Ett internationellt team av forskare har varnat för att förlita sig på att naturen ger enkla "tidiga varningsindikatorer" för en klimatkatastrof, eftersom nya matematiska modeller visar nya fascinerande aspekter av klimatets komplexitet.
Det tyder på att klimatsystemet kan vara mer oförutsägbart än man tidigare trott.
Genom att modellera Atlantic meridional vältande cirkulation, ett av de viktigaste havsströmssystemen, har teamet som inkluderade matematiker från University of Leicester funnit att stabiliteten i systemet är mycket mer komplex än enkla "på-av"-tillstånd som tidigare antagits. Byten mellan dessa stater kan leda till stora förändringar i det regionala klimatet i den nordatlantiska regionen, men ändå långt ifrån de massiva konsekvenserna av en övergång mellan de kvalitativt olika staterna.
Men några av dessa mindre övergångar kan så småningom uppskalas för att orsaka en stor omställning mellan de kvalitativt olika staterna, med massiv global klimatpåverkan. Tidiga varningssignaler kanske inte kan urskilja svårighetsgraden av de efterföljande tipppunkterna. Liksom ett torn av Jenga-block kan det påverka systemets stabilitet att ta bort vissa block, men vi kan inte vara säkra på vilket block som kommer att få hela systemet att falla.
Deras resultat publiceras i Science Advances i en artikel ledd av Niels Bohr Institutet vid Köpenhamns universitet.
Den atlantiska meridionala vältande cirkulationen är en av de viktigaste grundläggande dragen i klimatsystemet. Den transporterar värme från låga till höga breddgrader i norra Atlanten, så den bidrar till att skapa positiva termiska anomalier i norra och västra Europa och i den nordatlantiska regionen medvind. En avmattning av cirkulationen skulle resultera i en relativ kylning i denna region.
Att förutsäga vårt klimats beteende, som i Atlantens meridionala vältande cirkulation, är utmanande på grund av dess otroliga komplexitet. Forskare behöver antingen en modell med högsta möjliga upplösning, eller försöker förstå dess beteende med hjälp av en mindre resurskrävande modell som möjliggör rigorös statistisk analys.
Professor Valerio Lucarini från University of Leicester School of Mathematical and Computer Science sa:"Inom varje stat finns det en mängd närliggande stater. Beroende på var eller vad du observerar kan du hitta några indikatorer på att närma sig kollaps. Men det är inte uppenbart om denna kollaps kommer att begränsas till närliggande stater eller leda till en stor omvälvning, eftersom indikatorerna bara återspeglar systemets lokala egenskaper.
"Dessa stater är de olika sätten som den atlantiska meridionala vältande cirkulationen organiserar sig i stor skala, med viktiga konsekvenser för det globala klimatet och särskilt regionalt i Nordatlanten. Under vissa scenarier kan cirkulationen nå en "tipping point" där systemet är inte längre stabilt och kommer att kollapsa Tidiga varningsindikatorer säger oss att systemet kan hoppa till ett annat tillstånd, men vi vet inte hur annorlunda det kommer att vara.
"I en separat undersökning har vi sett något liknande inträffa i paleoklimatiska register:när du ändrar din tidsskala av intresse - precis som en förstoringslins - kan du upptäcka mindre och mindre skala distinkta särdrag som är indikativa för konkurrerande driftsätt för det globala klimatet .
"Paleoklimatiska uppgifter från de senaste 65 miljoner åren gjorde det möjligt för oss att ge en ny tolkning av klimatutvecklingen under den tidsperioden och avslöja dessa flera konkurrerande tillstånd.
"Denna studie banar väg för att se på klimatet genom statistisk mekanik och komplexitetsteori. Den stimulerar verkligen en ny syn på klimatet, där man måste sätta samman komplexa numeriska simuleringar, observationsbevis och teori i en oundviklig blandning. Du måste uppskatta och stödja denna komplexitet. Det finns ingen genväg, ingen gratis lunch i vår förståelse av klimatet, men vi lär oss mycket av det."
Mer information: Johannes Lohmann, Multistability and Intermediate Tipping of the Atlantic Ocean Circulation, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adi4253. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi4253
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av University of Leicester
