Utdrag fra «Hva er KLIMA?»

Min kollega Øyvind Paasche og jeg holder på med en liten bok om klima. Han tar seg av det som har med fortiden å gjøre, mens jeg konser mest på været.

Vi synes vi har kommet på en finurlig måte å legge opp boken. Vi har delt opp stoffet etter hvilken tidsskala de enkelte fenomenene opererer på. Været kan som kjent snu på en time, mens istidene de siste million årene har hatt en periode på omtrent 100 000 år. Etter Øyvinds etter min mening veldig gode idé har vi gjort det sånn:

Først kommer et kapittel om atmosfæren og strålingsbalansen med solen. Dette er som et bakgrunnskapittel å regne. Tidsskalaen er null år. Så kommer været med en tidsskala på null til ett år. Deretter kommer de store værsystemene, som El Niño og Den nord-atlantiske svingning (NAO). Tidsskala 1–10 år. På 10–100-årsskalaen følger Den lille istid og nåtidens globale oppvarming, etterfulgt av istidsfenomener på rad og rekke.

Her er noe som kanskje blir begynnelsen på kapittel 2 – «Været»:

På 1960-tallet ble meteorologien revolusjonert av en mann på et kontor. Edward Lorenz (1917–2008) satt ved MIT og fiklet med en enkel datamodell for værvarsling. Dette var før de moderne datamaskinene, så vi kan se for oss Lorenz der han sitter og puncher hullkort til å mate inn i maskinen. Alt måtte fores inn i systemet med håndkraft.

Idéen – for på den tiden var det ennå bare en idé – om at det var mulig å drive med værvarsling var dristig. Riktignok er været styrt av en rekke kompliserte fysiske ligninger. Det dreier seg imidlertid dessverre om en vanvittig mengde ligninger. Man er fremdeles nødt til å stryke mange ledd og ignorere en bråte kjente sammenhenger for at oppgaven skal bli overkommelig for datamaskinene, og dagens prosessorer er i størrelsesorden 100 000 ganger raskere enn datidens. 

Man bygget på antagelsen om at været er deterministisk.  Så lenge man visste hvordan været var på et gitt tidspunkt, så kunne man i alle fall i teorien bare plugge det inn i datamaskinene, og så ville de regne ut hvordan været utviklet seg. Det samme prinsippet gjelder for planetenes bevegelser. Man vet for eksempel allerede nå at Halleys komet vil være i perihelium (nærmest sola) 28. juli 2061. Problemet er bare at én enkel komet er ganske greit å forholde seg til, men i atmosfæren er det så mange luftmolekyler at vi blir svimle av å tenke på det.

Resultatene var likevel lovende. Til tross for at de ligningene Lorenz brukte var grovt forenklete, så det ut til at værsystemene i modellen utviklet seg noenlunde i tråd med det man kunne forvente. Dette var svært oppmuntrende, og det viste at det i hvert fall var en viss forutsigbarhet i systemet. Han ville derfor sette i gang en lengre simulering, eller modellkjøring som det kalles. For å spare regnetid tenkte han at det var lurt å bruke tall fra en annen simulering som utgangspunkt. Han punchet inn tallene fra midtveis i den gamle kjøringen og satte i gang modellen på nytt.

Lorenz forventet selvsagt at været i den nye kjøringen skulle følge den videre utviklingen i den gamle. Det viste seg imidlertid at været i den nye simuleringen beveget seg i sin egen retning. Som ved magi divergerte de to kjøringene ganske raskt. Værets kaotiske natur ble oppdaget nærmest ved en tilfeldighet.

Årsaken var like enkel som den var uventet. For enkelhets skyld hadde Lorenz skrevet ut tallene med kun tre desimaler – for eksempel 0,123. Dette til tross for at modellen egentlig lagret tallene med seks desimaler – 0,123456 – men det kunne da ikke være så viktig? Avrundingsfeilene var likevel store nok til å få de to kjøringene til å ende opp med to signifikant forskjellige værtyper.

De praktiske implikasjonene er besnærende. Bittesmå variasjoner i værets initialtilstand er nok til å endre den videre utviklingen til det ugjenkjennelige. Endringene vokser i omfang jo lenger fram i tid man kommer. Om jeg kjører bil eller tar bussen til jobb en dag i januar kan teoretisk sett være med på å avgjøre om det bli sol eller regn på 17. mai. Eller som Lorenz skrev: «Kan en sommerfugls vingeslag i Brasil sette i gang en tornado i Texas?»

Lorenz’ oppdagelser danner grunnlag for begrepet «sommerfugleffekten», som er sentralt innenfor kaosteorien. Dette er viktig fordi det finnes en rekke dynamiske systemer i naturen som er hyperfølsomme for initialtilstanden – den værsituasjonen som blir «matet inn» i datamaskinene da man setter i gang modellen.

Den amerikanske forskeren Kerry Emanuel, en av Lorentz’ elever, har en glimrende analogi som illustrerer sommerfugleffekten. Vi kan se for oss to blader som ligger og flyter ved siden av hverandre i en stillestående bekk. Så oppstår det plutselig en strøm som fører bladene videre nedover. Ti meter lenger nede i bekken plukker vi dem opp, samtidig som vi merker vi oss hvordan de hadde flyttet seg. Kan vi klare å reprodusere bevegelsene deres ved igjen å plassere dem i nøyaktig samme utgangsposisjon? Hadde vi kunnet forutse akkurat hvordan de skulle bevege seg selv med perfekt kunnskap om bekkens strømningsmønster? Svarene er selvsagt nei. Det er like umulig som på forhånd å skulle anslå hvor i trommelen hvert enkelt klesplagg i en vaskemaskin kommer til å ende opp ved programmets slutt.

Det ligger et paradoks her et sted. Vi vet – eller mange av oss tror i hvert fall – at det er teoretisk mulig å regne ut været langt framover i tid. Samtidig vet vi at vi aldri vil kunne få det til. Et værvarsel som varer lenger enn en uke har svært begrenset verdi. Dette er ikke bare fordi modellene ikke er gode nok, men kanskje mest fordi det i praksis er umulig å initialisere dem godt nok. 

Ute over Atlanterhavet, hvor mye av grunnlaget for værutviklingen i Europa blir lagt, har man for eksempel kun satellittdata og en og annen skipsobservasjon til rådighet. I tropene og i de øde polområdene, som er så viktige for vær og klima på hele kloden, er det få værstasjonener og mange er i elendig forfatning. Det manglende datagrunnlaget danner gapende hull som modellen må fylle etter beste evne.

Man har utviklet teknikker som reduserer følsomheten for initialbetingelesene, men værvarslingsmodellene er like fullt offer for det som kalles «deterministisk kaos» – forutsigbarheten er til stede i teorien, men praktiske forhold gjør at den kaotiske komponenten får dominere. Dette kan det være greit å ha i bakhodet neste gang vi klandrer meteorologene for dårlige varsler.

Advertisements

One thought on “Utdrag fra «Hva er KLIMA?»

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s