Nowe badania obalają stare założenia dotyczące zmian klimatycznych

Nowe matematyczne modelowanie przewrócenia południka Atlantyku – układu prądów oceanicznych – wykazuje większą złożoność, niż wcześniej sądzono.

Międzynarodowy zespół naukowców przestrzegł, aby nie polegać na naturze, która zapewnia jasne wskaźniki „wczesnego ostrzegania” o katastrofie klimatycznej, ponieważ nowe modelowanie matematyczne ujawnia nowe, fascynujące aspekty złożoności dynamiki klimatu.

Sugeruje to, że system klimatyczny może być bardziej nieprzewidywalny, niż wcześniej sądzono.

Modelując atlantycką cyrkulację wywrotniczą południkową, jeden z głównych systemów prądów oceanicznych, zespół, w skład którego wchodzili matematycy z Uniwersytetu w Leicester, odkrył, że stabilność systemu jest znacznie bardziej złożona niż proste stany „włączenia i wyłączenia”, jak wcześniej zakładano . Transformacje pomiędzy tymi krajami mogą prowadzić do poważnych zmian w klimacie regionalnym regionu północnoatlantyckiego, ale dalekie są od ogromnych skutków transformacji pomiędzy jakościowo odmiennymi krajami.

Jednak niektóre z tych małych zmian mogą w końcu ulec eskalacji i spowodować poważną zmianę między krajami różniącymi się pod względem jakościowym, co będzie miało ogromny wpływ na globalny klimat. Sygnały wczesnego ostrzegania mogą nie być w stanie rozróżnić wagi kolejnych punktów zwrotnych. Podobnie jak w przypadku wieży z klocków Jenga, usunięcie niektórych bloków może wpłynąć na stabilność systemu, ale nie możemy być pewni, który blok spowoduje zawalenie się całego systemu.

Profesor Valerio Lucarini ze Szkoły Matematyki i Informatyki Uniwersytetu w Leicester. Źródło: Uniwersytet w Leicester

Publikacja i znaczenie wyników

Wyniki ich badań opublikowano niedawno w czasopiśmie Postęp nauki W artykule badawczym przeprowadzonym przez Instytut Nielsa Bohra na Uniwersytecie w Kopenhadze.

Cyrkulacja południkowa Atlantyku jest jedną z najbardziej podstawowych cech systemu klimatycznego. Transportuje ciepło z niskich do wysokich szerokości geograficznych na Północnym Atlantyku, pomagając w ten sposób w tworzeniu dodatnich anomalii termicznych w północnej i zachodniej Europie oraz w zawietrznym regionie Północnego Atlantyku. Spowolnienie krążenia krwi doprowadziłoby do względnego ochłodzenia w tym regionie.

Wyzwania w prognozowaniu klimatu

Przewidywanie zachowania naszego klimatu, np. cyrkulacji południkowej Atlantyku, jest wyzwaniem ze względu na jego zadziwiającą złożoność. Naukowcy albo potrzebują modelu o najwyższej możliwej dokładności, albo próbują zrozumieć jego zachowanie, korzystając z modelu wymagającego mniej zasobów, który umożliwia dokładną analizę statystyczną.

Profesor Valerio Lucarini z Wydziału Matematyki i Informatyki Uniwersytetu w Leicester powiedział: „W każdym stanie znajduje się duża liczba pobliskich stanów. W zależności od tego, gdzie i co obserwujesz, możesz znaleźć pewne oznaki zbliżającego się załamania. Nie jest jednak jasne, czy załamanie to zostanie powstrzymane w sąsiadujących państwach, czy też doprowadzi do poważnych zakłóceń, ponieważ wskaźniki odzwierciedlają jedynie lokalną charakterystykę systemu.

„Stany te reprezentują różne sposoby, w jakie wywracający Atlantyk organizuje się na dużą skalę, co ma poważne konsekwencje dla globalnego klimatu, a zwłaszcza na poziomie regionalnym na Północnym Atlantyku. W niektórych scenariuszach cyrkulacja może osiągnąć „punkt krytyczny” ”. System nie jest już stabilny i upadnie. Wskaźniki wczesnego ostrzegania mówią nam, że system może przechodzić do innego stanu, ale nie wiemy, jak bardzo może się to różnić.

„W odrębnym badaniu zaobserwowaliśmy, że coś podobnego dzieje się w zapisach paleoklimatycznych: kiedy zmieniasz interesującą Cię skalę czasu – zupełnie jak szkło powiększające – możesz odkrywać coraz mniejsze wyraźne cechy, które wskazują konkurencyjne tryby działania globalnego klimatu. „Paleoklimat pozwoliły nam na to zapisy z ostatnich 65 milionów lat. Ubiegły rok dostarczył nowych wyjaśnień ewolucji klimatu w tym okresie, ujawniając wiele konkurujących ze sobą stanów.

„To badanie toruje drogę do spojrzenia na klimat przez pryzmat mechaniki statystycznej i teorii złożoności. Naprawdę stymuluje nowe spojrzenie na klimat, w którym trzeba zsyntetyzować złożone symulacje numeryczne, dowody obserwacyjne i teorię w nieuniknioną mieszaninę. Trzeba Doceń i ogarnij tę złożoność. Nie ma mowy. Krótko mówiąc, w naszym rozumieniu klimatu nie ma darmowego lunchu, ale możemy się z niego wiele nauczyć.

Odniesienie: „Analiza przerywanej równowagi ewolucji klimatu kenozoicznego pokazuje hierarchię gwałtownych przejść” Denis Didier Rousseau, Witold Pajniewski i Valerio Lucarini, 12 lipca 2023 r., Raporty naukowe.
doi: 10.1038/s41598-023-38454-6

Finansowanie: Program ramowy „Horyzont 2020”, Danmarks Frie Forskningsfond, Europejska Rada ds. Badań Naukowych