Wie maakt klimaatmodellen en wie kan ze gebruiken?

Huidige klimaatmodellen komen voort uit grootschalige samenwerking

Klimaatmodellen hebben in de afgelopen decennia een enorme ontwikkeling doorgemaakt. De modellen zijn daardoor in staat om de vele componenten van het klimaatsysteem goed weer te geven, en ook de interacties daartussen. Denk hierbij bijvoorbeeld aan de atmosfeer, de oceaan, het landoppervlak en ijs, maar ook de biosfeer, chemische en geologische processen. Met deze vooruitgang is ook de complexiteit en omvang van de modellen sterk gegroeid. Ze zijn daardoor enerzijds nauwkeuriger geworden, maar ook minder transparant. Een hedendaags ‘volwassen’ klimaatmodel bestaat daardoor al snel uit een miljoen regels aan computercode, wat het haast onmogelijk maakt om als enkeling alle componenten volledig te begrijpen. Dit voedt wellicht het beeld dat een klimaatmodel een soort ongrijpbaar geheel wordt.

Een geruststellende gedachte daarbij is dat de klimaatmodellen vaak een lange geschiedenis van ontwikkeling hebben, waarbij ze op allerlei manieren getest zijn. De verschillende componenten van een klimaatmodel worden daarbij door mensen met specifieke expertise ontwikkeld, die dat specifieke deel van het model juist erg goed kennen en begrijpen. In sterk contrast met de grote complexiteit van de meeste klimaatmodellen staat de eenvoud van de cruciale fysische processen en de vergelijkingen die deze beschrijven. Ondanks de vele verschillende methoden die worden toegepast om deze vergelijkingen zo goed en compleet mogelijk toe te passen, blijft de fysische basis in sterke mate consistent en betrouwbaar.

De oorsprong van klimaatmodellen ligt bij weermodellen, vaak ontwikkeld op meteorologische instituten. Waar een weermodel typisch gebruikt wordt om een verwachting te maken voor enkele dagen tot weken, is dat bij een klimaatmodel vele jaren tot eeuwen. Een klimaatmodel moet daarom heel wat processen beschrijven die plaatsvinden op langere tijdschalen, denk daarbij aan de temperatuur van de diepzee of het veranderen van ijskappen. In die zin is een klimaatmodel vaak een stuk uitgebreider en dus complexer dan een weermodel (zie het antwoord van Karin van der Wiel over hoe klimaatmodellen werken).

Weermodellen worden continu geverifieerd door de verwachtingen te vergelijken met observaties. Zo worden ze snel verder ontwikkeld, omdat ze vaak van groot belang zijn voor de maatschappij. Bij klimaatmodellen is dit lastiger, omdat het niet erg praktisch is om bijvoorbeeld enkele decennia te wachten op een verwachte verandering van het klimaat en dan te kijken hoe goed het model deze van tevoren goed had ingeschat. Daarvoor worden vaak historische observaties gebruikt, om te kijken of het model in staat is om het huidige klimaat goed weer te geven. De observaties zelf vormen daarbij vaak een grotere beperking dan het model, omdat we verre van elk aspect van het klimaat kunnen meten op elk moment en op elke plek. Niettemin zijn ook de beschikbare hoeveelheid en kwaliteit van de observaties enorm toegenomen en daarmee ook de mogelijkheid om klimaatmodellen te testen. Van grote toegevoegde waarde is het reconstrueren van het paleoklimaat: het klimaat van het verre verleden, denk daarbij aan duizenden tot miljoenen jaren geleden. De beschikbare data is in dat geval zeer beperkt, maar het stelt wetenschappers in staat om klimaatmodellen te testen in een situatie die sterk anders is dan die van het heden (denk daarbij aan ijstijden, of warmere periodes langer geleden).

De complexe klimaatmodellen van tegenwoordige vereisen veel rekenkracht.

Toegankelijkheid voor publiek

Naast de ontwikkeling van de modellen zelf is ook de toegankelijkheid en de benaderbaarheid sterk verbeterd. Terwijl de modellen zelf complexer worden, vinden er grote ontwikkelingen plaats om ze voor een steeds grotere groep mensen beschikbaar en bruikbaar te maken. Vele van de huidige klimaatmodellen zijn geheel of grotendeels "open source", waardoor het mogelijk is om zelf de code te downloaden of in te zien. Ook is de documentatie en ontwikkeling van het model veelal openbaar. Dit geldt met name voor het Community Earth System Model: een veelzijdig en wijd gebruikt klimaatmodel dat volledig openbaar is [1]. Dit model wordt bijvoorbeeld op meerdere nederlandse universiteiten gebruikt (o.a. Universiteit Utrecht, Vrije Universiteit en Technische Universiteit Delft) door verschillende groepen voor klimaatonderzoek.

Een beperkende factor is de beschikbaarheid van rekenkracht om deze modellen ook daadwerkelijk te kunnen draaien. Ook hier zijn oplossingen voor, zo bestaan er veel eenvoudigere klimaatmodellen waarmee ook op een ‘normale’ computer al nuttig werk kan worden verricht. Daarnaast zijn er verschillende initiatieven waarbij rekenkracht op externe systemen kan worden gebruikt, of de rekenkracht tussen verschillende locaties wordt gedeeld. Niet alleen de modellen zelf, maar ook de uitvoer van de simulaties is in toenemende mate beschikbaar. Zo is de meeste data van grote internationale projecten (bijvoorbeeld de zogenaamde MIPs; model intercomparison projects) de modeluitvoer voor iedereen toegankelijk. Het meest recente voorbeeld hiervan is CMIP6 dat de basis vormt voor een groot deel van het meest recente IPCC rapport [2]. De grote volumes aan data en kwetsbaarheid van servers vereist weliswaar meestal vooraf enige registratie en/of communicatie met een beheerder. Ook bij kleinere projecten en publicaties is het tegenwoordig eerder de norm dan een uitzondering dat eventuele modeluitvoer openbaar gedeeld wordt, zodat deze ook door anderen gebruikt kan worden.

Deze toegankelijkheid leidt tot een schat aan data die voor een groot gedeelte voor iedereen toegankelijk is. In essentie verschilt een groot en complex klimaatmodel weinig van de veel simpelere modellen die ooit aan de basis lagen. Het vergt een flinke inspanning om te doorgronden wat er in zo’n klimaatmodel gebeurt, maar ook die informatie is vaak goed gedocumenteerd en beschikbaar. Het is met name de verantwoordelijkheid van de gebruiker van al deze data om dit integer en transparant te doen. De belangrijkste drijfveer van elke klimaatwetenschapper die deze modellen gebruikt, blijft het begrijpen van het klimaatsysteem en de wederzijdse interactie met mens en natuur.