Matematik visualiserar klimatförändringar

Hur hamnade vi här? Vad ska vi göra för att ta oss härifrån? I klimatforskning är det viktigt att förstå hur världen fungerar om vi ska kunna förändra vårt beteende och förhindra framtida katastrofer. Med matematiska formler försöker forskare visualisera verkligheten för att ta reda på vilka förändringar vi behöver göra.

Film: Shutterstock
Film: Shutterstock

 – Vi bygger modeller där vi försöker representera naturens beteende med matematiska ekvationer, säger David Wårlind som är forskare vid institutionen för naturgeografi och ekosystemvetenskap vid Lunds universitet.

Klimatmodeller är ett kraftfullt verktyg för att förutspå vad som kommer hända med klimatet i framtiden utifrån olika perspektiv och med hjälp av en mängd olika parametrar. Med stöd av dem kan vi ta reda på vilka effekter våra beteenden har på systemet och hur vi genom att förändra dem kan nå olika resultat.

Att beräkna framtida klimat är komplicerat

När man hör om klimatförändringar och den globala uppvärmningen kanske tankarna går direkt till trafik och användningen av fossila bränslen – vilket inte är konstigt då detta är en mycket viktig komponent. Men i klimatmodeller är det långtifrån den enda parametern som behöver tas med i beräkningarna.

Klimatet på vår planet är komplicerat. Därför har man börjat utveckla så kallade jordsystemsmodeller, som tar hänsyn till haven, atmosfären, partiklar i luften och även hur markvegetationen ser ut, med mera. Just markanvändningen och hur den påverkar klimatet är något som David Wårlind undersöker.

Atmosfären och haven är de faktorer som har störst påverkan på klimatet. Historiskt sett har väldigt lite fokus har legat på vegetationen och markanvändningen.

Vegetation ändrar sig

David Wårlind förklarar att i de modeller som hittills använts för att förutspå hur klimatet kommer bete sig har landanvändning behandlats som en statisk komponent.

Vi bygger modeller där vi försöker representera naturens beteende med matematiska ekvationer.

– Man har visserligen tagit hänsyn till årstidsrelaterade variationer, fortsätter han. På vintern när det ligger snö på marken, så reflekteras mycket energi från solen, som på sommaren när växtligheten kommer tillbaka istället absorberas. Men man har antagit att vegetationen sett likadan ut från år till år.

Den markvegetation som har använts i klimatmodeller fram tills nu har varit relativt enkelt beskriven. Satellitbilder har använts för att uppskatta hur landområden ser ut med förenklingen att vegetationen klassificerats som antingen ”hög” eller ”låg”, det vill säga skog respektive jordbruk, gräs- eller betesmark.

Man med textplakat
Bild: Shutterstock
Bild: Shutterstock

– Men markanvändningen har visat sig ha större betydelse för klimatet än man tidigare räknat med, berättar han. När vi till exempel omvandlar skog och naturlig växtlighet till jordbruk, så påverkar vi klimatet genom att det frigörs mycket kol som varit bundet i vegetationen och jorden. Detta hamnar istället i atmosfären och bidrar till den globala uppvärmningen. Även hur solenergin absorberas av marken förändras tillsammans med andra faktorer.

Klimatmodeller behöver bli mer detaljerade

Hur mänskligheten använder marken är inte statiskt. Allteftersom jordens befolkning ökar kommer vi behöva mer plats till jordbruk för att föda den. De äldre klimatmodellerna där man inte tagit särskild hänsyn till hur landområdena ser ut kommer med andra ord inte räcka till för att tillförlitligt förutspå hur klimatet kommer att se ut i framtiden.

– Vårt uppdrag är att lösa detta, säger David Wårlind. Målet är att modellerna ska bli mycket mer detaljerade, men det inte är en helt lätt uppgift.

Men David Wårlind och hans forskarkollegor har kommit en bra bit på vägen. De har nu lyckats inkorporera deras dynamiska vegetationsmodell i en klimatmodell så att den kan representera detaljerna om hur markanvändningen historiskt har sett ut och hur den skulle kunna förändras i framtiden.

Detta kommer förhoppningsvis leda till mer tillförlitliga och realistiska klimatprojektioner in i framtiden.