Hur fungerar en klimatmodell?

När man studerar klimatet i framtiden är man helt hänvisad till beräkningar. För ett klimat som förändras räcker det inte med statistik över det som varit. Klimatmodeller är istället det redskap som finns utvecklat för sådana studier. Dessa modeller är 3-dimensionella matematiska beskrivningar av atmosfären, landytan, hav, sjöar och is.

En klimatmodell fungerar på många sätt som en prognosmodell. Klimatmodeller och prognosmodeller skiljer sig emellertid på en viktig punkt. En prognosmodell ska kunna förutse vädret på en given plats vid en given tidpunkt. Varje liten avvikelse från det verkliga förhållandet får efter ganska kort tid så stor betydelse att prognosen inte längre stämmer.


En klimatmodell däremot ska beskriva klimatet, som enkelt uttryckt är vädret i medeltal under en längre period och över ett större område. En klimatmodell kan inte förutse hur varmt det kommer att vara i Norrköping den 20 januari 2098, men den kan säga något om hur vintrarna i södra Sverige kommer att vara i slutet av seklet.

Atmosfären delas upp i rutnät

I en klimatmodell är atmosfären uppdelad i ett rutnät längs med jordytan och upp i luften. Atmosfärens rörelser och bevarandet av energi, vatten och massa följer de välkända fysikaliska lagarna som kan beskrivas med matematiska formler.

För varje volym i rutnätet beräknas sedan utvecklingen för olika meteorologiska, hydrologiska och klimatologiska variabler som till exempel temperatur, nederbörd och vind. Beräkningarna görs stegvis framåt i tiden.

Klimatet är globalt

Eftersom klimatet är globalt måste också beräkningarna ta hänsyn till de globala processerna i atmosfären. Man måste alltså ha en modell som beskriver hela jorden och tillräckligt högt upp i atmosfären för att komma ovanför moln och vindar. Sådana modeller kallas globala klimatmodeller.

En klimatmodell kräver mycket datorkraft, så även om datorkapaciteten ständigt ökar, görs beräkningarna i de globala klimatmodellerna fortfarande med ett ganska glest rutnät med sidorna 100-300 km. Det gör att detaljrike­domen på lokal eller regional skala blir låg.

Regional modell ger mer detaljer

Om man vill studera en mindre del av jorden mer i detalj kan man istället använda regionala kli­mat­modeller. I en regional modell läggs rut­nätet över ett mindre område, exempelvis Europa. Då kan man ha ett tätare rutnät utan att det krävs för mycket datorkraft, och man får alltså högre detaljrikedom.

Det som händer utanför beräkningsområdet i en regional klimatmodell styrs av resultatet från en global klimatmodell. På så sätt tar man ändå hänsyn till förändringar som sker utanför det regionala modellområdet. Ofta talar man om regional nedskalning när resultat från global modellering används i regional modellering.

Modellupplösning i en global klimatmodell är lägre än i en regional modell.
I en global modell med 300 km upplösning blir rutnätet glest och en grov bild som den till vänster framträder. I den regionala modellen till höger, med 50 km upplösning framträder detaljerna.

Antaganden om framtiden

De fysikaliskt baserade klimatmodellerna är generella redskap och kan därför användas för att studera klimatet både bakåt och framåt i tiden.

Vi använder oftast klimatmodellerna idag för att studera hur klimatet kan tänkas förändras då atmosfärens sammansättning förändras med exempelvis förändrade halter av växthusgaser och aerosoler. Man måste alltså göra antaganden om hur framtiden kommer att se ut.

FN:s klimatpanel IPCC har utarbetat så kallade emissionsscenarier (utsläppsscenarier) över hur atmosfären kan komma att förändras i framtiden. De flesta beräkningar med klimatmodeller följer något av dessa scenarier.

Frågan som en klimatmodell svarar på är alltså: om atmosfärens innehåll förändras på ett visst sätt, hur förändras då klimatet?

IPCC