İklim Modelleri
Günümüzde insanlığın ve dünyanın karşı karşıya olduğu sorunların neredeyse en önemlisi iklim değişikliğidir. Özellikle ABD’deki yönetim değişikliği ya iklimin değişmediğine, ya da iklimin değiştiğine ama bunun insan kaynaklı olmadığına inanan bir grubu başa getirmiş olsa da iklim değiştiğini inkar etmek kolay değil.
1896 yılında İsveçli bilim insanı Svante Arrhenius yayımladığı makalede atmosferdeki karbondioksit oranının her geçen gün arttığını belirtmiştir. Arrhenius atmosferdeki karbondioksit oranının Endüstri Devrimi öncesindeki oranın iki katına ulaştığında, dünyanın ortalama sıcaklığının da 5-6 derece artacağını yazmıştır. Endüstri Devrimi öncesinde atmosferdeki karbondioksit oranı milyonda 280 seviyesindeydi, bugün ise milyonda 409 seviyesine yükselmiş durumda. Bu oranın her sene milyonda 2-3 arttığını hesaba katacak olursak Arrhenius’un söylediği seviyeye varmamıza sadece 60 yıl kalmış durumda. “Bundan 120 sene önce yapılan hesaplar bilimin o zamanki seviyesine göre yapılmıştı, bugün çok daha ilerideyiz” diye düşünsek de bugünkü bilim de Arrhenius ile hemfikir. Atmosferdeki karbondioksit oranı milyonda 560 seviyesine ulaşacak olursa dünyanın ortalama sıcaklığı bugünkünden 4-5 derece daha yüksek olacak. Aradan geçen sürede bu ısınmanın 1 derecelik kısmını yaşamaya başladık. Gelecek yıllarda da bu etkiyi artarak hissetmeye devam edeceğiz.
Buradaki amacım sizlere bir korku filmi senaryosu çizmektense konunun bilimsel temelleri konusunda bir fikir verebilmek. Bu fikrin temelinde de atmosfer biliminin aslında son 120 senede değişikliğe uğramamış fizik kanunlarına dayandığı yatmaktadır. 1896’da Arrhenius’un kullandığı bilimsel altyapı ile bugünkü bilim aşağı yukarı aynı temellere sahip. Geçen zamanda özellikle de bilgisayarların gelişmesiyle çok detaylı modeller kurabildik, ama bu modelleri kurarken kullandığımız fizik 19. yüzyıldan beri kullanılan formüllere dayanıyor.
Kullandığımız formüller aynı olsa da modelleme yöntemleri açısından atmosfer olaylarını üçe ayırmak zorundayız. Bu yöntemlerin ilki hava durumu tahminleridir.
Hava durumu tahminleri yirminci yüzyılın başından bu yana giderek artan bir isabet oranıyla tüm dünyada kullanılmaktadır. Geleceğe yönelik hava durumu tahminlerinin en önemli girdisi şu anki hava durumudur. Tahminleri yapacak olan modele şu andaki ölçümler girilir ve gelecekteki hava hareketlerini tahmin etmesi istenir. Burada kolayca görebileceğiniz gibi, işimizi zorlaştıran birkaç problem vardır. Mesela, çevremizde ölçüm yapan istasyonlar ne derece yaygın? Elimizde ne kadar çok istasyondan alınmış veri varsa yapacağımız tahmin de o derece doğru sonuç verebilir. Ya da, meteoroloji ölçümleri ne sıklıkla yapılıyor? Ne kadar sık ölçüm yapabilirsek modelimiz de o denli iyi çalışacaktır. Ama burada bizi elektronik ve haberleşme problemleri zorlayacaktır. Bir de tabii ki elde edilecek onca veriyi saklama güçlüğü. Diyelim ideal yaygınlıkta ve sıklıkta ölçülen veriye sahibiz. Peki bu verinin ölçüldüğü aletlerin kesinlikle doğru ölçüm yaptıklarından emin miyiz? Veya bu aletlerin kendi ölçüm metotlarından kaynaklanan hataları nasıl hesaba katacağız?
Tüm bu problemler son yüz yıl içerisinde giderek çözümlenmeye çalışıldığından bugünkü bilgisayar sistemlerin gelişmesine bağlı olarak yapılan tahminlerin doğruluk oranı da artmaktadır. Ancak hiçbir zaman atmosferdeki tüm moleküllerin hızlarını ve konumlarını bilmek mümkün olamayacağından, bugün yapacağımız tahmin büyük ihtimalle yarın için doğru çıkacaktır. Bir sonraki günün tahmininin doğru çıkması olasılığı daha azdır. Ondan sonraki her günde de tahminin gerçekleşmesi olasılığı azalır. Sonunda bugünden 20 gün sonrayı modelleyerek hava durumunu tahmin etmeye çalışmakla 20 gün sonraya denk gelen günün ortalama hava şartlarını söylemek arasında bir fark kalmaz. Elimizdeki ölçümler, bilgisayarlar ve bilim ne derece gelişirse gelişsin, sistemin yapısından dolayı hava durumu tahminlerinin geçerliliği ancak birkaç hafta ile sınırlıdır.
Ama özellikle tarımda bize mevsimlik tahmin gereklidir. Hava tahminleri yaklaşık üç haftanın ötesine geçemediğinden başka bir yöntem bulmamız gereklidir. Burada kullanılan yöntem kabaca ölçümlerle geçmiş dönemlerden kalan bilgilerimizin harmanlanması ile elde edilir. Yalnız burada yapılan ölçüm genelde okyanus sularının yüzey sıcaklığına veya basıncına dayanır. Okyanusların yüzey sıcaklığı kısa vadede hızlı değişmediğinden ve bu değişikliklerin küresel etkileri uzun süredir gözlemlendiğinden mevsimlik bazda tahminleri yapmak mümkün olabilir. Mesela ülkemizdeki sıcaklık ve yağışların Atlantik Okyanusu’nun kuzeyi ile güneyi arasındaki basınç farkı ile ilişkili olduğu görülmüştür.
Mevsimlik tahminlerdeki önemli noktalardan biri, geçmişte doğru olan bu ilişkilerin iklim değişikliğinin getireceği yeni dünyada da geçerli olacağını kabul etmek zorunda olmamızdır. Küresel ısınmanın getireceği değişiklikler şimdiye kadar alışmış olduğumuzun dışında bir iklim sistemine yol açtığında mevsimlik tahmin yapılması da güçleşebilir.
İklim modellemesi ise bu iki model sisteminden farklı temellere dayanır. Öncelikle iklim modellemesi yapabilmek için başlangıç koşullarına gerek yoktur. Bundan yirmi sene sonra iklimin nasıl olacağını tahmin edebilmek için bugün İstanbul’un sıcaklığının kaç derece olduğunu bilmemiz gerekmez. İklim modellemesinden genel anlamda bize gereken üç veri vardır. Dünyamız enerjisinin önemli bir kısmını Güneş’ten aldığından Güneş’ten Dünya’ya gelen enerji miktarı bu verilerin ilkidir. İkincisi ise Dünya’nın yüzey yapısıdır. Neresi deniz, neresi kara, neresi orman, neresi çöl gibi bilgilere ihtiyacımız vardır. Aslında bu iki veri seti de meteorolojik ölçümlerle kıyaslandığında daha kolay elde edilebilen ve değişkenliği çok daha düşük verilerdir. Yalnız iklim modellemesindeki en büyük belirsizliği üçüncü veri seti getirir. Gelecekteki iklimi modelleyebilmek için atmosferin gelecekteki yapısını bilmemiz gereklidir. Atmosferin gelecekteki yapısı da büyük ölçüde bizim atmosfere salmakta olduğumuz karbondioksit ve diğer sera gazlarına bağımlı olduğundan iklim modellemesi önemli oranda belirsizlikler içerir. Ancak bu belirsizlikler girdilerin yetersizliğinden veya bilimin gelişmemiş olmasından kaynaklanmaz. Çünkü yazımızın başında gördüğünüz gibi, gerekli olan girdiler ve bilimsel altyapı en az 120 senedir mevcuttur. İklim modellemesinin temel belirsizliği insanların ne yapacağının belirlenememesinden kaynaklanmaktadır.
Gene de bilim insanları ekonomik ve sosyopolitik öngörülere dayanarak sera gazı salımlarının nasıl değişeceği konusunda senaryolar üretmektedirler. İklim bilimciler ise bu senaryolara dayanarak dünyanın gelecekte ne kadar ısınacağı konusunda çıkarımlarda bulunmaktadırlar. Bu senaryoların çıktılarını incelemek başlı başına ayrı bir yazı olduğundan bu yazımızı basit bir uyarı ile bitirelim. İklim modelleri başlangıç koşullarına dayanmadığından gelecekteki herhangi bir günde ne olacağını bizlere söyleyemez. Bunu söyleyebilecek bir yöntem de yoktur. Ancak iklim modellerinin gelecekte ortalamaların nasıl değişeceğini ve uç değerlerdeki artışı doğru bir biçimde ortaya koyabileceğini söyleyebiliriz.