Jordsystemmodellering muligheter og usikkerheter helge.drange@gfi.uib.no Geofysisk institutt Universitetet i Bergen
Målt endring i global temperatur, jan-april måned Geofysisk institutt Universitetet i Bergen
Utfordring 90% av forskningen Department of Geophysics University of Bergen
Utfordring 90% av virkningen 90% av forskningen Department of Geophysics University of Bergen Mål: Å bedre tallfeste og over tid redusere usikkerheten
norclim.no
Aktivitet III IPCC AR5 (2013/14) Atmosfæreprosesser Havprosesser Kryosfæreprosesser Bio(geo)kjemi Modellforbedring Nasjonalt klimamodellsystem Jordsystemmodell; NorESM IPCC AR4 (2007)
Klimaprojeksjoner Tradisjonell tilnærming UTSLIPP KONSENTRASJON CO 2, metan, etc. Modeller for befolkningsøkning, energi, teknologi, økonomi Modeller for karbonkretsløpet og kjemi STRÅLINGSPÅDRAG varme- og vannbudsjett KLIMAENDRING Temp, nedbør, havnivå, etc. Koplet klimamodell KLIMAEFFEKTER Flom, mattilgang, etc. Geofysisk institutt Universitetet i Bergen Modeller for klimaeffekter
Klimaprojeksjoner Inkluderer biogeokjemiske tilbakekoplinger UTSLIPP KONSENTRASJON CO 2, metan, etc. Modeller for befolkningsøkning, energi, teknologi, økonomi Modeller for karbonkretsløpet og kjemi STRÅLINGSPÅDRAG varme- og vannbudsjett KLIMAENDRING Temp, nedbør, havnivå, etc. Koplet klimamodell KLIMAEFFEKTER Flom, mattilgang, etc. Geofysisk institutt Universitetet i Bergen Modeller for klimaeffekter
Klimaprojeksjoner Jordsystemmodell UTSLIPP KONSENTRASJON CO 2, metan, etc. STRÅLINGSPÅDRAG Varme- og vannbudsjett KLIMAENDRING Temp, nedbør, havnivå, etc. Modeller for befolkningsøkning, energi, økonomi Jordsystemmodell Vil være standard for IPCC AR5 (rapport i 2013/14) KLIMAEFFEKTER Flom, mattilgang, etc. Geofysisk institutt Universitetet i Bergen Modell for klimaeffekter
Eksempel Betydningen av naturens opptak og frigjøring av CO 2 (her inngår også nturens omsetning av nitrogen,...) Geofysisk institutt Universitetet i Bergen
Fordeling av menneskeskapte CO2-utslipp (2000-2007) (1) (2) (2) Geophysical Institute University of Bergen
Mulig framtidig endring i havets og landjordens CO2-opptak med interaktivt CO2-kretsløp Business-as-usual scenario (SRES A2)
Mulig framtidig endring i havets og landjordens CO2-opptak med interaktivt CO2-kretsløp Sannsynlighet for forsterket global oppvarming grunnet redusert opptak av CO2 i naturen Vil inngå i klimamodellene som benyttes i IPCC AR5 Business-as-usual scenario (SRES A2) med interaktivt CO2-kretsløp Business-as-usual scenario (SRES A2)
Øvre skranke for utslipp, med interaktiv CO2 Stabilisering på 550 ppm 1000 ppm Stabilisering på 550 ppm krever 24% reduksjon av akkumulerte utslipp grunnet forsterket CO2tilbakekoplinger (23% for 1000 ppm stabilisering) Geofysisk institutt Universitetet i Bergen MIROC integrated Earth System Model (Kawamiya et al.)
Eksempel: Togradersmålet Department of Geophysics University of Bergen
Global temperatur og tilhørende CO2-utslipp (Scenario A1B and E1; Tjiputra et al., 2009) C Global temperatur 1950 1980 2010 2040 2070 2100 2070 2100 Gt-C yr-1 Allowable emissions 2040 vs 2010: 65% reduction 1950 1980 2010 2040 Time (yr)
Global temperatur og tilhørende CO2-utslipp (Scenario A1B and E1; Tjiputra et al., 2009) C Global temperatur 1950 1980 2010 2040 2070 2100 2070 2100 Gt-C år-1 Tillatte CO2-utslipp 2040 vs 2010: 65% reduksjon 1950 1980 2010 2040 Tid (år)
Konsekvenser av å vente med å kutte utslippene
Globale CO2-utslipp (fossile brensler+sement) 1990-1999: +0.9% / år 2000-2007: +3.5% / år Antatt 2009: -2.6% / år Geofysisk institutt Universitetet i Bergen Data Source: G. Marland, T.A. Boden, R.J. Andres, and J. Gregg at CDIAC + IEA-2009
Havets opptak av menneskeskapt CO2 283 Gt C (for 1800-1994) 58 % Fører til redusert drivhuseffekt Opptak av CO2 i havet fører til redusert phverdi - i alle verdenshav - og i særlig grad for kaldt vann Dårlig kjente - men mulig omfattende - følger Helge Drange for de marine økosystemene Geofysisk institutt Forsurning vil vare ved i >1000 år Universitetet i Bergen 42 % Marland et al, 2003 og Sabine et al., 2004
Antatt ph i havet i løpet av de siste 20+ mill år Blackford and Gilton 2007 Helge Drange Geofysisk institutt Universitetet i Bergen
Permafrost og metan Sammenhengende Delvis Sporadisk
Metan lagret i permafrost Temperaturen i jordsmonnet stiger og permafrost tiner Anslagsvis 500-1000 Gt-C er lagret i permafrost (tilsvarende ca. 100 år menneskeskapte CO2-utslipp) Ikke tydelig signal av raske CH4-utslipp i paleotidsserier Gammel (700.000+ år) is funnet i Alaska (mer stabil enn antatt?) For dårlig kunnskap til å bli inkludert i modellene i IPCC AR5 Kilde til usikkerhet Geofysisk institutt Universitetet i Bergen
Utfordringer som påvirkning utenfra Verdens befolkning bor ikke i Norge, verdens matproduksjon foregår ikke i Norge Koplingen klima, matproduksjon, helse, fattigdom, Department of Geophysics University of Bergen
Antall somre i 2080-2100 som forventes varmere enn varmeste sommer observert i perioden 1900-2006 (SRES A1B) Prosent (%) Battisti og Naylor (2009) Geofysisk institutt Universitetet i Bergen
Mulighet for permanent tørke 4 2 1 6 5 7 Geofysisk institutt Universitetet i Bergen 3 Solomon et al. (2009)
Hovedutfordring: Klimautviklingen i framtid, i mindre grad nåtid Department of Geophysics University of Bergen
Hovedutfordring: Klimautviklingen i framtid, i mindre grad nåtid Dilemma: Framtidens klima avhenger av dagens utslipp Department of Geophysics University of Bergen
I dag (Ensemble Mean IPCC 4AR, Scenario A2) Department of Geophysics University of Bergen
I dag 3.2 mill år En mengde tilsvarende 20% av dagens CO2-utslipp blir værende i atmosfæren i mer enn 1000 år (Ensemble Mean IPCC 4AR, Scenario A2) Department of Geophysics University of Bergen
Geofysisk institutt Universitetet i Bergen
Geofysisk institutt Universitetet i Bergen
Utfordringer usikkerhet Geofysisk institutt Universitetet i Bergen
Direkte og indirekte effekt av aerosol nedkjøling IPCC (2007) Geofysisk institutt Universitetet i Bergen
Direkte og indirekte effekt av aerosol nedkjøling IPCC (2007) Geofysisk institutt Universitetet i Bergen
Direkte og indirekte effekt av aerosol nedkjøling IPCC (2007) Geofysisk institutt Universitetet i Bergen
climateprediction.net Users Worldwide >300,000 users total (90% MS Windows): ~60,000 active 29 million model-years simulated (as of January 08) ~200,000 completed simulations The world's largest climate modelling supercomputer! Department of Geophysics (NB: a black dot is one or more computers running climateprediction.net) University of Bergen
Climate sensitivities from climateprediction.net The frequency distribution of simulated climate sensitivity using all (2,578) model versions (black), all model versions except those with perturbations to the cloud-to-rain conversion threshold (red), and all model versions except those with perturbations to the entrainment coefficient (blue). Sensitivity is the equilibrium response of the global mean temperature of doubling atmospheric levels of carbon dioxide. Stainforth et al, Nature, 27 Jan 05 Department of Geophysics University of Bergen
Fra atmosfære- til jordsystemmodell 1975 1985 1992 2000 2007 2013 Atmosphere Atmosphere Atmosphere Atmosphere Atmosphere Atmosphere Land surface Land surface Land surface Land surface Land surface Ocean & sea-ice Ocean & sea-ice Ocean & sea-ice Sulphate aerosol Sulphate aerosol Non-sulphate aerosol Sulphate aerosol Non-sulphate aerosol Carbon cycle Carbon cycle Operasjonell modell Ocean & sea-ice Sterkere farge betyr fordedret modellkomponenter Atmospheric chemistry & sea-ice Modell- Oceanmodel utvikling Sterkere farge betyr fordedret modellkomponenter Sulphur cycle model Land carbon cycle model Ocean carbon cycle model Atmospheric chemistry Hadley Centre, UK Geofysisk institutt Universitetet i Bergen Non-sulphate aerosols Carbon cycle model Atmospheric chemistry