Så många klimatmodeller, så lite tid ... Ett nytt sätt att mäta havstemperaturer hjälper forskare att sortera sannolika från osannolika scenarier för global uppvärmning.

Vi har hört att stigande temperaturer kommer att leda till stigande havsnivåer, men vad många kanske inte inser är att det mesta av ökningen av energi i klimatsystemet sker i havet.

Nu har en studie från forskare från UNSW Sydney och CSIRO visat att ett relativt nytt program för mätning av havstemperaturen – Argo-systemet för profilering av flottörer – kan hjälpa oss att berätta vilken klimatmodellering för 2000-talet vi bör uppmärksamma mest.

Professor John Church från UNSW:s Climate Change Research Center i School of Biological, Earth and Environmental Sciences säger att studien som publicerades idag i Naturens klimatförändringar är ett försök att begränsa det beräknade intervallet för framtida havstemperaturhöjningar till slutet av 2000-talet med hjälp av modellsimuleringar som är mest överensstämmande med Argos fynd under åren 2005 till 2019.

"De modeller som projicerade mycket hög absorption av värme i havet år 2100 har också orealistiskt hög havsabsorption under Argo-mätperioden, " säger Prof. Church.

"Likaså, det finns modeller med lägre värmeabsorption i framtiden som inte heller motsvarar Argo-data. Så vi har effektivt använt Argo-observationerna för att säga, "vilken av dessa modeller överensstämmer bäst med observationerna och begränsar därför prognoser för framtiden?"

Uppkallad efter båten som den grekiske mytologiska hjälten Jason reste på för att leta efter den gyllene fleece, Argo-flotterna är laddade med högteknologisk utrustning som mäter havstemperaturer till djup på upp till 2000 meter.

Varje Argo-flotta skickar mätningar till satelliter som sedan skickar resultaten till analyscenter runt om i världen. Det finns mer än 3500 flottörer utspridda runt om i världen, med huvuddelen av dem som förvaltas av USA (mer än 2000) medan Australien står för det näst högsta antalet flöten, nummer 317.

Prof. Church säger att Argo-flottan erbjuder en ny nivå av noggrannhet vid temperaturmätning. Inte bara är de högteknologiska instrumenten mer tillförlitliga än tidigare, men täckningen av planetens hav är så mycket mer grundlig.

"Tidigare var vi beroende av att forskningsfartyg gjorde mätningar med mycket hög noggrannhet, men bara i mycket begränsade områden. Eller så skulle vi få handelsfartyg att släppa förbrukningsredskap i vattnet vilket gav bättre täckning, men med mycket mindre exakta instrument.

"Med dessa metoder, det fanns mycket större luckor i södra oceanen eftersom dessa vatten var mindre trafikerade."

Argo-flotternas överflöd erbjuder oöverträffad realtidsövervakning av havstemperaturer som kommer att hjälpa oceanografer och klimatforskare att begränsa sina klimatprognoser baserat på denna högre upplösning och noggrannhet av data.

Hela historien

En av fördelarna från teamets analys av Argo-data är att land- och lufttemperaturer bara berättar en del av historien om planetens totala värmeabsorption. Prof. Church säger att temperaturstabiliteten i början av 2000-talet inte överensstämde med Argos registrering av havstemperaturer under samma period.

"Mer än 90 procent av energin som fångas av växthusgaser lagras i havet och bara cirka 1 procent i den värmande atmosfären, " han säger.

"Under det första decenniet av detta århundrade, den genomsnittliga yttemperaturen ökade inte så mycket. Och det skapade mycket utrymme för klimatskeptiker att säga "vilken klimatförändring?" Men under hela den perioden, haven fortsatte att ta upp värme – och det är här som 90 procent av energin i havet mot 1 procent i atmosfären blir kritiskt viktiga i det totala klimatsystemet.

"Klimatsystemet ökade fortfarande sitt totala värmeinnehåll under denna period."

Klimatprognoser

Det visar sig att prognoserna för stigande luft- och havstemperaturer av vissa modeller i en nyligen utförd uppsättning modellering i Coupled Model Intercomparison Project värms upp för snabbt.

Modellerna i CMIP5, som slutfördes från 2010 till 2014, passar bättre in i Argo-observationerna än CMIP6, som nyligen blev klar.

"Några av de 28 CMIP6-modellerna vi använde var mer känsliga för växthusgaser för sina prognoser, " säger Prof. Church.

"Projektioner om klimatförändringar till slutet av århundradet tar alla hänsyn till effekterna av utsläpp av växthusgaser som redan är ansvariga för mycket av de ökade temperaturer vi har sett under 1900-talet och början av 2000-talet.

"Även om vi tar kraftfulla steg nu för att begränsa utsläppen till den övre gränsen för Parisavtalets mål om 2oC global ytuppvärmning, havets temperaturer förväntas fortfarande stiga fem till nio gånger den observerade uppvärmningen 2081–2100, med 8 till 14 cm höjning av havsnivån enbart på grund av expansionen av uppvärmt havsvatten."

Utan några samlade ansträngningar för att begränsa utsläppen, haven kommer att värmas upp med 11 till 15 gånger den uppvärmning som observerades av Argo 2005-2019, med havsnivåer som förväntas stiga 17 till 26 cm bara från expansionen av uppvärmda havsvatten, och ytterligare stiger från tillsats av vatten till havet från glaciärer och inlandsisar.

Prof. Church säger att Argo-data har gett forskare mycket mer solida siffror att arbeta med när de gör prognoser om uppvärmningen. Faktiskt, det sannolika intervallet för de begränsade prognoserna som använder Argo-data är 17 procent snävare än IPCC:s sjätte utvärderingsrapport.

"Medan en längre observationsperiod för Argo kommer att tillåta oss att ytterligare strama åt intervallet för förväntad havsuppvärmning och havsnivåhöjning, Argo-observationerna och klimatmodellprognoserna visar redan på behovet av att snabbt och mycket avsevärt minska våra utsläpp av växthusgaser om vi ska undvika farliga effekter av havsuppvärmning och havsnivåhöjning."