Genom att jämföra observationer med stora ensembler av klimatsmodelsimuleringar, forskare kan nu bättre isolera när klimatförändringar som orsakades av människor först identifierades i observationer.

Large Initial Condition Ensembles (LEs) är simuleringar av klimatförändringar som utförs med en enda klimatmodell. En LE har vanligtvis mellan 30 och 100 individuella "medlemmar" för att undersöka intervallet av naturlig klimatvariation. Varje medlem utgår från ett annat initialt tillstånd av atmosfären och/eller havet och utvecklas därifrån till en unik sekvens av naturlig inre variabilitet och svaret på yttre tvinganden (t.ex. ökningar av växthusgasutsläpp). I huvudsak, en LE är ett sätt att generera "många jordar" - många troliga banor för klimatförändringar som kan jämföras med den sekvens som faktiskt observerades.

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare och medarbetare från Canadian Center for Climate Modeling and Analysis och Massachusetts Institute of Technology (MIT) fann att körning av LEs ger en bättre förståelse för osäkerheten i den tid som krävs för att upptäcka klimatförändringar som orsakas av människor. . Deras forskning visas i Förfaranden från National Academy of Sciences .

De två LE:erna som användes i studien kom från Canadian Earth System Model och U.S. Community Earth System Model. Båda LE-enheterna drevs av uppskattade historiska förändringar i alla större konstgjorda och naturliga yttre tvinganden. Fokus för studien var att upptäcka människors orsakade "fingeravtrycksmönster" i temperaturen på troposfären (mellan ytan och ungefär 18 kilometer uppåt) och den nedre stratosfären (mellan cirka 14 till 29 km).

Ensemblerna visade att kylning av stratosfären (främst på grund av ökade ozonnedbrytande ämnen) först kunde upptäckas mellan 1994 och 1996. Att identifiera växthusgasdriven troposfärisk uppvärmning tog längre tid och inträffade först mellan 1997 och 2003. Den senare upptäckten av en människa -orsakad troposfärisk uppvärmningssignal berodde mest på vulkanutbrottet i Pinatubo 1991. Pinatubo värmde nedre stratosfären men kylde troposfären, tillfälligt maskera mänskliga effekter på atmosfärstemperaturen. Eftersom havets stora värmekapacitet har större inflytande på temperaturen i den lägre atmosfären, denna vulkaniska maskeringseffekt varade längre i troposfären.

Metoden "fingeravtryck" som används av studiens författare är ett kraftfullt verktyg för att skilja mänskliga och naturliga mönster för klimatförändringar. Resultat från fingeravtrycksforskning ger vetenskapligt stöd för fynd om ett "urskiljbart mänskligt inflytande" på det globala klimatet. Benjamin Santer, huvudförfattaren till studien, sade ensemblendata "gör det möjligt för forskare att få ett bättre grepp om hur och när mänsklig verksamhet först började påverka klimatet."

Eftersom den naturliga interna variabiliteten mellan år och årtionden och årtionden skiljer sig åt i varje ensemblemedlem, det fanns spridning i fingeravtrycksdetekteringstid i modell LE. Denna spridning var större i troposfären (där ljudet av intern variabilitet är större) än i den nedre stratosfären. I de flesta fall som forskarna överväger, modellen spridd i detekteringstid i troposfären omfattade den faktiska tiden för fingeravtrycksdetektering i satellittemperaturdata. Detta var inte sant i den nedre stratosfären, där detektering av människors orsakad stratosfärisk kylning i allmänhet skedde tidigare i satellitdata än i de två modell LE:erna.

De kanadensiska och amerikanska ensemblerna producerade olika nivåer av överensstämmelse mellan fingeravtrycksdetekteringstid i "modellvärlden" och i satellitdata. Teamet sa att forskare måste vara försiktiga med att tolka sådana resultat. Att bedöma den verkliga överensstämmelsen mellan fingeravtrycksdetekteringstid i observationer och i en stor ensemble kommer att kräva minskade osäkerheter i både klimatsystemets känslighet för ökade växthusgaser och i kylningen orsakad av antropogena aerosoler (särskilt genom deras effekter på molnegenskaper).

"Som statistiker, Jag är upphetsad över de möjligheter LEs erbjuder för att studera signal och brus i klimatsystemet, "sa LLNL:s Giuliana Pallotta, medförfattare till tidningen. "Stora ensembler har inte utnyttjats fullt ut i studier av klimatfingeravtryck. Det borde de vara."