Mallin ajaminen ja tulosten tulkinta
Ilmastomallilla lasketaan ilmastojärjestelmän kehitystä askel alkeleelta usean vuosikymmenen ajan. Koska eri mallien tulokset poikkeavat toisistaan jonkin verran, ilmastoennusteet tulisi aina laatia useiden mallien tuloksia yhdistelemällä.
Ilmastomallin alkutilan ei tarvitse olla todellinen
Ilmastomalliajoa aloitettaessa täytyy jokaiseen mallin hilapisteeseen ilmakehässä, merissä ja maaperässä asettaa sopivat alkuarvot. Mallin ilmakehäosiossa alkutilana voi toimia jonkin yksittäisen päivän (todellinen tai kuvitteellinen) maailmanlaajuinen säätila. Ilmastoajoissa tarkka alkutila ei ole oleellinen, kunhan se on fysikaalisesti mielekäs. Tämä on keskeinen ero säämalliajoihin nähden, joissa alkutilan tulee mahdollisimman tarkasti vastata todellisuutta.
Malliajo etenee askel kerrallaan
Kun alkutilaa vastaavat hilapistearvot on annettu, mallin yhtälöitten avulla voidaan laskea eri suureille muutosnopeudet (aikaderivaatat) kaikissa hilapisteissä. Lisäämällä lasketut muutokset alkutilaan voidaan laatia lyhyt, esim. 20 minuutin mittainen ''ennustus''. Tälle uudelle ennustetulle tilalle voidaan jälleen laskea muutosnopeudet, jolloin saadaan uusi ennuste jälleen yksi aika-askel eteenpäin. Laskemista toistetaan aika-askel kerrallaan. Näin voidaan simuloida eli jäljitellä ilmastojärjestelmän kehitystä tunnista, päivästä ja vuodesta toiseen. Aika-askel joudutaan pitämään hyvin pienenä suhteessa ennustuksen pituuteen laskennan vakauden säilyttämiseksi, vaikka se johtaakin hyvin suureen laskutoimitusten määrään.
Hiilidioksidin ja muitten kasvihuonekaasujen sekä pienhiukkasten pitoisuuksien annetaan kasvaa havaintoja vastaavalla tavalla malliajon alkuhetkestä (esim. vuodesta 1800) aina nykyhetkeen asti. Nykyhetkestä eteenpäin kaasujen pitoisuudet voidaan ottaa esimerkiksi jostakin SRES-kasvihuonekaasuskenaariosta.
Kuva. Brittiläisen Hadley keskuksen (Hadley Centre) HadCM3-ilmastomallin simuloimia kesän (kesä-elokuu) keskilämpötiloja Länsi-Suomessa sijaitsevassa hilapisteessä vuosina 1960-2099 (musta käyrä, yksittäisten kesien keskilämpötilat merkitty palluroin). Sininen vaakasuora viiva kuvaa 30-vuotisjakson 1961-1990 kesien keskilämpötilaa, joka on mallissa +11,4°C. Vastaavat keskilämpötilat jaksoille 2010-2039, 2040-2069 ja 2070-2099 on merkitty punaisin viivoin. Esim. vuosina 2010-2039 keskilämpötila on +12,7°C, eli perusjaksoon 1961-1990 verrattuna lämpötila oli noussut 1,3°C. Vastaava laskettu lämpötilan nousu vuosille 2040-2069 on 2,5°C ja vuosille 2070-2099 4,5°C.
Mallituloksesta ilmastonmuutostiedoksi
Esimerkki ilmastomallin simuloimista lämpötiloista yksittäisessä hilapisteessä on annettu oheisessa kuvassa. Keskilämpötilat vaihtelevat satunnaisesti vuodesta toiseen vallitsevien sääolojen mukaan, ihan kuin luonnossakin, joskaan kylmät ja lämpimät kesät eivät yleensä satu samoille vuosille kuin mitä havaitaan. Vuosienvälisen vaihtelun ohella käyrästä on nähtävissä selvä kasvihuoneilmiön voimistumisesta johtuva nouseva suuntaus. Tämä ilmastonmuutossignaali saadaan esille tarkastelemalla 30-vuotisia keskiarvoja.
Mallit eivät osaa kuvata nykyistä ilmastoa täysin oikein, esimerkiksi Suomen kesäilmasto on tässä mallissa muutaman asteen liian kylmä. Kuitenkin voidaan ajatella, että ne mallin ominaisuudet, jotka erottavat mallin ilmaston todellisesta ilmastosta, vaikuttavat samalla tavalla myös tulevaisuuden ilmastoa simuloitaessa. Näin mallin ennustama ilmastonmuutos voi olla suuruusluokaltaan oikea.
Malli ei anna oikeaa säätiedotusta vuodelle 2061
Malli siis simuloi sään vaihteluita vuodesta toiseen ja jopa yksittäisinä päivinä. Oikeasti päivittäistä säätilaa ei kuitenkaan kyetä ennustamaan luotettavasti kuin vajaan viikon päähän. Tämä johtuu ilmakehän virtausten kaoottisesesta käyttäytymisestä. Siksi esimerkiksi helleaallot eivät ilmastomalliajossa osu samoille vuosille ja päiville, joina ne todellisuudessa sattuvat. Sen sijaan pitempien jaksojen sääolojen tilastollisista ominaisuuksista - ilmastosta - malli kykenee antamaan käyttökelpoista tietoa, koska tällaiseen riittävän pitkään jaksoon mahtuu varsin edustavasti säätyypeiltään erilaisia vuosia.
Tarvitaan tietoa useammasta mallista
Todellisuudessa eri mallien ilmastonmuutosennusteet poikkeavat toisistaan joissakin suhteissa selvästikin, vaikka yleinen suuntaus kohti lämpimämpää ilmastoa on nähtävissä kaikissa malleissa. Ilmastotiedon soveltajille annettavien ilmastoennusteitten ei siksi koskaan pitäisi perustua yhteen ainoaan malliin, vaan on tarkasteltava riittävän suurta joukkoa erilaisia malleja. Suomen ilmastonmuutosennusteita laadittaessa on yleensä käytetty noin 20 mallin tuloksia.