Los científicos han estado haciendo proyecciones del calentamiento global futuro utilizando modelos climáticos de complejidad creciente durante las últimas cuatro décadas.
Estos modelos, impulsados por la física atmosférica y la biogeoquímica, juegan un papel importante en nuestra comprensión del clima de la Tierra y cómo probablemente cambiará en el futuro.
Carbon Brief ha recopilado proyecciones de modelos climáticos destacados desde 1973 para comprobar su precisión en las proyecciones de las temperaturas globales pasadas y futuras, como se muestra en la animación a continuación. (Haga clic en el botón de reproducción para comenzar).
Aunque algunos modelos proyectaron un calentamiento menor al que hemos experimentado y otros más, todos mostraron aumentos de la temperatura superficial entre 1970 y 2016 que no estaban muy lejos de lo que realmente ocurrió, en particular cuando se tienen en cuenta las diferencias en las supuestas emisiones futuras.
¿Cómo se han comportado los modelos climáticos anteriores?
Si bien las proyecciones de los modelos climáticos del pasado se benefician del conocimiento de las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero, las erupciones volcánicas y otros forzamientos radiativos Al afectar el clima de la Tierra, las proyecciones al futuro son comprensiblemente más inciertas. Los modelos climáticos pueden evaluarse tanto por su capacidad para predecir temperaturas pasadas como por su capacidad para predecir las futuras.
Las predicciones retrospectivas (que prueban los modelos con respecto a las temperaturas pasadas) son útiles porque permiten controlar los forzamientos radiativos. Los pronósticos son útiles porque los modelos no pueden sintonizado implícitamente ser similares a las observaciones. Los modelos climáticos son no apto para temperaturas históricas, pero los modeladores tienen algún conocimiento de observaciones que pueden informar su elección of parametrizaciones del modelo, como la física de las nubes y los efectos de los aerosoles.
En los ejemplos siguientes, se comparan las proyecciones de modelos climáticos publicadas entre 1973 y 2013 con las temperaturas observadas cinco organizaciones diferentesLos modelos utilizados en las proyecciones varían en complejidad, desde simples modelos de balance energético completamente acoplado Modelos del Sistema Terrestre.
(Tenga en cuenta que estas comparaciones de modelos/observaciones utilizan un período de referencia de 1970-1990 para alinear las observaciones y los modelos durante los primeros años del análisis, lo que muestra más claramente cómo han evolucionado las temperaturas con el tiempo).
Sawyer, 1973
Una de las primeras proyecciones del calentamiento futuro provino de John Sawyer en la Oficina Meteorológica del Reino Unido en 1973. En un Documento publicado en Nature. En 1973, planteó la hipótesis de que el mundo se calentaría 0.6 °C entre 1969 y 2000, y que el CO2 atmosférico aumentaría un 25 %. Sawyer defendió una sensibilidad climática – cuánto calentamiento a largo plazo ocurrirá por cada duplicación de los niveles de CO2 atmosférico de 2.4 °C, lo cual no está muy lejos del mejor estimado de 3 °C utilizado actualmente por el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC).
A diferencia de las otras proyecciones examinadas en este artículo, Sawyer no proporcionó una estimación del calentamiento para cada año, sino solo un valor esperado para el año 2000. Su estimación de calentamiento de 0.6 °C fue casi exacta: el calentamiento observado durante ese período se situó entre 0.51 °C y 0.56 °C. Sin embargo, sobreestimó las concentraciones atmosféricas de CO2 del año 2000, asumiendo que serían de 375 a 400 ppm, en comparación con las reales. valor de 370 ppm.
Broecker, 1975
La primera proyección disponible de temperaturas futuras debido al calentamiento global apareció en un artículo en Ciencias: en 1975 publicado por un científico de la Universidad de Columbia Profesor Wally BroeckerBroecker utilizó un modelo simple de balance energético para estimar qué sucedería con la temperatura de la Tierra si el CO2 atmosférico continuara aumentando rápidamente después de 1975. El calentamiento proyectado por Broecker fue razonablemente cercano a las observaciones durante algunas décadas, pero recientemente ha sido considerablemente mayor.
Esto se debe principalmente a que Broecker sobreestimó el aumento de las emisiones de CO2 y las concentraciones atmosféricas tras la publicación de su artículo. Su predicción hasta el año 2000 fue bastante precisa, al predecir 373 ppm de CO2, en comparación con las observaciones reales de Mauna Loa de 370 ppm. Sin embargo, en 2016, estimó que el CO2 sería de 424 ppm, mientras que Sólo se han observado 404 pm.
Broecker tampoco tuvo en cuenta otros gases de efecto invernadero en su modelo. Sin embargo, como el impacto del calentamiento de metano, Óxido nitroso y halocarburos ha sido cancelado en gran medida según el Influencia general del enfriamiento de los aerosoles Desde 1970, esto no supone una diferencia tan grande (aunque las estimaciones de las fuerzas de los aerosoles tienen grandes incertidumbres).
Al igual que Sawyer, Broecker utilizó una sensibilidad climática de equilibrio de 2.4 °C por cada duplicación del CO2. Broecker asumió que la Tierra se calienta instantáneamente para igualar el CO2 atmosférico, mientras que los modelos modernos tienen en cuenta el desfase entre la velocidad de calentamiento de la atmósfera y los océanos. (La absorción más lenta de calor por parte de los océanos se conoce a menudo como "Inercia térmica" del sistema climático.)
Puede ver su proyección (línea negra) comparada con el aumento de temperatura observado (líneas de colores) en el gráfico siguiente.
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Calentamiento proyectado de Broecker 1975 (línea negra gruesa) comparado con los registros de temperatura observacionales de NASA, NOAA, HadCRUT, Cowtan y forma y Berkeley Tierra (líneas finas de color) de 1970 a 2020. Periodo de referencia: 1970-1990. Gráfico de Carbon Brief. Highcharts.
Broecker hizo su proyección en un momento en que los científicos pensaban ampliamente que las observaciones mostró un enfriamiento modesto de la Tierra. Comenzó su artículo con una profética afirmación: «Existen argumentos sólidos para afirmar que la actual tendencia al enfriamiento, dentro de una década aproximadamente, dará paso a un calentamiento pronunciado inducido por el dióxido de carbono».
Hansen y otros, 1981
De la NASA Dr. James Hansen y colegas publicado un documento En 1981, también se utilizó un modelo simple de balance energético para proyectar el calentamiento futuro, pero se tuvo en cuenta la inercia térmica debida a la absorción de calor oceánico. Se asumió una sensibilidad climática de 2.8 °C por duplicación del CO2, pero también se analizó un rango de 1.4 a 5.6 °C por duplicación.
Calentamiento proyectado de Hansen et al., 1981 (crecimiento rápido: línea negra gruesa, y crecimiento lento: línea gris delgada). Gráfico de Carbon Brief utilizando Highcharts.
Hansen y sus colegas presentaron diversos escenarios, variando las emisiones futuras y la sensibilidad climática. En el gráfico anterior, se puede observar tanto el escenario de "crecimiento rápido" (línea negra gruesa), donde las emisiones de CO2 aumentan un 4 % anual después de 1981, como un escenario de crecimiento lento, donde las emisiones aumentan un 2 % anual (línea gris fina). El escenario de crecimiento rápido sobreestima ligeramente las emisiones actuales, pero al combinarlo con una sensibilidad climática ligeramente menor, proporciona una estimación del calentamiento a principios de la década de 2000 cercana a los valores observados.
La tasa general de calentamiento entre 1970 y 2016 proyectada por Hansen et al. en 1981 en el escenario de crecimiento rápido ha sido aproximadamente un 20% menor que las observaciones.
Hansen y otros, 1988
El papel publicado El modelo climático desarrollado por Hansen y sus colegas en 1988 representó uno de los primeros modelos climáticos modernos. Dividía el mundo en celdas de cuadrícula discretas de ocho grados de latitud por diez de longitud, con nueve capas verticales de la atmósfera. Incluía aerosoles, diversos gases de efecto invernadero además del CO2 y la dinámica básica de las nubes.
Hansen et al. presentaron tres escenarios diferentes asociados con distintas emisiones futuras de gases de efecto invernadero. El escenario B se muestra en el gráfico a continuación con una línea negra gruesa, mientras que los escenarios A y C se muestran con líneas grises finas. El escenario A presentó un crecimiento exponencial de las emisiones, con concentraciones de CO2 y otros GEI considerablemente superiores a las actuales.
Calentamiento proyectado de Hansen et al., 1988 (escenario B (línea negra gruesa) y escenarios A y C (líneas grises continuas y discontinuas delgadas). Gráfico de Carbon Brief. Highcharts.
El escenario B supuso una desaceleración gradual de las emisiones de CO2, pero tenía concentraciones de 401 ppm en 2016 que estaban bastante cerca de la Se observaron 404 ppmSin embargo, el escenario B suponía el crecimiento continuo de las emisiones de varios halocarbonos que son potentes gases de efecto invernadero, pero que posteriormente fueron restringidos bajo la Protocolo Montreal de 1987. El escenario C preveía que las emisiones llegarían a casi cero después del año 2000.
De los tres, el escenario B fue el más cercano al forzamiento radiativo real, aunque aún aproximadamente un 10% demasiado altoHansen et al. también utilizaron un modelo con una sensibilidad climática de 4.2 °C por duplicación del CO2, en el extremo superior de la mayoría de los modelos climáticos modernos. Debido a la combinación de estos factores, el escenario B proyectó una tasa de calentamiento entre 1970 y 2016 aproximadamente un 30 % superior a la observada.
Primer informe de evaluación del IPCC, 1990
Los IPCC's Primer informe de evaluación El FAR de 1990 presentó modelos oceánicos de balance energético/difusión ascendente relativamente simples para estimar los cambios en la temperatura global del aire. Su escenario habitual (BAU) asumió un rápido crecimiento del CO2 atmosférico, alcanzando 418 ppm de CO2 en 2016, en comparación con las 404 ppm observadas. El FAR también asumió un crecimiento continuo de las concentraciones atmosféricas de halocarbonos mucho más rápido de lo que realmente ha ocurrido.
El FAR arrojó una mejor estimación de la sensibilidad climática de 2.5 °C para el doble de CO2, con un rango de 1.5 a 4.5 °C. Estas estimaciones se aplican al escenario BAU en la figura siguiente, donde la línea negra gruesa representa la mejor estimación y las líneas negras discontinuas delgadas representan los extremos superior e inferior del rango de sensibilidad climática.
Calentamiento proyectado del Primer Informe de Evaluación del IPCC (proyección media: línea negra gruesa, con límites superior e inferior indicados por líneas negras punteadas finas). Gráfico de Carbon Brief utilizando Highcharts.
A pesar de una mejor estimación de la sensibilidad climática ligeramente inferior a los 3 °C utilizados actualmente, el FAR sobreestimó la tasa de calentamiento entre 1970 y 2016 en aproximadamente un 17 % en su escenario BAU, mostrando un calentamiento de 1 °C durante ese período frente a los 0.85 °C observados. Esto se debe principalmente a la proyección de concentraciones atmosféricas de CO2 mucho más altas de lo que realmente se ha producido.
Segundo Informe de Evaluación del IPCC, 1995
Los IPCC's Segundo informe de evaluación El SAR solo publicó proyecciones disponibles a partir de 1990. Utilizaron una sensibilidad climática de 2.5 °C, con un rango de 1.5 a 4.5 °C. Su escenario de emisiones de rango medio, "IS92a", proyectó niveles de CO2 de 405 ppm en 2016, casi idénticos a las concentraciones observadas. El SAR también incluyó un tratamiento mucho mejor de los aerosoles antropogénicos, que tienen un efecto de enfriamiento sobre el clima.
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Calentamiento proyectado del Segundo Informe de Evaluación del IPCC (proyección media: línea negra gruesa, con límites superior e inferior indicados por líneas negras punteadas finas). Gráfico de Carbon Brief utilizando Highcharts.
Como se puede ver en el gráfico anterior, las proyecciones del SAR terminaron siendo notablemente más bajas que las observaciones, calentándose aproximadamente un 28 % más lentamente durante el período de 1990 a 2016. Esto probablemente se debió a una combinación de dos factores: una sensibilidad climática menor que la encontrada en las estimaciones modernas (2.5 °C frente a 3 °C) y una sobreestimación de la forzamiento radiativo del CO2 (4.37 vatios por metro cuadrado frente a los 3.7 utilizados en el informe posterior del IPCC y que todavía se utilizan hoy en día).
Tercer informe de evaluación del IPCC, 2001
El IPCC Tercer informe de evaluación El estudio TAR se basó en modelos de circulación general (GCM) atmósfera-océano de siete grupos de modelado diferentes. También introdujo un nuevo conjunto de escenarios de emisiones socioeconómicas, denominado SRES, que incluía cuatro trayectorias de emisiones futuras diferentes.
En este artículo, Carbon Brief examina la Escenario A2Aunque todos presentan trayectorias de emisiones y calentamiento bastante similares hasta 2020, el escenario A2 proyectó una concentración atmosférica de CO2 de 406 ppm para 2016, prácticamente la misma que la observada. Los escenarios del SRES abarcaron desde el año 2000 en adelante, con modelos anteriores al año 2000 que utilizaban forzamientos históricos estimados. La línea gris discontinua en la figura anterior muestra el punto en el que los modelos pasan de utilizar emisiones y concentraciones observadas a proyecciones futuras.
Calentamiento proyectado del Tercer Informe de Evaluación del IPCC (proyección media: línea negra gruesa, con límites superior e inferior indicados por líneas negras punteadas finas). Gráfico de Carbon Brief. Highcharts.
La proyección principal del TAR utilizó un modelo climático simple, configurado para coincidir con los resultados promedio de siete modelos climáticos globales más sofisticados, ya que no se publicó un promedio multimodelo específico en el TAR y los datos de las ejecuciones de modelos individuales no están fácilmente disponibles. Presenta una sensibilidad climática de 2.8 °C por cada duplicación del CO2, con un rango de 1.5 a 4.5 °C. Como se muestra en el gráfico anterior, la tasa de calentamiento entre 1970 y 2016 en el TAR fue aproximadamente un 14 % inferior a la observada.
Cuarto Informe de Evaluación del IPCC, 2007
Los IPCC's Cuarto Informe de Evaluación El Cuarto Informe de Evaluación (AR4) presentó modelos con una dinámica atmosférica y una resolución significativamente mejoradas. Se hizo un mayor uso de los Modelos del Sistema Terrestre, que incorporan la biogeoquímica de los ciclos del carbono, así como simulaciones mejoradas de los procesos de la superficie terrestre y del hielo.
El Cuarto Informe de Evaluación utilizó los mismos escenarios del Sistema Integrado de Estadísticas (IEES) que el Informe de Evaluación TIE, con emisiones históricas y concentraciones atmosféricas hasta el año 2000 y proyecciones posteriores. Los modelos utilizados en el Cuarto Informe de Evaluación presentaron una sensibilidad climática media de 3.26 °C, con un rango de 2.1 °C a 4.4 °C.
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Calentamiento proyectado del Cuarto Informe de Evaluación del IPCC (proyección media: línea negra gruesa, límites superior e inferior de dos sigma mostrados por líneas negras punteadas finas). Gráfico de Carbon Brief utilizando Highcharts.
La figura anterior muestra los modelos ejecutados para el escenario A1B (el único escenario con modelos ejecutados disponibles, aunque sus concentraciones de CO2 de 2016 son casi idénticas a las del escenario A2). Las proyecciones del Cuarto Informe de Evaluación (AR4) entre 1970 y 2016 muestran un calentamiento bastante cercano a las observaciones, solo un 8 % superior.
Quinto Informe de Evaluación del IPCC, 2013
El informe más reciente del IPCC – el Quinta evaluación (IE5) – presentó mejoras adicionales en los modelos climáticos, así como una modesta reducción en la incertidumbre futura de los modelos en comparación con el IE4. Los modelos climáticos del último informe del IPCC formaron parte de Proyecto de intercomparación de modelos acoplados 5 (CMIP5), donde docenas de grupos de modelado diferentes de todo el mundo ejecutaron modelos climáticos utilizando el mismo conjunto de entradas y escenarios.
Calentamiento proyectado del Quinto Informe de Evaluación del IPCC (proyección media: línea negra gruesa; límites superior e inferior de dos sigma mostrados por líneas negras punteadas finas). La línea negra discontinua muestra los campos del modelo combinado. Gráfico de Carbon Brief con Highcharts.
El AR5 introdujo un nuevo conjunto de escenarios futuros de concentración de gases de efecto invernadero, conocidos como Rutas de concentración representativas (RCP). Estos incluyen proyecciones futuras a partir de 2006, con datos históricos anteriores a ese año. La línea discontinua gris en la figura anterior muestra la transición de los modelos, que pasan de utilizar forzamientos observados a forzamientos futuros proyectados.
Comparar estos modelos con las observaciones puede ser una ejercicio algo complicadoLos campos más utilizados de los modelos climáticos son las temperaturas globales del aire superficial. Sin embargo, las temperaturas observadas provienen de las temperaturas del aire superficial sobre la tierra y las temperaturas de la superficie del mar sobre el océano.
Para tener esto en cuenta, recientemente, los investigadores han creado campos de modelos combinados que incluyen las temperaturas de la superficie del mar sobre los océanos y las temperaturas del aire superficial sobre la tierra, para que coincidan con lo que realmente se mide en las observaciones. Estos campos combinados, mostrados por la línea discontinua en la figura anterior, muestran un calentamiento ligeramente menor que las temperaturas globales del aire superficial, ya que los modelos indican que el aire sobre el océano se ha calentado más rápido que las temperaturas de la superficie del mar en los últimos años.
Las temperaturas del aire en la superficie global en los modelos CMIP5 se han calentado aproximadamente un 16% más rápido que las observaciones desde 1970. Alrededor del 40% de esta diferencia se debe a que las temperaturas del aire sobre el océano se calientan más rápido que las temperaturas de la superficie del mar en los modelos; los campos de modelos combinados solo muestran un calentamiento un 9% más rápido que las observaciones.
A artículo reciente en Nature by Iselin Medhaug y sus colegas sugieren que el resto de la divergencia se puede explicar por una combinación de variabilidad natural de corto plazo (principalmente en el Océano Pacífico), pequeños volcanes y una producción solar menor a la esperada que no se incluyó en los modelos en sus proyecciones posteriores a 2005.
A continuación se presenta un resumen de todos los modelos analizados por Carbon Brief. La tabla a continuación muestra la diferencia en la tasa de calentamiento entre cada modelo o conjunto de modelos y De la NASA Observaciones de temperatura. Todos los registros de temperatura observacionales son bastante similares, pero el de la NASA se encuentra entre el grupo que ofrece una cobertura global más completa en los últimos años y, por lo tanto, es más directamente comparable con los datos de los modelos climáticos.
* Las diferencias de tendencia del SAR se calculan para el período de 1990 a 2016, ya que las estimaciones anteriores a 1990 no están fácilmente disponibles.
# Diferencias entre paréntesis basadas en campos terrestres y oceánicos del modelo combinado
Conclusión
Los modelos climáticos publicados desde 1973 han sido, en general, bastante precisos al proyectar el calentamiento futuro. Si bien algunos fueron demasiado bajos y otros demasiado altos, todos muestran resultados razonablemente cercanos a lo que realmente ha ocurrido, especialmente cuando se consideran las discrepancias entre las concentraciones de CO2 previstas y reales, así como otros forzamientos climáticos.
Los modelos distan mucho de ser perfectos y seguirán mejorándose con el tiempo. También muestran un rango bastante amplio de calentamiento futuro que... no se puede limitar fácilmente utilizando sólo los cambios en el clima que hemos observado.
Sin embargo, la estrecha correspondencia entre el calentamiento proyectado y el observado desde 1970 sugiere que las estimaciones del calentamiento futuro pueden resultar igualmente precisas.
Nota metodológica
Científico ambiental Dana Nuccitelli proporcionó amablemente una lista de comparaciones de modelos/observaciones anteriores, disponibles aquí. La función de Software PlotDigitizer Se utilizó para obtener valores de figuras más antiguas cuando los datos no estaban disponibles de otra manera. Los datos de los modelos CMIP3 y CMIP5 se obtuvieron de KNMI Climate Explorer.
Este artículo apareció originalmente en Resumen de carbono
Sobre el Autor
Zeke Hausfather cubre la investigación en ciencia del clima y energía con un enfoque en los Estados Unidos. Zeke tiene una maestría en ciencias ambientales de la Universidad de Yale y Vrije Universiteit Amsterdam, y está completando un doctorado en ciencias del clima en la Universidad de California, Berkeley. Pasó los últimos años de 10 trabajando como científico de datos y emprendedor en el sector de tecnología limpia.
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