Anerkjent amerikansk fysiker plukker klimamodellene fra hverandre

Dommedagsprofetiene basert på klimaprognoser har skapt en egen sjanger av katastrofefilmer, her fra «The day after tomorrow» (2004). Stillbilde: YouTube.

Forestillingen om at menneskeheten er i ferd med å ødelegge klimaet på jorden, påvirker i dag nær sagt alle politiske beslutninger i Vesten, fremfor alt ambisjonene om en global energirevolusjon som til enorme kostnader og med store utbygginger og forsakelser skal forsøkes gjennomført på noen få tiår.

Til grunn for dette ligger det en allment utbredt overbevisning om at klimavitenskapen har fastslått at menneskeheten vil overopphete planeten hvis den fortsetter å bruke fossile energikilder, som medfører utslipp av CO₂. Noen får selvmordstanker av dette, andre lar være å få barn.

Men finnes det belegg for å si at klimavitenskapen er så solid at det ikke er noen grunn til å tvile på slike katastrofevarsler?

Det korte svaret er nei. Det som følger, forklarer hvorfor.

Debatten som aldri kom

En rekke fremragende naturvitenskapsfolk – det være seg William Happer, Franco Prodi, Ivar Giæver eller andre – har gjennom årenes løp påpekt at klimamodeller er usikre og at det derfor er all grunn til å tvile på deres pålitelighet. Personene det gjelder, er uten unntak blitt avfeid med ugyldige argumenter som at de ikke er klimaforskere, at de har økonomiske interesser i saken eller at de ganske enkelt er dårlige og umoralske mennesker.

Som følge av denne bikkjeslagsmålsmetoden har en intellektuelt respektabel offentlig debatt om klimamodeller aldri sett dagens lys. Men nå kan en ny bok kanskje bidra til en forandring på denne trøstesløse situasjonen.

En ny, kritisk gjennomgang av klimaforskningen

4. mai gav den fremragende amerikanske fysikeren Steven E. Koonin ut boken Unsettled: What Climate Science Tells Us, What It Doesn’t, and Why It Matters. Hovedtittelen er en avvisning av den hyppige påstanden om at «the science is settled» på klimafeltet, altså at klimaforskningen nå er en veletablert vitenskap som kan levere pålitelige klimaprognoser.

Steven E. Koonin. Stillbilde: Fox Business / YouTube.

Koonin, som er professor ved New York University og var vitenskapelig rådgiver i USAs energidepartement under Obama-administrasjonen, bruker deler av boken på å forklare ting som at klimaforskningen i offisielle rapporter fremstår som langt mer usikker enn det som fremgår av oppsummeringene politikere forholder seg til, eller at den lille temperaturøkningen som har skjedd de siste hundre årene, ikke kan påstås å ha skapt store problemer for menneskeheten.

Men det viktigste bidraget Koonin gir i boken, er å ta anstrengelsen ved å forklare, på en måte som er tilgjengelig for et bredt publikum, hvordan klimamodellering gjøres.

Hvorfor klimamodeller er usikre

I praksis er det noen helt avgjørende trinn i denne prosessen som bygger på skjønnsmessige avgjørelser hos fagfolk, og det er uråd å vite om disse er riktige. Dette gjør også at det finnes mange innbyrdes motstridende klimamodeller. Ikke alle kan være sanne, så hvilken kan påberope seg å være solid vitenskap?

I det som er et pedagogisk mesterstykke skisserer Koonin i tilstrekkelig teknisk detalj, men uten å gå over hodet på publikum, hvor klimaforskningen begynner å ta de uvitenskapelige skrittene.

Fra sikre naturlover til usikre klimamodeller

Naturlovene som forklarer de forandringene i havet og atmosfæren og på land som skaper klimaet, det være seg vind, havstrømmer, temperatur eller annet, er velkjente, forklarer Koonin. Men det å bruke disse naturlovene, som har form av matematiske ligninger, til å gjøre beregninger som tar mål av seg til å simulere virkeligheten, er en omfattende prosess.

Koonin vet hva han snakker om, for han er selv en av de største autoritetene i verden på akkurat dette punktet som en av pionerene og lærebokforfatterne innenfor vitenskapelig databehandling, som er datamaskinassisterte modellberegninger av fysiske systemer. Slike beregninger er svært nyttige, og er blitt benyttet til alt fra design av nye fly, båter eller oljeplattformer via studier av turbulente flammer og atombombers virkemåte til værvarsling – og altså klimaforskning.

Problemet med klimaforskning er at det fysiske systemet som forsøkes simulert, altså landjorden, verdenshavene og atmosfæren, er ufattlig mye større og mer komplekst enn en oljeplattform i havet eller en enkelt atombombeeksplosjon.

Ligningssystemene som gjelder for klimaet, blir da heller ikke forsøkt løst analytisk på en måte som gir svar på fysiske spørsmål for et hvilket som helst sted i klimasystemet. Det er en uoverkommelig oppgave, i motsetning til forenklede lærebokoppgaver i f.eks. temperatur- eller bølgedynamikk som matematikk- og fysikkstudenter blir kjent med.

Datamaskinberegningenes begrensninger

Ved hjelp av datamaskiner forsøker man i stedet å finne omtrentlige løsninger i noen imaginære bokser som defineres av abstrakte, tredimensjonale rutenett. På den måten ender man opp med systemer av vanvittig mange ligninger, men som er enklere og dermed mulige å løse ved hjelp av uhyre kraftige datamaskiner.

Men selv med verdens kraftigste datamaskiner er det uråd å gjøre dette rutenettet særlig finmasket hvis man vil simulere det globale klimaet mange år frem i tid. Sidekantene til «boksenes» grunnflater er derfor typisk i størrelsesorden 100 kilometer lange i atmosfæren og 10 kilometer lange i havet.

Figur hentet fra Koonin, «Unsettled». Som forfatteren forklarer i boken, er boksene i virkeligheten flatere, men høyden er større på figuren for illustrasjonens skyld.

Skyene kompliserer modellarbeidet

Problemet er at en rekke fenomener som er av betydning for klimaet, har dimensjoner som er mindre enn 100 kilometer. Et av dem er skyer:

Figur hentet fra Koonin, «Unsettled».

Skyer har stor betydning for klimaet, forklarer Koonin i boken:

For example, flows of sunlight and heat through the atmosphere are influenced by the clouds. They play a key role – depending upon their type and formation, clouds will reflect sunlight or intercept heat in varying amounts.

Modellene som skal simulere klimaet, må derfor kompletteres på en måte som tar høyde for virkningen av blant annet skyer. For å få til det, må klimaforskere gjøre antagelser om fenomenene som gjør seg gjeldende på mindre skala.

Den menneskelige faktor

På dette stadiet i arbeidet kommer en menneskelig faktor inn i bildet, nærmere bestemt skjønn, som aldri er ufeilbarlig:

While modelers base their subgrid assumptions upon both fundamental physical laws and observations of weather phenomena, there is still considerable judgment involved. And since different modelers will make different assumptions, results can vary widely among models.

Konsekvensene av det er store:

This is not at all an unimportant detail, since ordinary fluctuations in the height and coverage of clouds can have as much impact on flows of sunlight and heat as do human influences.

Den største usikkerheten ved klimamodeller knytter seg til modelleringen av skyer, fastslår Koonin. Men andre komplikasjoner finnes også, for eksempel turbulens, som også skjer på mindre skala.

Kanskje vil superdatamaskinenes regnekraft en gang i fremtiden bli så stor at slike vanskeligheter kan overvinnes ved å gjøre rutenettet mye mer finmasket, men inntil videre råder altså usikkerheten.

Fra vitenskap til sjonglering med tall

Problemene tar ikke slutt med dét. For klimamodellene må kalibreres ved å estimere noen titalls størrelser, kalt parametre, som nøyaktigst mulig rommer mest mulig av den fysiske informasjonen om det som skjer på mindre skala, og det gjelder mye mer enn bare skyer. Koonin gir noen eksempler:

How much water evaporates form the land surface depending upon the soil properties, plant cover and atmospheric conditions? How much snow or ice is on the surface? How do ocean waters mix?

I praksis skrur klimaforskerne på disse parametrene for å få modellen, som aldri blir eksakt, til å stemme mest mulig overens med observasjoner av det fysiske klimaet. Dette er en helt essensiell fase i modellbyggingen, som samtidig beveger seg ut på usikker intellektuell grunn:

It’s the process of adjusting the model to deal with troublesome inconsistencies or paper over irksome uncertainties. And sometimes modelers are tuning subgrid parameters in ways that aren’t based on their «knowledge» of the parameter, but rather are aimed at producing a desired result.

Her er vi fremme ved et dypt problematisk stadium: Hvis byggingen av en matematisk modell tilpasses modellbyggerens ønsker, kan det åpne for litt av hvert, for eksempel intellektuell uredelighet.

Men også den som ikke gir avkall på sin integritet på dette punktet, gjør en ubekvem erkjennelse:

In any event, it is impossible – for both practical and fundamental reasons – to tune the dozens of parameters so that the model matches the far more numerous observed properties of the climate system.

Det som begynner med vitenskap, blir altså før eller senere en sjonglering med tall som ikke har noen garantier for å gjenspeile den fysiske virkeligheten. Så hvordan kan forskere som har den vitenskapelige integriteten i behold, unnlate å tvile på klimamodeller og prognosene som følger av dem?

Dette betyr at klimaet ikke er godt nok forstått til at klimaforskningen er i nærheten av å kunne påvise hvor stor den menneskelige påvirkningen er, konkluderer Koonin (som naturligvis erkjenner at denne påvirkningen eksisterer).

Klimamodellenes skitne hemmeligheter

Faktum er at den kalibreringen av parametere som skjer i vitenskapelig databehandling, ikke sjelden går over i noe som ikke er fullt så vitenskapelig, og dermed heller ikke rapporteres i den vitenskapelige litteraturen. Koonin kaller det i praksis for skitne hemmeligheter:

This may be because tuning if often seen as as unavoidable but dirty part of climate modeling, more engineering than science, an act of tinkering that does not merit recording in the scientific literature.

Klimamodellene mange i sin villfarenhet tror er like solid vitenskap som Newtons gravitasjonslov, er altså et resultat av at forskere har «flikket på» noe etter et forgodtbefinnende som de ikke engang gjør rede for.

Klimavitenskapen er ikke «settled»

De som selv driver med vitenskapelig databehandling, vil innerst inne vite at det de holder på med, ikke er så ufeilbarlig som det gis inntrykk av. For den som vet at klimamodeller gir vilt forskjellige prognoser for det fremtidige klimaet, er da det også fullstendig opplagt.

Dette er nok til å konkludere at «the science is far from settled», fastslår Koonin.

Ikke desto mindre har det festet seg et inntrykk i offentligheten av at man med stor sikkerhet kan si at så og så store menneskelige CO₂-utslipp vil resultere i så og så stor temperaturøkning.

Men den spådommen kommer fra et gjennomsnitt av prognoser fra forskjellige modeller som er innbyrdes motstridende, der høyst én – om noen, og man vet i så fall ikke hvilken – er korrekt.

Fra sjonglering med tall til politikk

De færreste med vettet i behold ville basere viktige beslutninger med store økonomiske konsekvenser for deres egne liv på et slikt grunnlag. Ikke desto mindre er det nettopp hva mange regjeringer har gjort på vegne av oss alle.

Gruppen av mennesker i verden som har tilnærmelsesvis den samme innsikten i klimamodellering som Koonin, er uunngåelig nokså liten. Men den er stor nok til at det hvert eneste år utdannes tusenvis av mennesker i verden som er i stand til å forstå hva slags usikkert terreng klimamodellering er, og dertil forstå det mye bedre enn mange av dem som omfattes av begrepet «klimaforsker», men likevel vet null og niks om vitenskapelig databehandling.

Kan allmennheten vekkes?

Denne kvantitative eliten burde derfor være stor nok til at en kritisk masse av dem kunne overbevise bredere vitenskapelige miljøer om at klimamodeller ikke er ordentlig vitenskap, og at verden derfor ikke burde bruke dem til å fatte viktige avgjørelser.

Men kanskje er de fleste i denne eliten mer opptatt av å skaffe seg et rolig og komfortabelt liv enn å risikere å bli stemplet og utstøtt, og at det derfor er mer fruktbart å gi allmennheten innsikt i hva som skjer i klimaforskernes kulisser.

Koonin er allerede blitt intervjuet om den nye boken sin av Fox og CNBC:

Det er bare å håpe på at Koonins bok kan bidra til at skepsisens snøball begynner å rulle blant folk på klimafeltet, selv om forfatteren utvilsomt vil bli utsatt for ufine diskrediteringsforsøk.