เพื่อสำรวจและคาดการณ์ว่าสภาพอากาศจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร นักวิจัยจึงสร้าง แบบจำลองคอมพิวเตอร์ ในโลกแห่งความเป็นจริง แบบจำลองทางคณิตศาสตร์เหล่านี้อิงตามกฎของฟิสิกส์และเคมี ซึ่งอธิบายว่าน้ำและอากาศเคลื่อนที่อย่างไร ทำให้ร้อนขึ้น และเย็นลงในบรรยากาศและมหาสมุทร สารก่อมลพิษทำปฏิกิริยาอย่างไรในชั้นบรรยากาศ และวิธีที่แสงแดดและรังสีอินฟราเรดมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุล
แบบจำลองยังรวมการวัดรังสีของดวงอาทิตย์และบรรยากาศของโลก ทะเล น้ำแข็ง ภูเขาไฟ และชีวมณฑลทางบก ข้อมูลเหล่านี้ขับเคลื่อนโดยข้อมูลและสถานการณ์ในอนาคตเกี่ยวกับผลผลิตของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และมลพิษที่ส่งผลกระทบต่อสภาพอากาศของมนุษย์
แบบจำลอง ต่างเห็นพ้องกันว่าสภาพอากาศกำลังเปลี่ยนแปลง เนื่องจากกิจกรรมของมนุษย์ และอุณหภูมิโลกโดยเฉลี่ยและระดับน้ำทะเลจะสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง พวกเขายังเห็นด้วยว่ารูปแบบสภาพอากาศจะเปลี่ยนไป การคาดคะเนเฉพาะบางอย่างแตกต่างกัน โดยหลักแล้วเนื่องจากแต่ละโมเดลมีวิธีที่แตกต่างกันในการสร้างแบบจำลองปัจจัยที่ไม่แน่นอน เช่น เมฆ
ในวิดีโอด้านล่าง Tapio Schneider จาก Caltech, Andrew Stuart และ Anna Jaruga พูดถึงสาเหตุที่ความแม่นยำที่เพิ่มขึ้นเป็นเป้าหมายเร่งด่วนสำหรับแบบจำลองสภาพภูมิอากาศ
Schneider และ Stuart เป็นผู้ร่วมก่อตั้ง Climate Modeling Alliance ( CliMA ) Schneider คือ Theodore Y. Wu ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมสิ่งแวดล้อมของ Caltech เขายังเป็นนักวิทยาศาสตร์วิจัยอาวุโสที่ Jet Propulsion Laboratory (JPL) ซึ่ง Caltech จัดการในนามของ NASA สจวร์ตเป็นศาสตราจารย์ด้านคอมพิวเตอร์และคณิตศาสตร์เบรน Jaruga เป็นนักวิทยาศาสตร์ด้านการวิจัยของ Caltech ที่เน้นเรื่องเมฆ
พยากรณ์อากาศแตกต่างจากพยากรณ์อากาศอย่างไร?
การพยากรณ์อากาศมีกรอบเวลาประมาณ 10 วัน ในขณะที่แบบจำลองสภาพภูมิอากาศถูกสร้างขึ้นเพื่อคาดการณ์ว่าจะเกิดอะไรขึ้น 10 ปีหรือ 100 ปีนับจากนี้ ฟิสิกส์ของการสร้างแบบจำลองสภาพภูมิอากาศคล้ายกับการพยากรณ์อากาศ แต่คำถามต่างกัน การพยากรณ์อากาศคาดการณ์ว่าอุณหภูมิสูงและต่ำในแต่ละวัน ฝนหรือหิมะอาจตกลงมามากแค่ไหน และลมจะพัดเร็วแค่ไหนในสถานที่และเวลาที่กำหนด
แบบจำลองภูมิอากาศมองภาพใหญ่ พวกเขาถามถึงโลกและแต่ละภูมิภาค สภาพเฉลี่ยจะเปลี่ยนไปอย่างไร? คาดว่าฝนหรือหิมะจะตกในปีต่อๆ ไปมากแค่ไหน? อุณหภูมิที่สูงและต่ำและการมีอยู่ของเมฆจะแตกต่างจากที่เราคุ้นเคยในตอนนี้อย่างไร กระแสน้ำในมหาสมุทรจะไปถึงไหน? ความสุดโต่งแบบใด—พายุเฮอริเคน มรสุม พายุฤดูหนาว น้ำท่วม ภัยแล้ง ไฟป่า—เราควรพร้อมรับมือหรือไม่
การใช้ข้อมูลเพื่อปรับปรุงแบบจำลองคอมพิวเตอร์ของการพยากรณ์อากาศในช่วง 50 ปีที่ผ่านมาถือเป็นเรื่องราวความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ ตอนนี้ นักวิจัยตั้งเป้าหมายที่จะประสบความสำเร็จในระดับเดียวกันในการคาดการณ์สภาพอากาศในอนาคต
นักวิจัยทดสอบแบบจำลองสภาพภูมิอากาศอย่างไร
แบบจำลอง ที่พัฒนาขึ้น ระหว่างปี 1970 ถึงต้นทศวรรษ 2000 ได้ ทำนาย อุณหภูมิบนพื้นผิวโลก ได้อย่างแม่นยำ นอกจากการตรวจสอบว่าแบบจำลองเป็นไปตามกฎของฟิสิกส์และเคมีแล้ว นักวิจัยจะแน่ใจได้อย่างไรว่าแบบจำลองในปัจจุบันสามารถทำนายอนาคตได้อย่างแม่นยำ
วิธีหนึ่งที่แบบจำลองได้รับการทดสอบหรือตรวจสอบความถูกต้องคือการเสียบข้อมูลจากวันที่เริ่มต้นเมื่อหลายสิบปีก่อนเพื่อดูว่าการคาดการณ์ (หรือข้อมูลย้อนหลังในกรณีนี้) ตรงกับข้อมูลสภาพอากาศในอดีตหรือไม่ นอกจากนี้ยังมีการ เปรียบเทียบ แบบจำลอง เพื่อช่วยให้นักวิจัยตั้งค่าสถานะและศึกษาข้อขัดแย้งหรือรูปแบบต่างๆ ที่สำคัญ
แบบจำลองสภาพภูมิอากาศปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้อย่างไร
ก๊าซเรือนกระจกที่ปล่อยออกมาจากกิจกรรมของมนุษย์ ส่งผลกระทบต่อสภาพอากาศ การปล่อยมลพิษเหล่านี้เปลี่ยนแปลงไปตามนโยบาย เศรษฐกิจ และปัจจัยทางสังคมวิทยา ในการอธิบายความแปรปรวนนี้ นักวิทยาศาสตร์ใช้แบบจำลองสภาพภูมิอากาศด้วยข้อมูลที่สะท้อนถึงสถานการณ์การปล่อยก๊าซตามสมมุติฐานที่แตกต่างกัน โดยครอบคลุมช่วงวิถีที่เป็นไปได้ของระบบเศรษฐกิจและระบบพลังงานของโลก สถานการณ์จำลองประมาณการการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและมลพิษทางอากาศที่เกิดจากหมอกควันที่ผู้คนจะสร้างขึ้นในพื้นที่ต่างๆ บนโลก แนวทางนี้ช่วยระบุช่วงของสภาพอากาศที่อาจเกิดขึ้นในอนาคตและแจ้งการตัดสินใจและการเตรียมการของเราได้ดียิ่งขึ้น
Caltech มีส่วนร่วมในแบบจำลองสภาพภูมิอากาศอย่างไร
เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ของ Caltech ได้กำหนดลักษณะบรรยากาศของดาวเคราะห์และสร้างความเข้าใจของเราเกี่ยวกับฟิสิกส์และเคมีของเมฆ มลพิษทางอากาศ และฝุ่นในอากาศ ความพยายามดังกล่าวรุนแรงขึ้นด้วยการจัดตั้ง ศูนย์วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมโลก Ronald and Maxine LindeของCaltech นักธรณีวิทยาและนักเคมีของ Caltech ร่วมมือกับนักวิจัยที่พัฒนา ภารกิจสำรวจโลก ที่JPL ข้อมูลจากภารกิจเหล่านี้ช่วยปรับปรุงความเข้าใจของมนุษย์เกี่ยวกับระบบของโลก
ปัจจุบัน CliMAซึ่งเป็นกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ วิศวกร และนักคณิตศาสตร์จาก Caltech, MIT, Naval Postgraduate School และ JPL ได้พัฒนาแบบจำลองสภาพภูมิอากาศรูปแบบใหม่ แบบจำลองสภาพภูมิอากาศรุ่นต่อไปนี้รวมเอาแง่มุมต่างๆ ของแบบจำลองที่มีอยู่เข้ากับข้อมูลมากมายเกี่ยวกับโลกที่รวบรวมโดยดาวเทียมและเครื่องมืออื่นๆ
“ฉันมาที่นี่เพราะคาลเทคเป็นสถานที่ที่ยอดเยี่ยมในการทำงานร่วมกับผู้คน ฉันสามารถทำงานร่วมกับผู้คนจาก Caltech และกับผู้เชี่ยวชาญที่ทำงานด้านการสังเกตการณ์ผ่านดาวเทียมที่ JPL สำหรับผู้ที่ศึกษาเกี่ยวกับเมฆ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเข้าถึงผู้คนจากสาขาวิทยาศาสตร์ต่างๆ จากด้านการวัด ด้านทฤษฎี และด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์ คาลเทคเป็นสถานที่ที่ดีที่สุดสำหรับสิ่งนั้น”
—แอนนา จารุกา นักวิทยาศาสตร์วิจัยของคาลเทค
