Gavin Schmidt: The emergent patterns of climate change

Translator: Aari Lemmik Reviewer: Karl Hein

We live in a very complex environment:

Me elame väga keerulises maailmas:

complexity and dynamism

keerulised protsessid ja pidev muutumine,

and patterns of evidence

tõendusmaterjal, mida näeme satelliidifotodelt ja videotelt,

from satellite photographs, from videos.

You can even see it outside your window.

mis on näha isegi aknast välja vaadates.

It's endlessly complex, but somehow familiar,

Kogu oma lõpmatus keerukuses on selles ka midagi tuttavat,

but the patterns kind of repeat,

teatud mustrid justkui korduksid, kuid iial ei ole nad täpselt samasugused.

but they never repeat exactly.

It's a huge challenge to understand.

Sellest pildist aru saada on kohutavalt keeruline.

The patterns that you see

Need mustrid, mida näete, on kõik erinevas mõõtkavas,

are there at all of the different scales,

but you can't chop it into one little bit and say,

samas ei ole võimalik sealt lõigata välja üht tükikest

"Oh, well let me just make a smaller climate."

ja öelda, et teeks selle kliima veidi väiksemaks.

I can't use the normal products of reductionism

Ma ei saa kasutava tavapäraseid üldistusmeetodeid

et oma uurimisobjekti üha väiksemaks ja väiksemaks tuunida,

to get a smaller and smaller thing that I can study

in a laboratory and say, "Oh,

nii et seda saaks laboris uurida ja öelda:

now that's something I now understand."

"Ahaa, nüüd on pilt palju selgem."

It's the whole or it's nothing.

On kas üks tervik või mitte midagi.

The different scales that give you

Erinevas suurusjärgus ülesvõtetel on võimalik näha mustreid,

these kinds of patterns

range over an enormous range of magnitude,

mis on mastaabilt väga erinevad.

roughly 14 orders of magnitude,

Ligikaudu 14 erinevas suurusjärgus

from the small microscopic particles

alates väikestest mikroosakestest, millest sünnivad pilved,

that seed clouds

to the size of the planet itself,

kuni planeediga samas mõõdus vaadeteni, mis asuvad skaalal

from 10 to the minus six

alates kümne astmel miinus kuus kuni kümme astmel kaheksa.

to 10 to the eight,

14 orders of spatial magnitude.

Kokku 14 kosmilist suurusjärku.

In time, from milliseconds to millennia,

Ajalises arvestuses millisekunditest aastatuhandeni, samuti 14 suurusjärku.

again around 14 orders of magnitude.

What does that mean?

Miks ma seda räägin?

Okay, well if you think about how

OK, kui te nüüd mõtelete sellele, kuidas neid arvutusi teha,

you can calculate these things,

you can take what you can see,

saab tugineda vaid sellele, mida on võimalik näha.

okay, I'm going to chop it up

into lots of little boxes,

OK, tükeldan selle paljudeks pisikesteks kastikesteks,

and that's the result of physics, right?

ja nii see füüsikas käibki, eks ole?

And if I think about a weather model,

Ja kui nüüd mõelda ilmastikumudelile, mille mastaap on 5 suurusjärku,

that spans about five orders of magnitude,

from the planet to a few kilometers,

planeedi suurusest kuni mõne kilomeetrini

and the time scale

ja ajalises arvestuses mõnest minutist kümne päevani või ka kuuni.

from a few minutes to 10 days, maybe a month.

Tahame teada rohkem kui vaid see, meid huvitab kliima laiemalt,

We're interested in more than that.

We're interested in the climate.

That's years, that's millennia,

aastate ja aastatuhandete kontekstis.

and we need to go to even smaller scales.

Seega peame minema väiksema mõõtkava juurde.

The stuff that we can't resolve,

Seda ei saa tuletada alalõikude kaupa, tuleb leida viis teha üldistusi.

the sub-scale processes,

we need to approximate in some way.

That is a huge challenge.

See on väga keeruline ülesanne.

Climate models in the 1990s

1990ndate kliimamudelid kasutasid veelgi väiksemaid andmemahte,

took an even smaller chunk of that,

only about three orders of magnitude.

kalkuleerides vaid kolme suurusjärgu ulatuses.

Climate models in the 2010s,

2010ndate kliimamudelid, sellised, nagu kasutame praegu,

kind of what we're working with now,

four orders of magnitude.

analüüsivad infot nelja suurusjärgu mastaabis.

We have 14 to go,

Kokku on aga 14 suurusjärku ja kliimamudelite andmetöötluse võime

and we're increasing our capability

of simulating those at about

suureneb mahus üks täiendav suurusjärk iga järgmise kümne aastaga.

one extra order of magnitude every decade.

One extra order of magnitude in space

Üks täiendav suurusjärk kosmoses tähendab 10 000 korda rohkem arvutusi.

is 10,000 times more calculations.

And we keep adding more things,

Ja me lisame mudelitesse üha uusi muutujaid,

more questions to these different models.

oodates vastuseid uutele ja uutele küsimustele.

So what does a climate model look like?

Milline üks kliimamudel välja näeb?

This is an old climate model, admittedly,

See siin on üks vana kliimamudel,

a punch card, a single line of Fortran code.

lihtsalt perfokaart, millel üks rida Fortrani koodi.

We no longer use punch cards.

Perfokaarte enam ei kasutata.

We do still use Fortran.

Siiski kasutame endiselt Fortrani.

New-fangled ideas like C

Uuenduslikud meetodid nagu C

really haven't had a big impact

ei ole kliimamudelitega tegelejate seas suurt populaarsust võitnud.

on the climate modeling community.

But how do we go about doing it?

Kuidas need mudelid aga töötavad?

How do we go from that complexity that you saw

Kuidas suudetakse sellest keerukast pildist

to a line of code?

tekitada üks rida koodi?

Teeme seda jupphaaval.

We do it one piece at a time.

This is a picture of sea ice

Siin pildil on merejää, mis pildistatud ülelennul Arktikast.

taken flying over the Arctic.

We can look at all of the different equations

On võimalik kasutada erinevaid võrrandeid,

that go into making the ice grow

et kalkuleerida jää levikut, sulamist või selle kuju muutumist.

or melt or change shape.

We can look at the fluxes.

We can look at the rate at which

On võimalik jälgida muutusi, seda, kui kiiresti muutub lumi jääks,

snow turns to ice, and we can code that.

Seda saab programmiga mudeldada.

We can encapsulate that in code.

Kõik see on võimalik kirjutada programmeerimiskoodi.

These models are around

Need mudelid koosnevad praegu ligi miljonist koodireast

a million lines of code at this point,

and growing by tens of thousands of lines of code

ja pikenevad iga aastaga kümnete tuhandete ridade võrra.

every year.

So you can look at that piece,

Nii et on võimalik vaadelda seda juppi,

but you can look at the other pieces too.

aga samuti on võimalik vaadata teisi juppe.

What happens when you have clouds?

Mis saab siis, kui taevas on pilvine?

What happens when clouds form,

Mis toimub, kui pilved tekivad, kui nad hajuvad ja vihm nad ära pühib?

when they dissipate, when they rain out?

That's another piece.

See on üks teine jupp.

What happens when we have radiation

Mis siis, kui mängu tuleb radiatsioon, mis lähtub päikeselt ja läbib atmosfääri,

coming from the sun, going through the atmosphere,

being absorbed and reflected?

mis teda neelab ja tagasi peegeldab?

We can code each of those very small pieces as well.

Kõik need väikesed muutujad saab mudeli koodi sisse kirjutada.

There are other pieces:

Mudelis on veel teisigi muutujaid:

the winds changing the ocean currents.

tuuled, mis muudavad ookeanihoovusi.

We can talk about the role of vegetation

Või näiteks taimestik, mis viib vee pinnasest välja ja tagasi atmosfääri.

in transporting water from the soils

back into the atmosphere.

And each of these different elements

Kõiki neid erinevaid muutujaid saab arvestada ja süsteemi sisestada.

we can encapsulate and put into a system.

Each of those pieces ends up adding to the whole.

Kõik need osakesed mängivad tervikus oma rolli.

And you get something like this.

Ja kõik kokku liites saame umbes sellise pildi.

You get a beautiful representation

Väga kena tervikpilt sellest, mis seisus meie kliima on.

of what's going on in the climate system,

where each and every one of those

Iga üksik element moodustab koosmõjus teistega ühe suure mustri:

emergent patterns that you can see,

the swirls in the Southern Ocean,

keerised Lõunaookeanis,

the tropical cyclone in the Gulf of Mexico,

troopiline tsüklon Mehhiko lahes,

and there's two more that are going to pop up

ja veel paar tükki, mis on Vaiksel ookeanil iga hetk tekkimas,

in the Pacific at any point now,

those rivers of atmospheric water,

kõik need atmosfäärilise vee jõed,

all of those are emergent properties

ilmastikunähtused, mis hakkavad tekkima,

that come from the interactions

sündides kõikide nimetatud väikeste protsesside koosmõjus.

of all of those small-scale processes I mentioned.

Ei ole programmeerimiskoodi, mis ütleks:

There's no code that says,

"Do a wiggle in the Southern Ocean."

"Tee üks jõnks Lõuna-Jäämere kohal."

There's no code that says, "Have two

Või koodi, mis ütleks:

"Nüüd tekita kaks troopilist tsüklonit, mis keerlevad ümber üksteise."

tropical cyclones that spin around each other."

All of those things are emergent properties.

Kõik need nähtused tekivad koosmõjus.

This is all very good. This is all great.

See kõik on väga hea. Lausa suurepärane!

But what we really want to know

Mis meid aga tegelikult huvitab, on see,

is what happens to these emergent properties

mis nende tekkivate ilmastikunähtustega juhtub siis

when we kick the system?

kui me süsteemi sekkume?

When something changes, what happens to those properties?

Kui midagi peaks muutuma, mis siis sellele järgneb?

And there's lots of different ways to kick the system.

Ja süsteemi mõjutamiseks on palju erinevaid võimalusi.

There are wobbles in the Earth's orbit

Maa orbiit teeb sadade tuhandete aastate jooksul võnkeid,

over hundreds of thousands of years

that change the climate.

mis muudavad kliimat.

There are changes in the solar cycles,

Päikesetsüklis on iga 11 aasta või pikema perioodi järel muudatused,

every 11 years and longer, that change the climate.

mis mõjutavad kliimat.

Big volcanoes go off and change the climate.

Suured vulkaanid hakkavad purskama ja see muudab ilmastikku.

Changes in biomass burning, in smoke,

Muutused biomassi põletamises, suitsus, aerosoolides, kõik need asjad

in aerosol particles, all of those things

change the climate.

avaldavad kliimale mõju.

The ozone hole changed the climate.

Osooniauk muutis kliimat.

Metsade raiumine muudab kliimat, kuna mõjutab maastiku omadusi

Deforestation changes the climate

by changing the surface properties

and how water is evaporated

ja vee aurustumise ning süsteemis ringlemise dünaamikat.

and moved around in the system.

Contrails change the climate

Lennukite kondensjäljed mõjutavad kliimat,

by creating clouds where there were none before,

kuna tekitavad pilvi sinna, kus neid varem polnud,

and of course greenhouse gases change the system.

ja muidugi muudavad kliimat ka kasvuhoonegaasid.

Each of these different kicks

Kõik need erinevad muutujad annavad järjekordse võimaluse testida

provides us with a target

to evaluate whether we understand

kas suudame seda süsteemi mõista.

something about this system.

Nüüd võiks aga vadats, mida tähendab mudeli võimekus.

So we can go to look at

what model skill is.

Now I use the word "skill" advisedly:

Kasutaksin sõna "võimekus" ettevaatlikult.

Models are not right or wrong; they're always wrong.

Mudelid ei ole õiged ega valed; nad eksivad alati.

They're always approximations.

Mudelid on alati ligikaudsed.

The question you have to ask

Alati tuleb küsida endalt,

is whether a model tells you more information

kas mudeli abil saame rohkem infot, kui ilma selleta.

than you would have had otherwise.

If it does, it's skillful.

Kui jah, siis on tegu võimeka mudeliga.

This is the impact of the ozone hole

Siin näete osooniaugu mõju merevee taseme rõhule.

on sea level pressure, so low pressure, high pressures,

Madal rõhk ja kõrge rõhk ookeanide lõunaosas Antarktika ümbruses.

around the southern oceans, around Antarctica.

This is observed data.

Siin on vaatlusandmetel põhinev graafik.

This is modeled data.

Siin on modelleerimisel saadud graafik.

There's a good match

Nad on üsna sarnased, kuna oskame hinnata,

because we understand the physics

kuidas füüsikalised protsessid mõjutavad stratosfääri temperatuuri

that controls the temperatures in the stratosphere

and what that does to the winds

around the southern oceans.

ja kuidas see mõjutab tuuli ookeanide lõunaosas.

We can look at other examples.

Võib vaadata ka teisi näiteid.

The eruption of Mount Pinatubo in 1991

Pinatubo vulkaani purskamine 1991. aastal

put an enormous amount of aerosols, small particles,

paiskas stratosfääri tohutus koguses aerosoole, imepisikesi osakesi.

into the stratosphere.

That changed the radiation balance of the whole planet.

See muutis kogu planeedi kiirgustasakaalu.

There was less energy coming in than there was before,

Maale jõudis vähem energiat kui varem ja see jahutas planeeti.

so that cooled the planet,

and those red lines and those green lines,

Need punased ja rohelised jooned näitavad erivust selle vahel,

those are the differences between what we expected

mida me prognoosisime ja mis tegelikult juhtus.

and what actually happened.

The models are skillful,

Need mudelid on võimekad. Ja mitte ainult globaalse keskmise leidmisel,

not just in the global mean,

but also in the regional patterns.

vaid ka regionaalsete seaduspärasuste tuvastamisel.

I could go through a dozen more examples:

Ma võiksin tuua siin kümneid näiteid.

the skill associated with solar cycles,

Võimekad mudelid, mis suudavad arvestada,

kuidas päikesetsüklid mõjutavad stratosfääri osoonikihti;

changing the ozone in the stratosphere;

the skill associated with orbital changes

mudelid, mis arvestavad Maa orbiidi muutusi 6000 aasta vältel.

over 6,000 years.

We can look at that too, and the models are skillful.

Ka seda on võimalik tuvastada, need mudelid on tõesti võimekad.

The models are skillful in response to the ice sheets

Mudelid oskavad arvestada ka jääkilpi 20 000 aastat tagasi.

20,000 years ago.

The models are skillful

Mudeleid saab kasutada selleks, et vaadata 20. sajandi trende aastakümnete kaupa.

when it comes to the 20th-century trends

over the decades.

Models are successful at modeling

Mudelid oskavad panna võrrandisse

lake outbursts into the North Atlantic

järvevee paiskumise Atlandi ookeani põhjaossa 8000 aastat tagasi.

8,000 years ago.

And we can get a good match to the data.

Ja saadud andmed langevad kokku olemasolevatega.

Each of these different targets,

Kõik need erinevad parameetrid,

each of these different evaluations,

ja kõik erinevad analüüsid,

leads us to add more scope

kannustavad meid laiendama mudelite haaret

to these models,

and leads us to more and more

ja suunavad meid üha enam ja enam keerukatesse olukordadesse,

complex situations that we can ask

nii et hakkame küsima üha huvitavamaid küsimusi,

more and more interesting questions,

like, how does dust from the Sahara,

nagu näiteks, kuidas Saharast pärinev tolm,

that you can see in the orange,

mida näete siin pildil oranžina,

interact with tropical cyclones in the Atlantic?

mõjutab Atlandi ookeani troopilisi tsükloneid?

How do organic aerosols from biomass burning,

Või kuidas biomassi põletamisel tekkivad orgaanilised aerosoolid

which you can see in the red dots,

mida näete siin punaste täppidena,

intersect with clouds and rainfall patterns?

mõjutavad pilvi ja sadememustreid?

How does pollution, which you can see

Kuidas heitkogused, mida siin näete

in the white wisps of sulfate pollution in Europe,

valgete väävlisaaste siiludena Euroopa kohal

how does that affect the temperatures at the surface

kuidas need mõjutavad

maapinnale jõudvat päikesevalgust?

and the sunlight that you get at the surface?

We can look at this across the world.

Võime vaadelda toimuvat üle kogu maailma.

We can look at the pollution from China.

Saame vaadata Hiina õhusaastet.

We can look at the impacts of storms

Saame uurida tormide mõju

meresoola osakestele atmosfääris.

on sea salt particles in the atmosphere.

We can see the combination

Neid asju on võimalik vaadata

of all of these different things

neid protsesse üksteisega kombinatsioonis ja samaaegselt,

happening all at once,

and we can ask much more interesting questions.

ja see võimaldab küsida palju põnevamaid küsimusi.

How do air pollution and climate coexist?

Kuidas õhusaaste ja kliima koos hakkama saavad?

Can we change things

Kas meie võimuses on muuta samaaegselt tegureid,

that affect air pollution and climate at the same time?

mis mõjutavad õhusaastet ja kliimat?

The answer is yes.

Vastus on siin jah.

So this is a history of the 20th century.

Siin näete 20. sajandi ajalugu.

The first one is the model.

Esimesel pildil on mudel.

The weather is a little bit different

Ilmastik on veidi erinev sellest,

to what actually happened.

mis ta tegelikult oli.

The second one are the observations.

Teine pilt kujutab reaalseid andmeid.

And we're going through the 1930s.

Ja kui vaatame 30ndatest aastatest edasi,

There's variability, there are things going on,

siis näeme, et on kõikumisi, midagi nagu pidevalt toimuks;

but it's all kind of in the noise.

aga see on kõik pigem müra.

As you get towards the 1970s,

Kui liikuda 70ndate poole,

näeme, et asjad hakkavad muutuma.

things are going to start to change.

They're going to start to look more similar,

Pilt muutub sarnasemaks

and by the time you get to the 2000s,

ja kui jõuame 2000ndateni,

you're already seeing the patterns of global warming,

on selgelt näha globaalse soojenemise tendentsi

both in the observations and in the model.

nii reaalsetes andmetes kui ka modelleeritud graafikul.

We know what happened over the 20th century.

Me teame, mis 20. sajandi jooksul toimus.

Right? We know that it's gotten warmer.

On ju nii? Teame, et on läinud soojemaks.

We know where it's gotten warmer.

And if you ask the models why did that happen,

Ja teame, kus on läinud soojemaks.

Ja kui nüüd küsida mudelilt, miks nii ?

and you say, okay, well, yes,

Ja ütleme siis, et hea küll, jah,

basically it's because of the carbon dioxide

põhimõtteliselt on see süsinikdioksiidist, mida me atmosfääri paiskame.

we put into the atmosphere.

We have a very good match

Need pildid siin klapivad omavahel hästi kuni praeguse hetkeni.

up until the present day.

But there's one key reason why we look at models,

Aga on vaid üks konkreetne põhjus, miks me neid mudeleid kasutame,

and that's because of this phrase here.

ja see on siin kirjas.

Because if we had observations of the future,

"Kui meil oleks olemas vaatlusandmed tuleviku kohta,

we obviously would trust them more than models,

siis usaldaksime neid kahtlemata enam kui mudeleid.

But unfortunately,

Aga paraku...

observations of the future are not available at this time.

...ei ole tuleviku andmed meile praeguses hetkes kättesaadavad."

(Naer)

So when we go out into the future, there's a difference.

Seega on tulevikku prognoosides tõenäoline, et tuleb vahe sisse.

The future is unknown, the future is uncertain,

Tulevik on tume, tulevik on määramatu

and there are choices.

ja meil on vaja teha valikuid.

Here are the choices that we have.

Meie ees sellised valikud:

We can do some work to mitigate

On võimalik võtta midagi ette,

the emissions of carbon dioxide into the atmosphere.

et vähendada atmosfääri paisatavaid CO2 heitkoguseid.

That's the top one.

See on kõige ülemine pilt.

We can do more work

Meil on võimalik veelgi enam teha selleks,

to really bring it down

et vähendada neid koguseid nii palju,

so that by the end of the century,

it's not much more than there is now.

et selle sajandi lõpuks ei oleks seda rohkem, kui praegu.

Or we can just leave it to fate

Või jätame kõik saatuse hooleks

and continue on

ja jätkame samamoodi nagu midagi poleks juhtunud.

with a business-as-usual type of attitude.

Nende kolme erineva valiku tagajärgi

The differences between these choices

can't be answered by looking at models.

ei ole võimalik prognoosida vaid graafikuid vaadates.

There's a great phrase

On üks suurepärane tsitaat Sherwood Rolandilt,

that Sherwood Rowland,

who won the Nobel Prize for the chemistry

kes sai Nobeli preemia keemias

that led to ozone depletion,

töö eest osoonikihi hõrenemise teemal.

when he was accepting his Nobel Prize,

Nobeli preemiat vastu võttes esitas ta oma tänukõnes järgmise küsimuse:

he asked this question:

"What is the use of having developed a science

"Mis kasu on sellest, et teadus on arenenud nii kaugele,

well enough to make predictions if, in the end,

et suudame prognoosida tulevikku, kui lõpuks ei võta me midagi ette

all we're willing to do is stand around

ja istume lihtsalt käed rüpes ja ootame, et ennustused täide läheksid?"

and wait for them to come true?"

The models are skillful,

Jah, need mudelid on võimekad.

but what we do with the information from those models

Kuid see, kas ja kuidas modelleerimisel saadud infot ka reaalselt kasutatakse,

is totally up to you.

sõltub täiel määral teist endist.

Thank you.

Aitäh!

(Applause)

(Aplaus)