Uheldig timing og ændringshastighed kan være nok til at tippe et klimasystem

Forestil dig pludselige skift i de tropiske monsuner, reduktion af nedbør på den nordlige halvkugle, og styrkelse af nordatlantiske stormspor inden for årtier. Dette er nogle af de påvirkninger, som klimaforskere forventer, hvis Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC), som omfordeler varme fra ækvatoriale områder til den nordlige halvkugle, pludselig tipper ind i en hvilende tilstand som følge af den globale opvarmning. Konsekvenserne vil drastisk ændre vilkårene for landbruget, biodiversitet, og økonomien i store dele af verden.

En modelundersøgelse af Johannes Lohmann og Peter D. Ditlevsen fra Physics of Ice, Klima, og jorden, Niels Bohr Instituttet, Københavns Universitet, Danmark, foreslår nu AMOC, og potentielt kan andre klimaundersystemer, der nærmer sig tipping points, tippe længe før forventet på grund af hastighedsinduceret tipning. Arbejdet, offentliggjort i dag i PNAS er en del af TiPES-projektet finansieret af EU Horizon 2020.

Tid betyder noget

Der er en voksende bekymring blandt klimaforskere om, at adskillige klimatiske delsystemer kan vælte irreversibelt og brat til en ny tilstand, hvis atmosfærisk CO2 ₂ -niveauer er skubbet ud over endnu ukendte tærskler. Disse delsystemer omfatter iskapperne i Antarktis og Grønland, Amazonas regnskoven, den asien-australske monsun, havisen i det arktiske hav, og AMOC.

Ud over, det er stadig usikkert, om rate-inducerede tipeffekter også kan forekomme. Disse effekter manifesterer sig som en vipning af systemet til en ny tilstand selv før en teoretisk tærskel i de ydre forhold (såsom den atmosfæriske CO2) ₂ niveauer) er nået. Ved rate-induceret tip, forandringshastigheden – ikke mængden af ​​forandring – er den vigtige faktor. Dette skyldes, at tipning sker lettere, når systemets forhold ændrer sig ret hurtigt.

For at studere rate-induceret tipning i klimasystemet undersøgte Dr. Johannes Lohmann fænomenet i en kompleks havmodel, Veros.

Iboende uforudsigelig

Først, modellens vippetærskel ved meget langsomme stigninger af det nordatlantiske ferskvandstilførsel blev identificeret. Derefter, en række eksperimenter blev udført, hvor ferskvandstilførslen blev øget med varierende hastighed, men kun til niveauer under tiptærsklen. Resultaterne viste tydeligt karakteristikaene ved hastighedsinduceret tipning.

Specifikt, da havmodellen blev udsat for stigninger i ferskvandstilførsel til Nordatlanten, som simulerede accelererende afsmeltning fra Grønlands Indlandsis over tidsskalaer på 10 til 150 år, AMOC havde en stærk tendens til at tippe til en hvilende tilstand, før dens tærskel var nået.

Det viste sig også, at på grund af havmodellens kaotiske dynamik, den hastighedsinducerede tipning var meget følsom over for små ændringer i de oprindelige betingelser og hastigheden for ændring af smeltevandsstigning. Dette gør vippetærsklen uklar. Derfor den kvalitative skæbne for havcirkulationen, dvs. om det vil kollapse eller forblive som den moderne stat, forbliver i sagens natur uforudsigelig.

Bekymrende, hvis ægte

Forekomsten af ​​hastighedsinduceret tipning i en global havmodel giver vigtige beviser på, at et eller flere klimaundersystemer kan tippe fra at blive skubbet for hurtigt som følge af global opvarmning. Hvorvidt dette virkelig er en realitet skal vise sig på tværs af flere modeller i klimamodelhierarkiet.

Imidlertid, resultaterne peger på grundlæggende begrænsninger i klimaets forudsigelighed og bekræfter behovet for at begrænse CO ₂ emissioner for at holde sig væk fra farlige og uforudsigelige tipninger.

"Det er bekymrende nyheder. For hvis dette er sandt, det reducerer vores sikre betjeningsplads, siger Johannes Lohmann.