Klimatkänslighet i jämvikt – hur känsligt jordens klimat är för förändringar i atmosfärens koldioxid – kan underskattas i individuella klimatmodeller, enligt ett team av klimatforskare.

"Probabilistiska uppskattningar av klimatsystemets egenskaper bygger ofta på jämförelsen av modellsimulering med observerade temperaturrekord och en uppskattning av den interna klimatvariabiliteten, " rapporterar forskarna Geofysiska forskningsbrev . Om den interna klimatvariationen är fel, då blir de probabilistiska uppskattningarna felaktiga och klimatförutsägelser kan missa målet.

"Vi tittar på temperaturförändringar i tropikerna och på det tempererade norra halvklotet på högre breddgrader, " sa Chris E. Forest, professor i klimatdynamik vid Penn State. "Vi fokuserar på enkla enkla ekvationer och använder tidsserieanalys eftersom för att detta ska fungera, vi måste göra tusentals körningar av modellerna."

Det kravet på tusentals modellkörningar kräver också stora mängder datorkraft, och Forest är associerad med Penn State Institute for Computational and Data Sciences.

Hur förändringar i hur klimatet reagerar på förändringar av koldioxid i atmosfären är viktigt eftersom koldioxid som en värmefångande växthusgas orsakar uppvärmning av atmosfären och jorden.

"Övergripande, vi har två val:Vi kan anpassa oss eller börja minska utsläppen, ", sa Forest. "Vi kommer att behöva göra bättre ifrån oss för att ge långsiktiga förutsägelser eftersom ökad uppvärmning kommer att höja haven på grund av smältande is. Vi ser redan resultaten av uppvärmningen av grödor och hälsa och vattentillgång. Alla dessa risker driver redan våra beslut, våra val. Vi måste kunna planera för de kommande 20 åren eller de kommande 50 åren."

Vad Forest och hans team vill göra är att kunna göra ett uttalande om vad vi kan förvänta oss om 50 år.

Denna typ av förutsägelse är inte enkel eftersom jorden inte värms upp i samma takt runt jorden. Det som händer i tropikerna är inte det som händer på de nordliga breddgraderna.

Forskarna använde Massachusetts Institute of Technology Earth System Model för att testa känsligheten hos sannolikhetsfördelningar för tre klimatsystemegenskaper, inklusive klimatkänslighet i jämvikt. De inkluderade resultat från 25 olika vetenskapsmodeller för jordsystem, där var och en är konfigurerad på olika sätt.

"Varje modellgrupp måste bestämma vilka kriterier de använder för att bedöma en modells kvalitet, och det är ofta oklart, sade Forest. I ett, molnfeedback kan vara högre, i en annan kan de överväga andra komponenter."

Alla modeller körs inte lika länge för kalibreringsändamål eller under inställningsfasen. De flesta testas med ett intervall på 200 till 300 år och endast ett fåtal grupper körde simuleringar i mer än 1, 000. De individuella modellresultaten skiljer sig alla åt, och ingen enskild modell spänner över hela skalan av inre variation.

Forskarna tog den uppskattade interna klimatvariabiliteten från dessa 25 modeller och jämförde observerade klimatförändringar från den historiska perioden med MESM-simuleringarna. De använde sedan resultat från liknande, kombinerade interna klimatvariationsuppskattningar i samma jordsystemmodell.

De fann att osäkerheten från enskilda modeller i allmänhet leder till en icke-robust snäv uppskattning av klimatkänslighet, samtidigt som en kombination av osäkerheten från flera modeller ger bredare distributioner.

Forskarna vill använda dessa nya resultat och titta på den mellanstatliga panelen för klimatförändringsscenarier och se den fulla osäkerheten som är inbäddad i dessa uppskattningar av framtida klimat.

"Vi skulle vilja kunna fråga vad som händer om vi inte gör något, vad kan vi förvänta oss, ", sa Forest. "Hur effektiva kommer scenarierna att vara för att få oss att nå målen på 1,5 eller 2 grader Celsius (2,7 eller 3,6 grader Fahrenheit) för maximal uppvärmning?"