Komputery i globalny klimat

Numeryczne modelowanie globalnego klimatu jest dziś oczywistością, ale pierwsze numeryczne  modele cyrkulacji zachodzących w troposferze (The general circulation of the atmosphere: a numerical experiment,  ,,Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 82 (1956): 123–154) pojawiły się  dopiero w drugiej połowie ubiegłego wieku i były dziełem meteorologia i oceanografa Normana Phillipsa (ur. 1923). Jego model pozwalał na realistyczne przedstawienie miesięcznych i sezonowych wzorców i był interpretowany jako eksperyment komputerowy. Przełomem w tych pracach było zastosowanie pierwszego superkomputera (IBM 7030) zbudowanego w całości z tranzystorów.  Pierwszy egzemplarz tej maszyny został dostarczony (1961) do Centrum Badań Atomowych w Los Alamos i  pracował tam do roku 1971. Jeden z egzemplarzy trafił (1963) do agencji rządu federalnego USA zajmującej się prognozowaniem pogody.

IBM 7030 maintenance console at the Musée des Arts et Métiers, Paris

Pierwsze modele globalnego klimatu wykonane przez ten komputer były dziełem Japończyka Syukuro Manabe (ur. 1931).

Image copyright: AIP Emilio Segrè Visual Archives, used with permission.

Modele te były opracowywane niezależnie dla atmosfery i dla oceanów. Te drugie z modeli globalnego klimatu (A numerical investigation of the oceanic general circulation,  ,,Tellus” 19 (1), 54-80) były wykonane  przez Kirka Bryana (ur.1929). Później autorzy ci połączyli wysiłki i opracowali całościowy model dla atmosfery i oceanów (S. Manabe, K. Bryan, 1969: Climate Calculation with a combined ocean-atmosphere model. ,,Journal of Atmospheric Sciences”, 26(4), 786-789).

W  modelach opracowanych przez Manabe pojawił element, który jest kluczowy dla współczesnych modeli prognozujących globalny klimat. Tym elementem jest próba oszacowania wpływu zawartości dwutlenku węgla na zmiany klimatyczne przy pomocy metod numerycznych (symulacji komputerowej). Pierwsza taka próba została wykonana przez Manabe i Richarda Wetheralda (1936-2011). Wyniki zostały opublikowane w artykule (Thermal equilibrium of the atmosphere with a given distribution of relative humidity. ,,Journal of the Atmospheric Sciences”, 24 (3), 241-259.), który ukazał się dokładnie pół wieku temu, w maju 1967 roku.  W artykule tym jest podana odpowiedź na pytanie o wpływ na globalny klimat podwojenia zawartości dwutlenku węgla w atmosferze. Oczywiście był już znane wcześniejsze szacunki dokonane przez Svante A. Arrheniusa (1859-1927) i Guy S. Callendara (1897-1964), ale wyliczenia oparte na symulacjach komputerowych okazały się o wiele bardziej wiarygodne. Prawie dziesięć lat później (1975)  ukazał się kolejny artykuł Manabe  i  Wetheralda (The effect of doubling of CO2 concentration in the atmosphere. ,,Journal of Atmospheric Sciences”, 32(1), 3-15) poświęcony wprost temu zagadnieniu. Dane zawarte w tym artykule są nadal aktualne, co świadczy o tym, że w naukach przyrodniczych dobrze opracowane zagadnienia stają się trwałym osiągnięciem.

Konkluzja,  która jawi się w kontekście powyższych uwag historycznych ma jednak charakter filozoficzno-przyrodniczy. Od czasu pierwszych globalnych modeli ziemskiego klimatu Ziemia postrzegana  jest jako integralna jedność. Bez prac Manabe,  Wetheralda i Bryana nie byłaby możliwa hipoteza Gai, jaką wysunął w drugiej  połowie lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku  James Lovelock (ur. 1919).  Można nawet przypuszczać, że także hipoteza Medei Petera Warda  (ur. 1949) również  nigdy by się nie pojawiła.  Wcześniej trzeba było  nauczyć się myśleć w kategoriach, które uwzględniają nie tylko genetyczną, ale także strukturalną i funkcjonalną jedność naszej planety.