Forskere udforsker komplekse mønstre af vippepunkter i Atlanterhavets nuværende system

Et internationalt hold af videnskabsmænd har advaret mod at stole på, at naturen giver ligetil 'early warning'-indikatorer for en klimakatastrofe, da ny matematisk modellering viser nye fascinerende aspekter af kompleksiteten af ​​klimaets dynamik.

Det tyder på, at klimasystemet kan være mere uforudsigeligt end hidtil antaget.

Ved at modellere den atlantiske meridionale væltende cirkulation, et af de vigtigste havstrømsystemer, har holdet, som inkluderede matematikere fra University of Leicester, fundet ud af, at stabiliteten af ​​systemet er meget mere kompleks end simple 'on-off' tilstande som tidligere antaget. Skift mellem disse stater kan føre til store ændringer i det regionale klima i den nordatlantiske region, men alligevel langt fra de massive konsekvenser af en overgang mellem de kvalitativt forskellige stater.

Men nogle af disse mindre overgange kan i sidste ende opskalere for at forårsage en større overgang mellem de kvalitativt forskellige stater med massive globale klimapåvirkninger. Tidlige advarselssignaler er muligvis ikke i stand til at skelne sværhedsgraden af ​​de efterfølgende tippepunkter. Ligesom et tårn af Jenga-blokke kan fjernelse af nogle blokke påvirke systemets stabilitet, men vi kan ikke være sikre på, hvilken blok der vil få hele systemet til at vælte.

Deres resultater er offentliggjort i Science Advances i et papir ledet af Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.

Den atlantiske meridionale væltende cirkulation er et af de vigtigste grundlæggende træk ved klimasystemet. Det transporterer varme fra lave til høje breddegrader i det nordlige Atlanterhav, så det hjælper med at skabe positive termiske anomalier i det nordlige og vestlige Europa og i den nordatlantiske region medvind. En opbremsning af cirkulationen ville resultere i en relativ afkøling i dette område.

At forudsige vores klimas adfærd, som i den atlantiske meridionale væltende cirkulation, er udfordrende på grund af dets utrolige kompleksitet. Forskere har enten brug for en model med den højest mulige opløsning eller forsøger at forstå dens adfærd ved hjælp af en mindre ressourcekrævende model, der giver mulighed for streng statistisk analyse.

Professor Valerio Lucarini fra University of Leicester School of Mathematical and Computer Science sagde:"Inden for hver stat er der en mangfoldighed af nærliggende stater. Afhængigt af hvor eller hvad du observerer, vil du muligvis finde nogle indikatorer på at nærme sig kollaps. Men det er ikke indlysende, om dette sammenbrud vil blive indeholdt i nærliggende stater eller føre til en større omvæltning, fordi indikatorerne kun afspejler systemets lokale egenskaber.

"Disse stater er de forskellige måder, hvorpå den atlantiske meridionale væltende cirkulation organiserer sig i stor skala, med vigtige konsekvenser for det globale klima og især regionalt i Nordatlanten. Under nogle scenarier kan cirkulationen nå et 'tipping point', hvor systemet er ikke længere stabil og vil kollapse Tidlige advarselsindikatorer fortæller os, at systemet muligvis hopper til en anden tilstand, men vi ved ikke, hvor anderledes det vil være.

"I en separat undersøgelse har vi set noget lignende forekomme i palæoklimatiske optegnelser:når du ændrer din tidsskala af interesse - ligesom en forstørrelseslinse - kan du opdage mindre og mindre skala distinkte træk, der er tegn på konkurrerende driftsformer for det globale klima .

"Paleoklimatiske optegnelser fra de sidste 65 millioner år gjorde det muligt for os at give en ny fortolkning af klimaudviklingen over den tidsperiode og afsløre disse mange konkurrerende tilstande.

"Dette studie baner vejen for at se på klimaet gennem linsen af ​​statistisk mekanik og kompleksitetsteori. Det stimulerer virkelig et nyt syn på klimaet, hvor man skal sammensætte komplekse numeriske simuleringer, observationsbeviser og teori i en uundgåelig blanding. Du skal værdsætte og støtte denne kompleksitet. Der er ingen genvej, ingen gratis frokost i vores forståelse af klimaet, men vi lærer meget af det."

Flere oplysninger: Johannes Lohmann, Multistability and Intermediate Tipping of the Atlantic Ocean Circulation, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adi4253. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi4253

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af University of Leicester