Hur ska scenariodata tolkas?

De diagram som SMHI använder för att presentera olika resultat innehåller ofta mycket information och kan därför vara krångliga att förstå. I detta avsnitt visar vi hur ett sådant diagram är uppbyggt och vad som kan utläsas.

Att känna dagens klimat är grundläggande för alla uppskattningar av framtidens klimat. Om vi inte känner dagens klimat så kan vi inte veta om det förändras, och hur ett förändrat klimat påverkar oss.

Figur 1A visar observerad temperaturavvikelse jämfört med medelvärdet för perioden 1961-1990, dvs. hur mycket varmare eller kallare än medelvärdet som varje år är. Perioden 1961-1990 är markerad med en grön ruta. Medelvärdet för 1961-1990 har här normaliserats dvs. satts till noll och staplarna anger alltså hur mycket från medelvärdet som varje enskilt år avviker. Temperaturen varierar mycket mellan enskilda år. Ett år kan vara flera grader kallare eller varmare än föregående år. Efter 1991 så är alla år utom två varmare än medelvärdet för 1961-1990. Perioden 1991-2012 är varmare än perioden 1961-1990, vilket syns tydligt som en anhopning av röda staplar.

Det går också att simulera (beräkna) dagens klimat med en klimatmodell. I figur 1B visas en simulering av dagens klimat med heldragen lila linje. Även den visas som avvikelser från medelvärdet för 1961-1990. Klimatmodellsimuleringen styrs endast av konstant solinstrålning och halter av växthusgaser, och skapar sitt eget klimat utifrån dessa klimatologiska förutsättningar. Det betyder att svängningarna mellan t.ex. kalla och varma år (som visas i figur 1B) i modellen kan vara ur fas med observationerna. Dessa påverkas ju även av solens intensitetscykel, effekter från vulkanutbrott med mera . Vi ser i figur 1B att skillnaden mellan modell och observationer kan vara flera grader för enskilda år. Det betyder inte att modellen är dålig.

Eftersom modellen skapar sitt eget klimat kan vi inte förväntas oss att den ska vara i fas med observationerna. Däremot ska vi förvänta oss att modellsimuleringen har samma variabilitet (lika många kalla och varma år som i observationerna) och samma amplitud (lika kalla och varma år som i observationerna). De statistiska egenskaperna i det simulerade klimatet ska alltså vara samma som i observationerna. Modellen utvärderas med hjälp av statistiska mått och inte år för år. Kontrollperioden är 30 år lång eftersom en kortare period inte ger ett tillräckligt statistiskt underlag. 

Stapeldiagram sid5
Figur 1. A) Observerad årsvis temperaturavvikelse jämfört med medelvärdet för 1961-1990. Varma år markeras med röda staplar, kalla år markeras med blåa staplar. Referensperioden 1961-1990 är markerad med en grön ruta. B) Samma som A) samt simulerad årsvis temperaturavvikelse jämfört med medelvärdet för 1961-1990 enligt en klimatmodell (lila linje).
Förstora Bild

Även om modellsimuleringen i figur 1B verkar beskriva dagens klimat på ett bra sätt så är det bara en beskrivning av flera möjliga. Olika modeller ger olika resultat och med små ändringar i startvillkor ger även samma modell olika resultat, eftersom klimatsystemet är kaotiskt till sin natur. Det kan alltså vara bra att titta på flera olika modellsimuleringar för att se på spridningen mellan olika beskrivningar av klimatet. Om vi bara tittar på en enskild simulering som i figur 1B kan det av en slump vara så att simuleringen är väldigt lik (eller olik) observationerna och att vi därför förleds att tro att våra resultat är bättre (eller sämre) än vad de egentligen är. Genom att titta på fler modellsimuleringar samtidigt, en så kallad ensemble, så undgår vi det problemet. Ensemblen säger dessutom något om säkerheten i våra resultat, om alla modeller visar samma sak är resultatet säkrare än om alla modeller ger olika resultat.

I figur 2A visas observerad och modellerad temperatur i dagens klimat på samma sätt som i figur 1B, men nu med 9 olika modellsimuleringar.  Fram träder ett spagettiliknande virrvarr. Alla medlemmar i ensemblen ses som lika trolig som någon annan, och eftersom det dessutom är svårt att urskilja enstaka medlemmar, bör ensemblen snarast tolkas som en enhet. På samma sätt som i figur 1B kontrollerar vi att ensemblen har liknande statistiska egenskaper som observationerna.

Ett virrvarr av linjer som i figur 2A kan vara svårt att tolka; det är t.ex. inte lätt att se om ensemblen uppvisar en trend. Ett sätt att göra ensemblen mer lättolkad är att titta på ensemble-medelvärdet. I figur 2B ser vi att ensemble-medelvärdet visar en uppvärmningstrend de sista 20 åren i serien. En signal som kan vara svår att fånga i bruset i figur 2A. Samtidigt försvinner en del information. Mellanårsvariationen försvinner i ensemble-medelvärdet. Jämför hur de lila linjerna i figur 1B varierar från år till år med den mer utslätade lila linjen i figur 2B.  Medelvärdet kan alltså inte jämföras direkt med observationer eftersom det tar bort variationerna mellan år. Ensemble-medelvärdet visar den långsiktiga trenden, observationerna visar enskilda år.

diagram sid6
Figur 2. A) Observerad årsvis temperaturavvikelse jämfört med medelvärdet för 1961-1990. Varma år markeras med röda staplar, kallar år markeras med blåa staplar. Simulerad årsvis temperaturavvikelse jämfört med medelvärdet för 1961-1990 från olika klimatmodeller markeras med lila linjer. B) Samma som A) men endast med ensemble-medelvärdet av modellsimuleringarna (lila linje).
Förstora Bild

”Spagettidiagrammet” kan förlängas in i framtiden för olika scenarier. I figur 3 kombineras de enskilda ensemble-medlemmarna med ensemble-medelvärdet. Då kan vi se både den långsiktiga trenden och variationen mellan enskilda år. I figur 3 ser vi att det blå scenariot i medeltal blir knappt 6 grader varmare i slutet av seklet, och att enskilda år kan vara 4-8 grader varmare.

Trots att ensemble-medelvärdet bara visar den långsiktiga trenden så rör den sig fortfarande upp och ned mellan åren. Dessa variationer är bara en rest av de slumpmässiga variationerna i de enskilda ensemble-medlemmarna. Inte desto mindre kan de förleda oss att tro att vi vet mer om klimatets utveckling än vi verkligen vet. I figur 3 kan det se ut som om vissa fem- eller tioårsperioder kommer att bli kallare eller varmare än vad trenden säger, men det är slumpmässiga variationer och inte information som modellerna ger oss.

diagram1 sid7
Figur 3. Observerad årsvis temperaturavvikelse jämfört med medelvärdet för 1961-1990. Varma år markeras med röda staplar, kallar år markeras med blåa staplar. Simulerad årsvis temperaturavvikelse jämfört med medelvärdet för 1961-1990 från olika klimatmodeller markeras med lila linjer för den historiska perioden, gröna linjer för scenario RCP 4,5 samt blå linjer för scenario RCP 8,5. Feta linjer markerar ensemble-medelvärden.
Förstora Bild

För att undvika sådana missförstånd kan kurvorna förenklas ytterligare. Genom att göra långtidsmedelvärden, så att ett år representerar en 30 årsperiod istället för bara ett år, fås en mjukare kurva. Samtidigt finns all viktig information kvar: vi ser den genomsnittliga, långsiktliga trenden, hur stor variationen mellan enskilda år är samt hur dessa förhåller sig till observationer. 

diagram2 sid7
Figur 4. Observerad årsvis temperaturavvikelse jämfört med medelvärdet för 1961-1990. Varma år markeras med röda staplar, kallar år markeras med blå staplar. Simulerad temperaturavvikelse jämfört med medelvärdet för 1961-1990 från olika klimatmodeller markeras med lila linje för den historiska perioden, grön linje för strålningsdrivningsscenario RCP 4,5 samt blå linje för RCP 8,5. Linjerna är utjämnade för att representera 30 års-medelvärden. Lila, grönt och blått fält visar spridningen mellan modeller, som min- och maxvärden, utjämnat till 30 års-medelvärden.
Förstora Bild