Attributionsvidenskab:Kobling af klimaændringer til ekstremt vejr

I slutningen af ​​august, kategori fire Orkanen Ida hærgede Louisiana og forårsagede enorme skader i nordøst på grund af oversvømmelser. Mange hjem i begge regioner blev ødelagt, og der opstod langvarige strømafbrydelser. Da Ida flyttede nordpå, det affødte tornadoer, rekord nedbør, omfattende oversvømmelser, og resulterede i 82 dødsfald. Er det muligt at afgøre, hvor meget klimaændringer påvirkede en ekstrem begivenhed som Ida?

I dag, da ekstreme vejrhændelser sker oftere, folk spørger rutinemæssigt, om de er forårsaget af klimaændringer. Ti år siden, forskere ville have haft svært ved at besvare dette spørgsmål. I dag kan en ny type forskning kaldet attributionsvidenskab bestemme, ikke hvis klimaforandringer forårsagede en hændelse, men hvis klimaforandringer gjorde nogle ekstreme hændelser mere alvorlige og mere tilbøjelige til at forekomme, og i så fald med hvor meget. Der har altid været ekstreme vejrhændelser forårsaget af mange naturlige faktorer, men klimaændringer øger antallet og styrken af ​​disse begivenheder. Nu, det er muligt at kvantificere klimaændringernes indflydelse mere præcist, imidlertid, at bestemme, at klimaforandringer bidrog til en begivenhed, betyder ikke, at det forårsagede begivenheden.

Hvad kan attributionsvidenskaben fortælle os?

Et papir fra 2004 med titlen "Human Contribution to the European Heat Wave of 2003" anses generelt for at være det første attributionsvidenskabelige studie. Det modellerede, hvor meget menneskeskabte drivhusgasser øgede sandsynligheden for den historiske hedebølge i 2003 i Europa.

I dag, initiativet World Weather Attribution (WWA), et samarbejde mellem forskere rundt om i verden, foretager realtidsanalyser af ekstreme hændelser lige efter, at de er sket for at finde ud af, hvor meget klimaændringer spillede en rolle i dem. Attributionsvidenskab finder ud af sandsynligheden eller sværhedsgraden af, at en bestemt begivenhed sker i dag i forhold til, hvordan den kunne have udspillet sig i en fantasiverden, som mennesker ikke har varmet. Men fordi naturlig variation også altid spiller en rolle, selvom det viser sig, at en ekstrem begivenhed er blevet større sandsynlighed for klimaændringer, det betyder ikke nødvendigvis, at chancen for, at denne type begivenheder skal forekomme hvert år, vil stige.

Hvordan virker det?

Når der er en ekstrem vejrhændelse, forskere bestemmer først, hvor ofte en begivenhed af den størrelse kan forekomme baseret på historiske og observationsdata. Det er vigtigt at have gode observationsdata, der går langt tilbage. WWA siger, at datasættet mindst skal gå tilbage til 1950'erne, ideelt til 1800 -tallet. Nogle typer ekstreme hændelser kan analyseres mere præcist end andre. Dem med lange observationsrekorder, der kan simuleres af computermodeller, især dem, der er forbundet med temperatur, såsom hedebølger, levere størst sikkerhed i attributionsstudier.

Attributionsstudier kører derefter identiske klimamodeller under to scenarier. Først og fremmest, drivhusgaskoncentrationer holdes konstante på et eller andet niveau fra tidligere, før mennesker begyndte at brænde fossile brændstoffer, og klimamodellen er kørt over, sige, en 150-årig periode. Dette kaldes "kontrafaktisk verden" - den verden, der kunne have været. For det andet scenario, klimamodellen går tilbage i tiden igen, tilslutning af de faktiske drivhusgaskoncentrationer for hvert år, efterhånden som de steg med tiden. Ved at sammenligne resultaterne fra de to modellerede scenarier, forskere kan estimere, hvor meget menneskelige emissioner fra fossile brændstofaktiviteter har ændret oddsene. Statistiske metoder bruges derefter til at kvantificere forskellene i begivenhedens sværhedsgrad og hyppighed.

Som et eksempel, hvis den ekstreme hændelse forekommer dobbelt så ofte i nutidens klimamodel som i den kontrafaktuelle klimamodel, så er klimaforandringerne fast besluttet på at have gjort begivenheden dobbelt så sandsynlig, som den ellers ville have været i en verden uden menneskeskabte emissioner.

Begrænsningerne ved tilskrivningsanalyser

På grund af den naturlige variation, imidlertid, at lave attributionsanalyser af ekstreme nedbørshændelser som orkanen Ida er vanskeligere, ifølge klimaforsker Radley Horton, af Columbia Climate Schools Lamont-Doherty Earth Observatory. "Det er ikke let at tilskrive ekstreme regnhændelser som dette, selvom folk gør det helt sikkert, "sagde han." Dette skyldes, at den naturlige variation i ekstrem nedbør fra et år til det næste på et hvilket som helst sted er meget større, gør det sværere at se signalet om klimaændringer i forhold til støj fra variabilitet. "

Klimamodeller er også mindre pålidelige for ekstrem nedbør, fordi de arbejder med gitterkasser, der dækker store rumlige områder; for eksempel, 100 miles ved 100 miles. For hver gitterboks, der er et tal, der repræsenterer alt - temperatur, nedbør, og vindhastighed - uden at skelne mellem dem. Ekstrem nedbør, imidlertid, falder ofte i relativt snævre geografiske bånd. Den mest ekstreme nedbør, for eksempel, kan forekomme i et bånd 40 miles bredt, og i de fleste klimamodeller, gitterkassen er større end 40 miles.

"Klimamodellen kan ikke fortælle dig noget i en finere rumlig skala end dens netboks, så det kan ikke rigtig fange ekstreme nedbørshændelser, sagde Horton. Han tilføjede, "På nuværende tidspunkt, tilskrivningsresultater er mere robuste for hedebølger, gradvist skiftende forhold, der dækker et stort område som stigning i havniveau, global gennemsnitstemperatur, eller omfanget af Arktisk havis. At forsøge at kvantificere, hvor meget klimaforandringer, der øgede ekstrem nedbør, er stadig udfordrende og er et område med aktiv forskning. "

Klimamodeller har i øjeblikket ikke fin nok rumlig opløsning til at håndtere de mange aspekter af ekstrem nedbør, hovedsagelig fordi de mangler tilstrækkelig computerkraft. Ud over, de er begrænset af, hvad forskere stadig ikke ved om forholdet mellem forskellige komponenter i det atmosfæriske system, som klimaforandringer kan ændre på uforudsigelige måder - centrale processer, der kan interagere for at frigøre ny adfærd, når drivhusgasser stiger og temperaturen stiger.

I fremtiden, imidlertid, attributionsvidenskab vil sandsynligvis blive mere definitiv. "Hvert femte til tiende år, vi har flere års data, så vi er bedre i stand til at estimere, hvad baseline -risikoen er, fordi vi taler om meget sjældne hændelser, "sagde Horton." Vi vil også have nye dataprodukter som satellitter, der kan hjælpe os med at se på skyens temperaturer og hjælpe med at estimere nedbør på steder, hvor der muligvis ikke er mange vejrstationer. Men jeg tror, ​​at endnu vigtigere vil være, at efterhånden som vores computerkraft vokser, disse gitterkasser bliver finere og mindre. Vi vil have modeller med højere opløsning. "

Selv om tilskrivningsundersøgelser er begrænsede, når det kommer til at bestemme, hvor meget klimaændringer påvirker nedbørshændelser, bundlinjen er, at klimaforandringer har gjort mange typer ekstreme hændelser mere almindelige, end de var tidligere.

Og for enhver given storm, ligesom Ida, der er et stort potentiale for kraftigere nedbør, da en opvarmende atmosfære holder mere fugt. Forskere har tillid til deres fremskrivninger om, at ekstreme nedbørshændelser stiger, og at de vil være et voksende problem i fremtiden, fordi de observerede tendenser har været så store mange steder. Men der er stadig stor usikkerhed om, hvor alvorlige de øvre ekstremer vil være, som er afgørende for at vide, hvordan man planlægger, undgå økonomisk skade, og redde liv.

Andre faktorer, også, være med til at skabe en naturkatastrofe. Ifølge WWA, først er de meteorologiske forhold. For det andet er eksponering for begivenheden - hvor mange mennesker og hvor meget ejendom der er placeret i farezoner. Og endelig, sårbarhed - attributter og omstændigheder for en befolkning eller et system, der gør den modtagelig for begivenhedens påvirkninger.

Nogle gange finder attributionsanalyser, at ekstreme hændelser ikke nødvendigvis er blevet forværret af klimaforandringer, men derimod af befolkningens eksponering og sårbarhed. For eksempel, efterhånden som flere og flere amerikanere bygger boliger i områder med høj risiko for oversvømmelser og naturbrande, den katastrofale skade, der opstår, skyldes en sammenflydning af faktorer - såsom varmere og mere tørre somre, der øger risikoen for ildebrande eller mangel på statslige regler for bygning på oversvømmelsessletter.

Attribution videnskab på arbejde

I juli, Tyskland, Belgien, Luxembourg, og Holland oplevede katastrofale oversvømmelser på grund af rekordstore nedbørsmængder under en storm, der dræbte 220 mennesker. Ifølge regionens historie, der var 1 ud af 400 chance for, at der faldt så meget nedbør i et givet år. Men en attributionsanalyse fra WWA fandt ud af, at menneskeskabte klimaforandringer gjorde begivenheden 1,2 til 9 gange mere sandsynlig end den ville have været for 100 år siden. Opvarmningstemperaturerne øgede også mængden af ​​nedbør med tre til 19 procent.

Hedebølgen, der ramte stillehavets nordvest i juni, bragte temperaturer højere end nogensinde tidligere registreret i den region. Begivenheden blev anslået til at være en 1 ud af 1000-årig begivenhed og kunne aldrig være sket uden klimaændringer, ifølge WWA.

Varmebølgen viste sig også at være 2 grader Celsius varmere, end den ville have været, hvis den havde fundet sted før den industrielle revolution. Hvis verden når 2 grader Celsius af global opvarmning (den har i øjeblikket varmet omkring 1,1 grader Celsius, men er på vej til at nå 1,5 grader Celsius i 2040), denne type 1 ud af 1000 års hedebølge kan forekomme hvert femte til tiende år.

To tilskrivningsundersøgelser fandt ud af, at klimaændringer gjorde, at orkanen Harvey, som forårsagede oversvømmelser og over 100 dødsfald i Texas og Louisiana i 2017, tre gange mere sandsynligt og øgede stormens nedbør med 15 procent. I modsætning til orkanen Ida, Orkanen Harvey dækkede et stort område med ekstrem nedbør, der faldt over en længere periode.

Carbon brief, et britisk websted, der rapporterer den seneste udvikling inden for klimavidenskab, har kortlagt over 350 peer-reviewed undersøgelser af ekstremer i vejret rundt om i verden og analyseret tendenser. Samlet set, ekstreme begivenheder er steget i de sidste 10 til 15 år. 70 procent af 405 ekstreme vejrhændelser blev mere sandsynlige eller mere intense af menneskeskabte klimaforandringer. 92 procent af 122 tilskrivningsundersøgelser af ekstrem varme fandt ud af, at klimaændringer gjorde dem mere sandsynlige eller mere alvorlige. 58 procent af 81 nedbørstudier fandt ud af, at menneskelig aktivitet gjorde dem mere sandsynlige eller intense. Og 65 procent af 69 tørkebegivenheder blev også forværret af klimaændringer.

Hvordan kan attributionsvidenskab ellers bruges?

Attributionsvidenskab er ved at blive tilstrækkeligt anerkendt og etableret nok til at yde støtte i nogle juridiske tvister. I 2020, Sabin Center for Climate Change Law og Lamont-Doherty Earth Observatory etablerede Climate Attribution Database. Den indeholder 385 videnskabelige ressourcer organiseret efter tema:tilskrivning af klimaændringer, ekstrem hændelse tilskrivning, påvirkningstilskrivning, og kildetildeling. Databasen hjælper forskere med at forstå, hvordan attributionsforskning kan anvendes på love og politikker, give advokater adgang til den nyeste forskning for at støtte deres sager, og give politikere ressourcer, der giver begrundelse for deres klimapolitik. En række miljøpåvirkninger, såsom stigning i havniveau, smeltende permafrost eller snepose, ekstrem varme, og forsuring af havet kan ganske sikkert tilskrives klimaændringer. Og når først en indvirkning er blevet bestemt til at blive påvirket af klimaændringer, det er muligt at finde ud af, hvilken andel der skal tilskrives en bestemt emissionskilde.

Lindene Patton, en partner hos Earth &Water Law, fortalte E&E News, "Når videnskaben ændrer sig, når en viden, som en ansvarlig professionel forventes at følge med og forstå og være opmærksom på - når det ændrer sig, det ændrer, hvad de skal gøre for at beskytte mennesker. Det ændrer plejestandarden. "

Attributionsvidenskab kan således potentielt bruges til at forsvare klimareguleringer, der udfordres som værende for strenge eller til at etablere sagsanlæg ved at vise, at visse parter er blevet skadet af klimaændringer. Det kan hjælpe med at holde udledere ansvarlige og sagsøge regeringer for ikke tilstrækkeligt at regulere drivhusgasemissioner. Ifølge Michael Burger, administrerende direktør for Sabin Center for Climate Change Law ved Columbia University, en nederlandsk domstol beordrede Shell til at reducere drivhusgasemissioner forbundet med forbrænding af dets fossile brændselsprodukter 45 procent inden 2030, ved hjælp af en form for "kildeattribution". Og Filippinernes Menneskerettighedskommission fastslog, at virksomheder med fossilt brændsel har et ansvar i henhold til en menneskerettighedslovgivning på Filippinerne for at reducere emissionerne fra deres produkter og tjenester. Endnu, imidlertid, intet fossilt brændstof eller elselskab er blevet holdt ansvarlig for klimarelaterede skader baseret på en ekstrem hændelse eller en gradvis ændring af miljøforholdene. Men fordi attributionsvidenskab gør det muligt at kvantificere øgede risici, det vil sandsynligvis resultere i flere retssager i fremtiden.

Attributionsvidenskab kan også bruges til at hjælpe regeringer med at bestemme det rigtige niveau for en emissionsloft eller en kulstofafgift, og kunne til sidst endda bruges til at forudsige ekstreme hændelser.

"Allerede, vi ser tilskrivningsundersøgelser blive gennemført, før en begivenhed overhovedet er sket, "sagde Horton." Lad os sige, at der er en orkan i det tropiske Atlanterhav. Du ser den kegle af usikkerhed om, hvor stormen kan gå om en uge eller 10 dage. Folk kan knytte disse kortsigtede forudsigelser til modeller, der giver os den kontrafaktiske verden uden opvarmning i forhold til nutidens verden, så før stormen endda kommer, der er et skøn over, hvor meget mere sandsynligt du er for at få den begivenhed. "

Fordi fremtiden sandsynligvis vil bringe ekstremt vejr og konsekvenser i områder, der ikke tidligere har oplevet så hyppige eller intense begivenheder, attributionsvidenskab kan potentielt også hjælpe med klimatilpasning. For eksempel, byer kan beslutte at installere mere grøn infrastruktur for at absorbere en forventet stigning i stormvand. Eller hvis et område er klar over, at der sandsynligvis vil forekomme mere ekstreme vejrhændelser i fremtiden, beboere kan blive overtalt til at flytte frem for at genopbygge.

Attributionsvidenskab giver ny indsigt i virkningerne af klimaændringer. Som sådan, det har et stort potentiale som et værktøj til at hjælpe med at uddanne, forberede, og påvirke globale samfund, når de står over for virkningerne af en opvarmende verden.

"Min personlige følelse om attributionsvidenskab, "sagde Horton, "er, at det er mindre en revolution i vores forståelse, og mere en revolution i, hvordan vi anvender viden til at tilskrive skyld og fordele ansvar, og måske vigtigst af alt, at informere og motivere lokalsamfund og interessenter til at handle. "