Τα κλιματικά μοντέλα

«Υπάρχει σημαντική πεποίθηση ότι τα μοντέλα γενικής κυκλοφορίας ατμόσφαιρας-ωκεανού παρέχουν πιστευτές ποσοτικές εκτιμήσεις της μελλοντικής αλλαγής κλίματος, ειδικά σε κλίμακες ηπειρωτικές ή μεγαλύτερες.»

―IPCC Fourth Assessment Report, The Physical Science Basis, p. 591 [1]

«Η έκθεση του IPCC ... αναφέρει ξεκάθαρα ότι η ανίχνευση και αιτιολόγηση των κλιματικών αλλαγών είναι δυνατή με ξεκάθαρο τρόπο σε ηπειρωτικές κλίμακες και μεγαλύτερες.»

―Gavin Schmidt, γνωστός κλιματολόγος [2]

«Η αύξηση της βροχόπτωσης στην Ανατολική Αφρική, που εκτείνεται μέσα στο Κέρας της Αφρικής, παρουσιάζει επίσης σταθερότητα σε όλα τα μοντέλα, με 18 από τα 21 μοντέλα να προβάλλουν αύξηση στον πυρήνα αυτής της περιοχής, ανατολικά των Μεγάλων Λιμνών.»

―IPCC Fourth Assessment Report, The Physical Science Basis, p. 869 [3]

Το λιώσιμο των πάγων, τα ακραία καιρικά φαινόμενα, και η αυξανόμενη θερμοκρασία της γης τις τελευταίες δεκαετίες, επισημαίνονται, άλλοτε από τα μέσα ενημέρωσης, άλλοτε από τους οικολόγους, και μερικές φορές από επιστήμονες, σαν το θλιβερό αποτέλεσμα της υποτιθέμενης ανθρωπογενούς κλιματικής αλλαγής, αλλά συνήθως δεν χρησιμοποιούνται στους επιστημονικούς κύκλους σαν ένδειξη αυτής της αλλαγής. Οι επιστήμονες που στηρίζουν την υπόθεση της ανθρωπογενούς κλιματικής αλλαγής συνήθως παραδέχονται ότι, ενώ το κλίμα αλλάζει, αυτό δεν είναι κάτι καινούργιο· έχει συμβεί και στο παρελθόν. Αυτή τη φορά όμως, λένε, είναι αλλιώς, και ο λόγος που ξέρουν πως είναι αλλιώς είναι ότι αυτό λένε τα μοντέλα. Όλοι οι φόβοι της ανθρωπότητας για το μέλλον του κλίματος οφείλονται στο τι λένε τα μοντέλα. Ας ρίξουμε μια ματιά σ' αυτά τα μοντέλα.

Τα κλιματικά μοντέλα, που επίσης είναι γνωστά ως μοντέλα γενικής κυκλοφορίας ή GCM, είναι πολυσύνθετα μοντέλα που δέχονται διάφορα δεδομένα ως είσοδο, όπως διοξείδιο του άνθρακα, ηλιακή ακτινοβολία, και πολλά άλλα. Τα μοντέλα τρέχουν σε μεγάλους υπολογιστές, προσομοιώνοντας την εξέλιξη του κλίματος, και δίνουν ως αποτέλεσμα τη θερμοκρασία και τη βροχόπτωση στον πλανήτη. Το επιχείρημα είναι πως όταν τα μοντέλα τρέχουν χωρίς την υποτιθέμενη ανθρώπινη επιρροή (δηλαδή όταν τρέχουν με την «κανονική» ή την «προβιομηχανική» συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα), τότε δεν υπάρχει αύξηση της θερμοκρασίας· όταν όμως τρέχουν με αυξημένες συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα, τότε υπάρχει αύξηση της θερμοκρασίας στο τέλους του 20ού αιώνα, η οποία συνεχίζεται σ' όλο τον 21ο. Αυτό, συνεχίζεται το επιχείρημα, αποδεικνύει ότι η πρόσφατη θέρμανση της γης, σε αντίθεση με προηγούμενες κλιματικές αλλαγές, οφείλεται στην ανθρώπινη δραστηριότητα· και τα μοντέλα, συνεχίζεται το επιχείρημα, μπορούν να μας πουν πώς θα είναι το κλίμα μερικές δεκαετίες από τώρα.

Μπορώ να ισχυριστώ πως αν οδηγείτε το αυτοκίνητό σας με 30 km/h και χτυπήσετε σ' ένα τοίχο, θα πάθετε μελανιά στον αριστερό σας ώμο και τίποτε άλλο· και αν με ρωτήσετε γιατί το πιστεύω, μπορώ να σας πω ότι έτσι λέει το υπολογιστικό μοντέλο σύγκρουσης. Αυτή η απάντηση μπορεί να είναι πειστική μόνο αν έχουμε λόγους να πιστεύουμε ότι το μοντέλο είναι καλό. Η κρίσιμη ερώτηση λοιπόν είναι: «Πόσο αξιόπιστα είναι τα κλιματικά μοντέλα;» Η Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC) αποπειράται να απαντήσει σ' αυτό το ερώτημα στις σελίδες 600–601 του τεύχους «Η επιστημονική βάση» (The Physical Science Basis) [1], που είναι μέρος της τέταρτης έκθεσης της IPCC. Αναφέρονται τρεις λόγοι: (1) ότι τα μοντέλα βασίζονται σε γνωστούς φυσικούς νόμους· (2) ότι τα μοντέλα μπορούν να αναπαράγουν χαρακτηριστικά του παρόντος κλίματος· (3) ότι τα μοντέλα μπορούν να αναπαράγουν χαρακτηριστικά του παρελθόντος κλίματος. Θα πρέπει να τα εξετάσουμε ένα προς ένα.

(1) Τα μοντέλα βασίζονται σε γνωστούς φυσικούς νόμους. Αν γνωρίζουμε την ταχύτητα και κατεύθυνση ενός ζαριού, τις διαστάσεις του, και τη σκληρότητα των υλικών από τα οποία είναι φτιαγμένο το ζάρι και η επιφάνεια στην οποία πέφτει, μπορούμε να προβλέψουμε το αποτέλεσμα; Οι φυσικοί νόμοι της κίνησης είναι γνωστοί και καλά κατανοητοί σ' αυτή την περίπτωση, αλλά οποιοδήποτε μοντέλο θα αποτύγχανε οικτρά. Ο λόγος είναι ότι το πρόβλημα είναι εξαιρετικά σύνθετο. Αν ένα μοντέλο που αποπειράται να προσομοιώσει την κίνηση ενός ζαριού αποτυγχάνει, ενώ οι σχετικοί φυσικοί νόμοι είναι πλήρως γνωστοί και καλά κατανοητοί, το γεγονός ότι τα κλιματικά μοντέλα βασίζονται σε φυσικούς νόμους δεν αποτελεί την παραμικρή ένδειξη ότι τα μοντέλα μπορούν να προβλέψουν το κλίμα. Το κλίμα είναι εξαιρετικά πιο σύνθετο απ' ό,τι το ρίξιμο ενός ζαριού. Επιπλέον, όπως λέει η ίδια η IPCC, στο κλίμα υπάρχει «περιορισμένη επιστημονική κατανόηση» ([1], σελ. 601).

(2) Τα μοντέλα μπορούν να αναπαράγουν χαρακτηριστικά του παρόντος κλίματος. Δεν είναι δύσκολο να δημιουργηθεί ένα μοντέλο ρίψης ζαριού που να αναπαράγει χαρακτηριστικά ρίψης ζαριού. Θα μπορούσε να δημιουργηθεί ένα μοντέλο που να αναπαράγει το γεγονός ότι ένα ζάρι επιταχύνεται προς τα κάτω· ότι αναπηδά όταν χτυπήσει την επιφάνεια· ότι διατηρεί τη στροφορμή του· ότι χάνει ενέργεια λόγω της τριβής· και ούτω καθεξής. Αν ένα μοντέλο αναπαράγει αυτά τα χαρακτηριστικά, αυτό δεν δημιουργεί καμία πεποίθηση ότι θα μπορέσει να προβλέψει το τελικό αποτέλεσμα μιας πραγματικής ζαριάς. Παρομοίως, το γεγονός ότι τα κλιματικά μοντέλα μπορούν να αναπαράγουν χειμώνες και καλοκαίρια, ή ξηρές και υγρές περιοχές, δεν έχει σχέση με την ικανότητά τους να προβλέψουν πώς θα είναι το κλίμα στο μέλλον.

(3) Τα μοντέλα μπορούν να αναπαράγουν χαρακτηριστικά του παρελθόντος κλίματος. Αυτό το επιχείρημα συνοψίζεται στο Σχήμα 1. Τα κλιματικά μοντέλα, λένε, έχουν αναπαραγάγει το κλίμα του 20ού αιώνα με επιτυχία, και επομένως αναμένεται ότι θα μπορούν επίσης να αναπαράγουν το κλίμα του 21ου. Στο Σχήμα, η μαύρη γραμμή αναπαριστά την (εκτιμημένη) πραγματικότητα· και οι κίτρινες γραμμές είναι 58 διαφορετικά αποτελέσματα διάφορων κλιματικών μοντέλων. Η κόκκινη γραμμή είναι η μέση τιμή αυτών των αποτελεσμάτων. Η πρώτη σας εντύπωση θα είναι μάλλον: «τα μοντέλα είναι πολύ εντάξει!» Ας ρίξουμε όμως μια πιο προσεκτική ματιά στο διάγραμμα.

Ο κατακόρυφος άξονας στο Σχήμα 1 αναπαριστά την απόκλιση από τη μέση θερμοκρασία. Αν, για παράδειγμα, η θερμοκρασία του πλανήτη είναι κατά μέσο όρο 15°C, και το 1962 η θερμοκρασία του πλανήτη ήταν 15.3°C, τότε η μαύρη γραμμή το 1962 θα βρίσκεται στο +0.3. Το πρόβλημα είναι ότι η σύγκριση είναι ανάμεσα στην πραγματική απόκλιση και την απόκλιση του κάθε μοντέλου. Αν ένα μοντέλο λέει ότι η θερμοκρασία αυξήθηκε από τους 10 στους 10.4°C, ενώ στην πραγματικότητα η θερμοκρασία αυξήθηκε από 15 σε 15.4°C, τότε το μοντέλο θα φαίνεται να συμπίπτει με την πραγματικότητα στο Σχήμα 1. Αυτό σημαίνει ότι οι 60 γραμμές του Σχήματος 1 είναι τεχνητά μετατοπισμένες για να πέφτουν κατά προσέγγιση η μια πάνω στην άλλη· αν σχεδιαστούν χωρίς την αφαίρεση της μέσης τιμής, τότε θα είναι 60 διαφορετικές γραμμές, συχνά πολύ μακριά η μια από την άλλη· αν το ύψος του διαγράμματος παραμείνει στους 2°C, όπως είναι τώρα, πολλές γραμμές θα βρίσκονται εντελώς έξω από το διάγραμμα.

Μπορεί εδώ να διαμαρτυρηθείτε πως αν ένα μοντέλο πετύχει την απόκλιση από τη μέση τιμή, τότε αυτό θα είναι αξιοσημείωτο επίτευγμα, ακόμα κι αν δεν μπορεί να πετύχει την πραγματική τιμή. Αυτό είναι αλήθεια. Είναι όμως διαφορετικό το να σας δείχνουν το Σχήμα 1 και να σκέφτεστε «τα μοντέλα είναι πολύ εντάξει!», και είναι διαφορετικό το να σας έδειχναν ένα σχήμα με 60 άσχετες γραμμές, στην οποία περίπτωση θα σκεφτόσασταν: «τα μοντέλα είναι χάλια· φαίνεται εντούτοις να πετυχαίνουν την κλίση».

Πετυχαίνουν την κλίση; Απ' όσο βλέπουμε, η (εκτιμημένη) πραγματικότητα δείχνει σχετικά σταθερή θερμοκρασία από το 1930 ως το 1970· τα μοντέλα, αντίθετα, προβλέπουν σταθερή αύξηση της θερμοκρασίας από το 1930 ως το 1970, με μια απότομη πτώση το 1962, κατά την έκρηξη του ηφαιστείου Agung. Το Σχήμα δεν δείχνει κάποια σοβαρή επιρροή αυτής της έκρηξης στην πραγματικότητα. Αν εξετάσετε προσεκτικά το Σχήμα 1, θα παρατηρήσετε κι άλλα προβλήματα.

Ένα ακόμα πρόβλημα είναι πως είναι εντελώς αντιεπιστημονικό το να σχεδιαστεί η κόκκινη γραμμή που δείχνει τη μέση τιμή των μοντέλων. Δεν υπάρχει απολύτως καμιά επιστημονική βάση να πιστεύουμε ότι η μέση τιμή των μοντέλων έχει κάποια ιδιαίτερη ιδιότητα, ή ότι θα μπορούσε να λειτουργεί καλύτερα από τα μοντέλα. Αν τα μοντέλα είναι λάθος, δεν υπάρχει κανένας απολύτως λόγος γιατί η μέση τιμή πολλών μοντέλων θα ήταν λιγότερο λάθος. Η ύπαρξη και μόνο της κόκκινης γραμμής μάς κάνει να αναρωτιόμαστε: πώς επιλέχτηκαν αυτά τα 58 αποτελέσματα; Γιατί αυτά τα 58 αποτελέσματα, και όχι κάποια άλλα 58 αποτελέσματα; Θα μπορούσε άραγε κάποιος να έχει διαλέξει τα αποτελέσματα που τον βολεύουν;

Τέλος, ακόμα κι αν τα μοντέλα συμφωνούν με την πραγματικότητα σε κάποιο βαθμό, πώς ξέρουμε ότι δεν κατασκευάστηκαν έτσι ώστε να συμπίπτουν με την πραγματικότητα; Κανονικά οι επιστήμονες είναι εξαιρετικά προσεκτικοί στο να ρυθμίζουν τα μοντέλα ώστε να ταιριάζουν σε ένα σύνολο δεδομένων, και μετά να εξετάζουν το πόσο καλά τα μοντέλα ταιριάζουν σε ένα εντελώς διαφορετικό σύνολο δεδομένων. Σ' αυτή την περίπτωση, για παράδειγμα, κάποιος θα μπορούσε να ρυθμίσει τα μοντέλα έτσι ώστε να ταιριάζουν στην περίοδο 1900―1950, χωρίς να κοιτάζει την περίοδο 1950―2000, και μετά να ελέγξει πόσο καλά τα μοντέλα ταιριάζουν στην πραγματικότητα της δεύτερης περιόδου. Στα κλιματικά μοντέλα αυτό δεν είναι τόσο εύκολο όσο φαίνεται, και μπορεί να είναι αδύνατο λόγω της τεράστιας πολυπλοκότητας του προβλήματος και του γεγονότος ότι υπάρχουν δεδομένα μόνο για περίπου έναν αιώνα· αλλά ποτέ δεν έχουμε δει κάτι που να μας κάνει να πιστεύουμε ότι το ήδη αμφιλεγόμενο ταίριασμα μοντέλων και πραγματικότητας είναι κάτι παραπάνω από προσαρμογή δεδομένων.

Οι εξαιρετικές δηλώσεις απαιτούν εξαιρετικές αποδείξεις. Η δήλωση ότι τα μοντέλα μπορούν να προβλέψουν το κλίμα είναι εξαιρετική· αλλά αντί για ξεκάθαρες απαντήσεις, λαμβάνουμε μπερδευτικά επιχειρήματα και παράξενες διατυπώσεις: αντί να μας πουν «τα μοντέλα μπορούν να προβλέψουν το κλίμα», μας λένε «υπάρχει σημαντική πεποίθηση ότι τα μοντέλα γενικής κυκλοφορίας ατμόσφαιρας-ωκεανού παρέχουν πιστευτές ποσοτικές εκτιμήσεις της μελλοντικής αλλαγής κλίματος, ειδικά σε κλίμακες ηπειρωτικές ή μεγαλύτερες». Τι είναι «σημαντική πεποίθηση» και πόσο απέχει από τη βεβαιότητα; Ποιος έχει αυτή την πεποίθηση; Τι σημαίνει «πιστευτός»; Σημαίνει απλά αληθοφανής; Τι σημαίνει «ειδικά σε ηπειρωτικές κλίμακες και μεγαλύτερες»; Σημαίνει «μόνο σε ηπειρωτικές κλίμακες και μεγαλύτερες», όπως υπονοεί ο Gavin Schmidt στο παρατεθέν απόσπασμα; Ή σημαίνει «οι οποίες είναι καλές σε τοπικές κλίμακες και ακόμα καλύτερες σε μεγαλύτερες», όπως έπεται από το Κεφάλαιο 11 της έκθεσης της IPCC [3], που αποτελείται από 94 σελίδες γεμάτες τοπικές λεπτομέρειες;

Διάφορες μελέτες εξηγούν γιατί τα μοντέλα δεν είναι πιστευτά (π.χ. [4], [5]). Εντούτοις, σ' αυτό το κεφάλαιο, επιλέξαμε να εξετάσουμε μόνο το τι λέει η IPCC. Η IPCC θα έπρεπε να μας είχε δώσει τα πειστήρια ότι τα μοντέλα λειτουργούν αξιοπρεπώς, και τότε θα μπορούσαμε να συζητήσουμε στη βάση αυτών των πειστηρίων. Όμως η IPCC, όπως μπορείτε να δείτε, δεν έχει δώσει κανένα πειστήριο. Αντί για ξεκάθαρες απαντήσεις στα ξεκάθαρα ερωτήματα, παίρνουμε μπερδευτικές διευκρινίσεις με δικηγορίστικη διατύπωση.

Επόμενο: Η επιστημονική συναίνεση