Naukowcy z TUM opracowali nową metodę wczesnego wykrywania klimatycznych punktów krytycznych.
Od końca ostatniej epoki lodowcowej aż do około 6000 lat temu obszar obecnie uznawany za Saharę był żyznym, zielonym krajobrazem bogatym w życie. Epoka ta, znana jako „afrykański okres wilgotny”, dobiegła nagle końca, zamieniając niegdyś tętniący życiem region w suchą, jałową pustynię, którą widzimy dzisiaj.
Naukowcy od dawna zastanawiali się, w jaki sposób powolne zmiany promieniowania słonecznego spowodowane zmianami orbity Ziemi mogą prowadzić do tak nagłej zmiany klimatu na dużą skalę. Ta zagadka podkreśla szersze wyzwanie, jakim jest zrozumienie i przewidywanie nagłych zmian w systemach naturalnych – zwykle powiązanych z punktami krytycznymi.
Nowe badanie Andreasa Morra i prof. Niklasa Boersa, badaczy z TUM i PIK, wprowadza zaawansowaną metodę wczesnego wykrywania, która zapewnia dokładniejsze i bardziej niezawodne wczesne ostrzeganie, szczególnie w bardziej realistycznych warunkach zewnętrznych. Tradycyjne metody zakładają, że przypadkowe zakłócenia w systemie są nieskorelowane w czasie.
Nie jest to jednak realistyczne w przypadku systemów klimatycznych, ponieważ zakłada, że pogoda każdego dnia będzie niezależna od dnia poprzedniego. W rzeczywistości jutrzejsza pogoda w dużym stopniu zależy od dzisiejszej. To niedopasowanie zmniejsza niezawodność konwencjonalnych metod wczesnego ostrzegania. Nowa metoda Morra i Boersa eliminuje to ograniczenie poprzez opracowanie estymatorów stabilności systemu zaprojektowanych specjalnie dla bardziej realistycznych warunków klimatycznych.
Wczesne ostrzeżenia i punkty krytyczne
Stosując swoje metody do pustynnienia Sahary Zachodniej, odkryli wyraźne wczesne ostrzeżenie przed utratą roślinności, zgodne z przekroczeniem punktu krytycznego.
„Nasze odkrycia sugerują, że gwałtowny koniec afrykańskiego okresu wilgotnego był prawdopodobnie spowodowany osłabieniem stabilności układu w miarę zmiany konfiguracji orbity Ziemi, stopniowo popychając system w kierunku punktu krytycznego” – mówi Andreas Morr. Niklas Boers dodaje: „Opracowana przez nas zaawansowana metoda wykrywania zwiększa naszą zdolność monitorowania i reagowania na potencjalne punkty krytyczne w różnych systemach naturalnych. Nasze wyniki sugerują, że w zasadzie można przewidzieć takie zdarzenia powodujące zmianę klimatu na dużą skalę, co, miejmy nadzieję, umożliwi podjęcie szybkich interwencji”.
Udoskonalając dokładność wczesnych sygnałów ostrzegawczych badania wspierają strategie lepszej gotowości i reagowania, ostatecznie pomagając chronić ekosystemy i społeczeństwa ludzkie przed poważnymi skutkami potencjalnych punktów krytycznych dla klimatu, które mogą zostać przekroczone w wyniku antropogenicznej zmiany klimatu.
Odniesienie: „Detection of Approaching Critical Transitions in Natural Systems Driven by Red Noise” autorstwa Andreasa Morra i Niklasa Boersa, 4 czerwca 2024 r., Przegląd fizyczny X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.14.021037
