Vedecké zlyhania sa klimatickým vedám nevyhýbajú

Vďaka textu sa dozviete základné pojmy z klimatického plánovania. Pomôže sa vám to orientovať v skratkách ako RCP, SSP, či IAM.

Nasledujúci text bol spracovaný na základe textu How Climate Scenarios Lost Touch With Reality; ROGER PIELKE JR. AND JUSTIN RITCHIE, publikovaného v ISSUES IN SCIENCE AND TECHNOLOGY

Roger Pielke sa dlhodobo venuje klimatickým modelom, a vplyvu politiky na vedu, pôsobí na University of Colorado Boulder. Hneď v úvode upresníme, nie je to „popierač“ otepľovania, dokonca podporuje daň z uhlíka. O to je jeho kritika klimatických scenárov Medzinárodného panelu pre zmenu klímy zaujímavejšia, hoci nie je zďaleka ojedinelá, kritiku renomovaných klimatických vedcov nájdete napr. tu a tu

Vo všeobecnosti sa spoliehame na  vedecké princípy a postupy, ktoré by mali  garantovať, že omyly budú postupne odhalené a nahradené novým vedeckým poznaním. Prebiehajúca  „kríza“ nízkej reprodukovateľnosti výsledkov v humanitných vedách (napr. psychológii) však nie je ojedinelým príkladom nesprávnosti vyššie uvedeného predpokladu. Znepokojujúci je príklad aj z biomedicínskych vied, kde sa v prehľade literatúry z roku 2015 zistilo, že takmer 900 recenzovaných publikácií uvádzajúcich štúdie údajnej bunkovej línie rakoviny prsníka boli v skutočnosti založené na nesprávne identifikovanej línii rakoviny kože. Ešte horšie je, že takmer 250 z týchto štúdií bolo publikovaných aj po tom, ako bola chybná bunková línia v roku 2007 definitívne identifikovaná. Výsledky Google Scholar naznačujú, že výskumníci stále používajú bunkovú líniu rakoviny kože pri rakovine prsníka aj v štúdiách uverejnených v roku 2021. Všetky tieto chybné štúdie zostávajú v literatúre a budú aj naďalej a sú zdrojom dezinformácií pre vedcov pracujúcich na rakovine prsníka.

Tento problém neschopnosti pochovať staré chyby sa týka aj klimatického modelovania a publikácií Medzinárodného panelu pre klimatickú zmenu (IPCC). Cieľom tohto textu nie je rozporovať proces otepľovania, či potrebu prijímania opatrení. Ale upozorniť na jeho zásadné nedostatky, ktoré majú výrazný vplyv na jeho interpretáciu a prijímané politiky.

O čo ide v skratke? Pri modelovaní budúceho vývoja sa používa ako scenár nezmenených politík (business as usual) ten, ktorý nezodpovedá realite. Ak ako benchmark používate nerealistický extrémne negatívny scenár, akákoľvek politika spomaľujúca otepľovanie sa potom javí ako veľmi výhodná. Autori pôvodného textu preto vravia o najväčšom zlyhaní vedeckej integrity v 21. storočí.

Ako k tomu došlo? A čo sú scenáre?

Naše nedokonalé poznanie bude vždy znamenať neistotu ohľadom budúceho vývoja a neschopnosť predikovať. Jediné riešenie tejto neznalosti vyžaduje uvažovanie v alternatívnych scenároch, pričom scenár je „postupnosť udalostí, ktoré sú zostavené tak, že každá udalosť tvorí kontext pre ostatné udalosti a aby v „príbehu“ bola zachovaná určitá časová kontinuita.“

Výskum klímy je ideálnym prostredím na využívanie scenárov. Prvé scenáre vychádzali z jednoduchých predpokladov. Napr. zdvojnásobenie koncentrácie CO2, alebo každoročný rast koncentrácie CO2 o 1%. Pôvodne mali scenáre pomáhať vedeckému bádaniu, ale veľmi rýchlo sa z nich stali projekcie alternatívnych budúcností. Už prvá správa IPCC z 1990 zadefinovala scenár „business as usual“ – „scenár má za cieľ vytvoriť základné očakávanie budúcnosti pri absencii nepredvídaných udalostí alebo zosúladeného úsilia o zmenu tejto budúcnosti. Toto základné očakávanie môže následne štruktúrovať hodnotenie prínosov, ktoré by mohli vyplynúť z alternatívnej cesty.“

Výroba scenárov v prípade klímy však vôbec nie je jednoduchá. Budúcu klímu ovplyvňujú budúce emisie skleníkových plynov (GHG) ale ich produkcia je závislá od populačného rastu, ekonomického rastu, inovácií, či využitia pôdy. Vzniká tak jasná otázka – čím sa má začať?

Ďalším pochopiteľným problémom je otázka zmeny premenných v čase, technologický vývoj je najjednoduchším príkladom. Ekonomická ťažba plynu a ropy z piesku dlho neexistovala ako alternatíva v hlavách autorov týchto modelov.

Prvý scenár business as usual z roku 1991 predpokladal, že v roku 2100 dosiahne koncentrácia CO2 v atmosfére hodnotu 1200 ppm (31.12.2021 dosahuje úroveň 418ppm, medziročný rast 0,76%).

Koncentrácia CO2 ovplyvňuje „radiative forcing“ – silu skleníkového efektu (odraz tepla) s hodnotou 10 wattov na m2. Tieto vstupné hodnoty v tomto 30 rokov starom modeli znamenali rast globálnej teploty o 2,9 až 6,2 stupňov celzia – nad predindustriálne hodnoty.

V aktuálnej šiestej správe IPCC stále nájdeme základný model s hodnotou 1200 ppm, s mierne nižším skleníkovým efektom 8,5 w/m2 a rastom teploty 3,0 až 5,1 C.

Kontinuita v tomto scenári umožňuje porovnávanie výsledkov výskumu v dlhšom období ale aj vytvára veľké problémy. „Keď scenáre stratili kontakt s realitou, tak sa zmenila aj klíma, jej vplyv a aj ekonomické modely, ktoré od nich závisia pri svojich prognózach“. Pre tých, ktorých zaujíma tento problém v detaile, odporúčame podrobný text na tomto linku.

Tohto problému si boli vedomí klimatickí vedci od začiatku a v komunite prebiehala živá debata o potrebe aktualizácie scenárov. Druhým problém je pravdepodobnosť jednotlivých scenárov. Z princípu by mal byť základný business as usual najpravdepodobnejším scenárom (princípy scenáru už „platia“, nič sa nemusí predikovať). Lenže, čo keď sa realita zmenila? Akú pravdepodobnosť má  takýto scenár?

Jedna skupina vedcov tvrdila, že „analytici zodpovední za prípravu politík potrebujú odhady pravdepodobnosti scenárov na posúdenie závažnosti predpokladaných vplyvov; inak by boli ponechaní na to, aby vypracovali implicitné pravdepodobnostné priradenia scenárom sami.“ Ale ďalší vedci, ktorí sa podieľali na tvorbe IPCC scenárov tvrdili, že posudzovanie pravdepodobností scenárov a storočia do budúcnosti je v podstate nemožné a nemali by to robiť, aby nezavádzali svojich používateľov o predvídateľnosti budúcnosti. Zvíťazil druhý pohľad, hoci tak akosi neúplne.

V roku 2000 panel IPCC predstavil report SERS  (Special emission report on scenarios) so scenármi, ktoré neobsahovali žiadnu pravdepodobnosť. Boli teda predložené scenáre, medzi ktorými nebol prezentovaný žiadny rozdiel v pravdepodobnosti nastatia. IPCC skonštatoval, že ak nie je možné predikovať budúcnosť, nie je možné priradiť pravdepodobnosti. Predíde sa tak možnému omylu, že chybné označenie najpravdepodobnejšieho scenára povedie k nesprávnym opatreniam.

Toto rozhodnutie bolo kritizované zo všetkých strán. Mnohé environmentálne neziskovky protestovali, že politici si vyberú scenár, v ktorom si „príroda“ poradí a  ktorý nevyžaduje nákladné opatrenia.

„Inými slovami, ak jeden scenár naznačoval, že svet by sa mohol vyvíjať smerom k nízkoemisnej budúcnosti aj bez agresívnych politík v oblasti klímy, mohlo by to znížiť motiváciu na vypracovanie politík, ktoré by skutočne mohli vytvoriť takú budúcnosť. Tu je dôkaz, že scenáre sú nie sú len objektívmi, ktoré pomáhajú predstaviť si možnú budúcnosť, ale aj opornými bodmi, ktoré motivujú k činnosti – k premene želaných budúcností na do reality. Scenáre teda nikdy nie sú neutrálne, pretože rôzne budúcnosti odrážajú rôzne voľby opatrení.

Nechcená revolúcia v tvorbe scenárov

Ako bolo spomínané, na začiatku sú predpoklady o budúcnosti sociálno-ekonomických premenných, ako je hospodársky rast, rast populácie a spotreba energie, ako aj celý rad ďalších premenných, ako sú zmeny vo využívaní pôdy ( v poľnohospodárstve, pastvinách, lesníctve a ) a znečistenie tuhými časticami. Tieto premenné sa zapájajú do modelov spoločnosti a hospodárstva, ktoré sa nazývajú integrované modely (IAM), ktoré potom generujú pravdepodobné cesty vývoja (pathways) budúcich emisií v jednotlivých krajinách – to sú emisné scenáre. Emisné scenáre sú podkladom pre určenie skleníkového efektu (radiative forcing) v atmosfére. Vývoj intenzity skleníkového efektu (pathways) sú kľúčová premenná vedeckých klimatických modelov – ktoré sa snažia predikovať budúci vývoj klímy. Proces vzniku klimatických modelov popisuje nasledujúca schéma.

Klimatické modely sú teda priamo závislé na scenároch, ktoré vyprodukuje IPCC.

V roku 2005 začal IPCC projekt budovania novej generácie emisných scenárov. To však nejakú dobu trvá, čo by zdržalo klimatických vedcov produkujúcich finálne modely. Aby nedošlo k tomuto zdržaniu IPCC si zjednodušil prácu a  jednoducho z mnohých stoviek emisných scenárov vybral 4 scenáre skleníkových efektov (radiative forcing pathways) do roku 2100. Tie sú považované za reprezentatívne (Representative concentration pathways), odtiaľ skratka RCP. Jeden znamenal vysoký skleníkový efekt, druhý nízky a zvyšné dva boli so stredným efektom. Klimatickí modelári mohli na základe týchto 4 scenárov budovať modely budúceho správania klímy.

Pozorný čitateľ si iste všimol, že sa nezačalo od začiatku (IAM), ale od stredu. Na základe RCP scenárov sa teda spätne modelovali parametre socioekonomických premenných. Paradoxne – IPCC sa už nezaoberal tým, či výsledné socioekonomické parametre dávajú zmysel. Len sucho konštatuje: „Je otvorenou výskumnou otázkou, aká široká škála sociálno-ekonomických podmienok by mohla byť v súlade s daným [RCP],vrátane jeho konečnej úrovne, jeho priebehu v čase a priestore“.

„IPCC prerušil prepojenie medzi sociálno-ekonomickými charakteristikami, z ktorých vychádzajú scenáre (populačná zmena, hospodársky rast atď.), emisnými scenármi, ktoré poskytli pre klimatické modely, a rôznymi budúcnosťami klímy, ktorú by tieto modely predpovedali. Cieľom oddelenia bolo ušetriť čas a zároveň sa vzdať akéhokoľvek záväzku vyhodnotiť scenáre a cesty (pathways) hodnovernosti alebo pravdepodobnosti.“

Aby to nebolo málo, IPCC porušil svoje dovtedy platné pravidlo – neutralitu rôznych scenárov (nepriraďovanie pravdepodobnosti). Scenár s najvyšším skleníkovým efektom (8,5 w/m2) označil ako baseline. Autori vysvetľujúceho textu to potom „oľutovali“, že namiesto baseline mali napísať vysoko emisný baseline. Klimatickí vedci a média sa však chytili slova baseline a tento scenár začali považovať za najpravdepodobnejší scenár, ktorý by nastal bez ďalších politík a opatrení. Tento scenár sa stal najdôležitejším nielen medzi 4 vyvolenými scenármi, ale aj v širšej databáze scenárov, ktoré IPCC spravuje.

Prečo je to problém?

RCP 8.5 je úplne mimo, už v roku 2005 to bol nerealistický scenár. V skutočnosti bol RCP 8.5 navrhnutý tak, aby bol prísnejší ako 98% všetkých dostupných scenárov v danom období. Mal prezentovať situáciu, ktorá by bola tak extrémna, ako si len dokážeme predstaviť.

Aj časopis Nature vydal komentár, v ktorom experti na scenáre konštatujú: svet, v ktorom platí RCP 8,5 je každým uplynulým rokom menej realistický.

Tento scenár predpokladá 6 násobný rast spotreby uhlia, pričom už dnes sa bavíme o tom, že spotreba uhlia je na vrchole, resp. veľmi blízko vrcholu. Podľa tohto scenára by koncentrácia CO2 mala v roku 2300 stúpnuť na 2000 ppm, čo je absurdné vzhľadom na aktuálne demografické prognózy.

Ďalším nerealistickým predpokladom RCP 8.5 je populačný rast. Podľa aktuálnych prognóz má svetová populácia od roku 2060  stagnovať na cca. 10 mld. ľudí, v tomto scenári má dosiahnuť 12 mld. Scenár je postavený na takých predpokladoch, akože Nigéria nebude mať 175 mil. obyvateľov ale 1,5 mld. podobne ako Čína.

 

Posledným divným predpokladom je pomalý ekonomický rast – práva časť grafu ukazuje, že pri RCP 8.5 by HDP mal vzrásť za 100 rokov len o polovicu v porovnaní so stredným scenármi. Môže za to predpoklad pomalého technologického vývoja. RCP 8.5 vlastne tvrdí, že nič také ako NetZero 2050 nie je možné. Že za posledných 10 rokov cena solárnych panelov, či veterných turbín vôbec neklesla.

Samozrejme, otázka je –prečo sa IPCC rozhodol zaradiť tento veľmi nepravdepodobný scenár?

„IPCC zvolil RCP 8.5 čiastočne preto, aby umožnil kontinuitu so scenármi predchádzajúcich správ IPCC, a to aj so SRES, ako aj s predchádzajúcimi základnými scenármi, aby výsledky klimatického modelovania v priebehu desaťročí mohli byť porovnateľné. RCP 8.5 si vybrala aj preto, aby pomohla klimatickým modelárom preskúmať rozdiely medzi správaním sa klímy pri predpokladaných extrémnych podmienkach ovplyvňovania klímy človekom a prirodzenou premenlivosťou. Rozdiel medzi vysokým RCP (8,5 W/m2) a nízkym RCP (2,6 W/m2) , ako tvorcovia scenára vysvetlili, “ vytvoril dobrý pomer signálu k šumu na vyhodnotenie odozvy klímy v AOGCM [atmosféricko-oceánsky všeobecného cirkulačného modelu].“ Technické požiadavky na modelovanie klímy boli hnacou silou pri navrhovaní scenárov IPCC.“

Ak by tieto scenáre, zvlášť uletený RCP 8.5, skutočne slúžili len na vedeckú prácu s klimatickými modelmi, dávalo by to zmysel. Ale vedci, politici, médiá aj široká verejnosť pripisujú takto vzniknutým klimatickým modelom schopnosť vierohodne predikovať možný budúci vývoj.

Problémový ale nie je len tento scenár, ale všetky štyri. Nie je to prekvapujúce, rýchlo meniaci sa komplexný svet sa nedá predikovať, scenáre rýchlo zastarávajú. V tomto bode by mala nastúpiť „schopnosť vedy“ opraviť staré modely, scenáre, či predikcie, ale nedeje sa to. Namiesto toho vidíme tvrdohlavé lipnutie na starých predpokladoch.

Nárast teploty v jednotlivých obdobiach v rozdielnych scenároch skleníkového efektu podľa IPCC z roku 2014.

Korekcia

Trvalo ďalších 10 rokov, kým IPCC vyprodukoval scenáre, ktoré dali do súladu socioekonomické parametre so skleníkovými efektmi. Tieto nové scenáre Shared socioeconomic pathways (SSP) mali vyššou kvalitou nahradiť používané RCP scenáre. V praxi sa ale používajú oboje, RCP naďalej prežívajú v klimatických modeloch. Ba dokonca chyby, ktoré boli kritizované v RCP scenároch, sa preniesli aj do SSP scenárov. Aj SSP scenáre obsahujú extrémne verzie, pričom sami autori k SSP5-RCP 8,5 udávajú – že môže nastať len v prípade veľmi obmedzených predpokladov. Len pre ilustráciu – tento model predpokladá, že viac áut bude poháňaných elektrinou z uhlia (že nikomu nedôjde, že elektromobil napojený na uhoľnú elektráreň nedáva zmysel), ako palivami z ropy. Tento scenár predpokladá, že uhlie nebude mať dnešný 27% podiel na spotrebovanej energii, ale 40-50% podiel. Akoby za posledných 30 rokov nenastal žiadny pokrok či už vo využívaní zemného plynu alebo obnoviteľných zdrojov.

Toto nepochopiteľné lipnutie na uhlí sa však premieta aj do ostatných scenárov. Výborne to ilustruje nasledujúci graf, ktorý popisuje emisie pri výrobe energií. Medzinárodná energetická agentúra, ktorá priebežne aktualizuje svoj najpravdepodobnejší scenár. Modrou je scenár pokračovania aktuálnych politík ( de facto business as usual)  z roku 2019 a fialovou z roku 2020. Ten aktuálny je už výrazne nižšie pod najoptimistickejším SSP scenárom IPCC. Nie je to prekvapujúce, veď aj scenár IPCC SSP1 s nízkymi emisiami a rozsiahlymi zelenými politikami predpokladá, že až v roku 2080 nastane pokles spotrebovaného uhlia oproti súčasnosti.  

Zlyhávajúca veda

Vráťme sa teraz k úvodu článku – k schopnosti vedy „opravovať“ svoje omyly, opúšťať mylné východiská.

„Podľa Google Scholar, od začiatku roka 2020 do polovice roka júna 2021 autori publikovali viac ako 8 500 prác s použitím nepravdepodobných základných scenárov, z ktorých takmer 7 200 využíva scenár RCP 8.5 a takmer 1 500 scenárov využíva scenár SSP5-8.5. Ani IPCC ani širšia komunita klimatických modelárov sa nesnažila čeliť alebo zvrátiť tieto chybné východiská v prognózach budúcich klimatických zmien.“

Teoreticky by sa mohlo stať, že aj nízkoemisné scenáre povedú k veľkým zmenám klímy, ale takýto scenár je veľmi ďaleko od aktuálneho vedeckého poznania.  Klimatická veda má problém, ktorý má široké dopady na celú spoločnosť. Napríklad federálna vláda USA odhaduje spoločenské náklady emisií CO2 vo výpočtoch cost-benefit analýz federálnych regulácií práve na základe scenárov IPCC.

Nie je tiež prekvapením, že nový segment „climate inteligence“ s ročnými tržbami 40 mld. dolárov vychádzajú najmä z RCP scenárov. To sú firmy ako McKinsey, či Swiss Re, ktoré svoje analýzy predávajú predovšetkým vládam, ktoré na základe nich pripravujú svoje politiky.

Pochopiteľne, tieto nedostatky sú veľmi ľahkým terčom pre všetky organizácie, ktoré kritizujú zelené politiky alebo poukazujú na nelegitimitu výsledkov klimatických vied.

Záver

Dobrá veda pracuje na tom, aby priniesla spoločnosti čo najlepší obraz skutočného sveta. Emisné scenáre dnešnej klimatickej vedy prinášajú skreslené obrazy, ktoré ohrozujú porozumenie a informovanú tvorbu politiky. Kým klimatická vedecká komunita nevyrieši tento základný problém vedeckej integrity, jej potenciál prispieť k pragmatickým riešeniam pre a mimoriadne náročnú výzvu, ktorou je zmena klímy, bude zbytočne ohrozený.

Radovan Ďurana