarder la situation dans son ensemble

Malgré ces succès de modélisation, nous pouvons n'allons jamais à la perfection décrire notre monde physique complexe et chaotique avec une série d'équations. De petits changements peuvent affecter le système climatique de manière compliquée et nous développons toujours notre compréhension théorique des aspects les plus complexes du système climatique.

Par exemple, la modélisation précise des nuages ​​reste un défi. Nous ne savons pas exactement comment les nuages ​​se forment, ce qui signifie que nous ne savons pas nécessairement comment représenter au mieux les processus nuageux dans un modèle climatique. Le nécessaire approximations que nous faisons dans la modélisation de la formation des nuages ​​peut entraîner des différences entre les modèles et le monde réel, telles que trop bruine persistante dans les modèles.

Notre confiance dans les résultats du modèle est étroitement liée aux échelles spatiales et temporelles. Pour les modèles à l'échelle mondiale, des résultats plus robustes sont obtenus en étudiant des changements à plus long terme et à plus grande échelle, qu'à des endroits particuliers, à des moments particuliers.

Pour toutes ces études, il n'y a pas de meilleur modèle climatique unique mais une collection de modèles à utiliser ensemble. Pendant ce temps, nous avons une dans un seul ensemble d'observations disponibles sur le climat du monde réel, avec toute sa variabilité chaotique inhérente. Pour tenir compte de cet élément chaotique, nous évaluons comment la moyenne et la gamme d'un groupe de modèles se comparent aux observations.

Lorsque nous utilisons cette approche et que nous considérons des changements à grande échelle au cours des décennies ou plus, les modèles climatiques sont de puissants outils qui nous permettent de répondre aux questions sur les changements climatiques passés, présents et futurs.

L'état de l'art

Le Cinquième rapport d'évaluation du GIEC devrait arriver bientôt et comprend des évaluations des dernière génération des modèles climatiques. Cela semble contre-intuitif, mais tôt résultats suggèrent que des améliorations significatives du modèle peuvent avoir entraîné des incertitudes plus grandes, plutôt que plus petites, dans les projections climatiques futures.

Les incertitudes restantes n'indiquent pas que les modèles empirent ou que notre compréhension du changement climatique devient moins claire. En fait, les modèles climatiques se sont améliorés pour simuler une grande partie du climat observé.

Ces incertitudes futures découlent en partie des nouveaux modèles intégrant désormais une plus grande gamme de processus importants mais complexes. Par exemple, les modèles peuvent désormais inclure de petites particules de pollution industrielle et des interactions entre le climat, la végétation et la surface du sol.

Nous pouvons comme ça le développement de modèles climatiques pour la sélection naturelle. Les modèles qui réussissent et leurs composants prospèrent, tandis que ceux moins efficaces finissent par tomber et disparaissent.

Outils scientifiques et non politiques

Malgré les améliorations récentes, les modèles climatiques sont devenus un paratonnerre de discorde. Les modèles sont de plus en plus politisé et les études basées sur des modèles suscitent souvent des réponses passionnées selon lesquelles les modèles climatiques sont défectueux et ne peuvent être fiables.

Ces attentes de perfection du modèle sont déplacées; bien que la certitude des modèles ne soit jamais réalisable, nous sommes confiants dans notre utilisation des modèles climatiques.

Les météorologues Knutson et Tuleya notons que «si nous avions des observations sur l'avenir, nous leur ferions évidemment plus confiance que les modèles, mais malheureusement, les observations sur l'avenir ne sont pas disponibles pour le moment».

En l'absence de climatologues voyageant dans le temps, les modèles sont des outils inégalés pour comprendre notre système climatique en évolution. Autrement dit, les modèles climatiques sont des outils scientifiques. Nous devons les reconnaître comme tels et les considérer avec un scepticisme scientifique rigoureux et non politique.

À propos des auteursLa Conversation

Sophie Lewis, boursière de recherche postdoctorale, Université de Melbourne et Sarah Perkins-Kirkpatrick, boursière postdoctorale, UNSW

Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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