Klimatmodeller visar vägen mot framtiden

Två forskare i skogen
Forskarna Birgitta Svenningsson och Paul Miller har fokus på biosfären och hur den påverkas av klimatet. Foto: Kennet Ruona

Klimatfrågan är en av vår tids största globala samhällsutmaningar. I det arbetet är forskningen om vart klimatet är på väg en viktig del. Både för att kunna följa att de utsläppsminskningar som världens länder avtalat om i Paris 2015 verkligen får en effekt, men också för att vara bättre förberedda på de klimatförändringar som vi inte kommer att kunna undvika.

En klimatmodell utvecklad av forskare från bland annat Lunds universitet får nu allt större betydelse inför nästa stora internationella klimatrapport från IPCC.

Av Nina Nordh

Ett av de strategiska forskningsområdena vid Lunds universitet är MERGE, ModElling the Regional and Global Earth system. Mer än hundra forskare från fem svenska universitet samt SMHI utvecklar tillsammans metoder för att bättre förstå samspelet mellan i första hand biosfären och klimatförändringarna. Avancerade datormodeller kopplar samman kunskap från en mängd olika områden som rör vårt klimat.

– Vi har framför allt fokus på biosfären och hur den påverkar och är påverkad av klimatet. Vi försöker bättre förstå vegetationens roll i klimatsystemet, säger Paul Miller som är en av experterna på klimatmodeller och den som koordinerar arbetet i MERGE.

Med biosfär menas den del av jorden och dess atmosfär där det finns liv. Det är basen för människans existens genom att biosfären förser oss med syret vi andas och maten vi äter. Mellan marken, isar, hav och andra vattendrag samt atmosfären finns ett komplext samspel som påverkar vårt klimat.

De stora dragen är kända men fortfarande finns det pusselbitar som forskarna försöker förstå för att allt bättre kunna förutsäga vad som kommer att hända med klimatet de närmaste hundra åren.

Vegetationen påverkar klimatet

I detta sammanhang lyfts allt mer betydelsen av att vidareutveckla dagens klimatmodeller till så kallade jordsystemmodeller. Forskarna använder så kallade jordsystemmodeller för att bättre förstå hur klimatet påverkas av kolets kretslopp i naturen, den så kallade kolcykeln.

Jordsystemmodellerna används också för att förstå hur ekosystemen på land påverkas av den globala uppvärmningen. Bland annat studerar forskarna i MERGE hur vegetationen och markanvändningen bidrar till klimatförändringen via så kallade återkopplingsmekanismer.

Ett sätt är att vegetationen ändrar markytans fysiska egenskaper, till exempel hur den reflekterar eller absorberar värmestrålning från solen, vilket i sin tur påverkar klimatet både lokalt och globalt.

Partiklar maskerar effekten av klimatförändringar

Koldioxid och metan är de två gaser i atmosfären som bidrar mest till den globala uppvärmningen tillsammans med lustgas (dikväveoxid) och marknära ozon, men också sotpartiklar från förbränning.

Birgitta Svenningsson är vice koordinator för MERGE och forskar vid Lunds universitet om hur molnbildning påverkas av partiklar i luften. Partiklarna bidrar till molnbildning, som i sin tur leder till nederbörd och ändrar molnens egenskaper.

Dessutom hindrar partiklarna solljus från att nå marken. Något som på kort sikt kan vara oroväckande eftersom det hittills har maskerat effekten av klimatförändringarna till viss del. Orsaken är att partiklarna från förbränning eller liknande processer är mycket mer kortlivade i atmosfären och skulle kunna försvinna på några veckor om vi slutade släppa ut dessa.

Växthusgaser som koldioxid och metan kommer däremot att finnas kvar i atmosfären betydligt längre – metan i årtionden och koldioxid i flera hundra år. Det är också ett skäl till att det är så bråttom att minska utsläppen från fossila bränslen.

Två forskare i skogen
Foto: Kennet Ruona
Foto: Kennet Ruona

Belyser partiklars betydelse för klimatet

Birgitta Svenningsson berättar att deras bidrag till forskningen inom MERGE framför allt har ett experimentellt fokus:

– För att förstå partiklarnas betydelse för klimatet tittar vi på allt från enstaka vattendroppar till hur luftmassor rör sig mellan våra fältstationer, säger Birgitta Svenningsson och berättar vidare:

– Lokalt kan luftföroreningar som till exempel sotpartiklar ha stor betydelse för molnbildningen. Däremot globalt sett har växters utsläpp av organiska föreningar en ännu större betydelse.

Växterna binder inte bara koldioxid och avger syre i den så kallade fotosyntesen. Även många andra ämnen avgår från växterna, särskilt i stressreaktioner, till exempel flyktiga kolinnehållade ämnen, så kallade VOC (volatile organic compounds).

– Numera vet vi att de här ämnena omvandlas till partiklar i atmosfären, men inte hur stor påverkan de har på klimatet, säger Birgitta Svenningsson.

Unik klimatmodell

Genom att forskarna i MERGE kombinerar experimentella data från studier på lokal nivå med avancerade jordsystemmodeller förbättras hela tiden förmågan att förutsäga klimatet för större områden under det kommande århundradet.

Den jordsystemmodell som forskarna i MERGE använder och utvecklar, EC-Earth, utvecklades ursprungligen av ett europeiskt konsortium med MERGE-partnern SMHI som drivande kraft. MERGE-partners i Lund har senare bidragit med att bland annat koppla samman EC-Earth med vegetationsmodellen LPJ-GUESS, som utvecklats av professor Ben Smith vid INES, Lunds universitet.

– Det unika med vår modell är att den för första gången också tar hänsyn till kolcykeln, VOC, vegetation och markanvändning, något som har stor betydelse för klimatet, berättar Paul Miller.

Just nu pågår den sjätte fasen av ett stort internationellt jämförelseprojekt (CMIP6) där experiment med världens främsta klimatmodeller samordnas.

Resultaten ska användas för nästa stora internationella klimatrapport från FN:s klimatpanel IPCC. I början av 2022 publiceras deras sjätte rapport, ”6th Assessment Report”. Då kommer data från MERGE:s forskning om hur klimatet påverkas av vegetationen att ingå fullt ut för första gången.

MERGE, ModElling the Regional and Global Earth system
EC-Earth
LPJ-GUESS, Lund-Potsdam-Jena General Ecosystem Simulator

SMHI om forskning kring klimatmodeller:
https://www.smhi.se/forskning/forskningsomraden/klimatforskning/ec-eart…
https://www.smhi.se/forskning/forskningsomraden/klimatforskning/klimatm…
IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change:
http://www.ipcc.ch/ http://www.ipcc.ch/pdf/ar6_material/AC6_brochure_en.pdf

CMIP6, The 6th phase of the Coupled Model Intercomparison Project:
https://www.nature.com/articles/nclimate3398 https://www.wcrp-climate.org/wgcm-cmip/wgcm-cmip6