Klimaforsker

En klimaforsker undersøger, hvordan Jordens klima fungerer, hvorfor det ændrer sig, og hvilke følger ændringerne kan få. Arbejdet kan handle om temperatur, nedbør, tørke, stormfloder, havis, indlandsis, havniveau, atmosfærisk cirkulation eller ekstreme vejrhændelser. Nogle forskere arbejder globalt med hele klimasystemet, mens andre undersøger Danmark, Grønland, Færøerne eller et bestemt lokalt område. Fælles for dem er, at konklusioner skal bygge på dokumenterbare data, fysiske sammenhænge og gennemsigtige metoder.

Jobbet findes blandt andet ved DMI, universiteter, GEUS og andre forskningsinstitutioner. Klimaforskere kan også arbejde i rådgivende virksomheder, internationale organisationer, myndigheder og analysecentre. DMI beskriver sin forskning som anvendelsesorienteret og bruger modeller og observationer til at skabe viden om vejr, klima, hav og is. Nationalt Center for Klimaforskning understøtter desuden myndighedsrådgivning og udvikler klimadata, som samfundet kan bruge til beslutninger og klimatilpasning.

Et forskningsprojekt begynder med et afgrænset spørgsmål. Det kan være, om kraftig sommernedbør bliver hyppigere, hvordan afsmeltning i Antarktis påvirker dansk havniveau, eller hvor godt en regional model beskriver arktiske temperaturer. Forskeren gennemgår tidligere studier, formulerer en hypotese og vælger data og metode. Spørgsmålet skal være præcist nok til at kunne undersøges, men vigtigt nok til at tilføre ny viden.

Observationer er et grundlag for klimaforskningen. DMI har målenet i Danmark, Grønland og Færøerne, og internationale datasæt omfatter stationer, bøjer, skibe, fly, radar og satellitter. Lange tidsserier kan vise ændringer, men de skal kvalitetssikres. En station kan være flyttet, et instrument udskiftet, eller omgivelserne kan være blevet bebygget. Klimaforskeren undersøger metadata og anvender kontrollerede metoder, så tekniske brud ikke forveksles med en fysisk klimatrend.

Satellitter giver bred dækning af blandt andet temperatur, skyer, havis, vegetation og strålingsbalance. Målingen er ofte indirekte, fordi instrumentet registrerer stråling, som derefter omsættes til en geofysisk størrelse. Forskeren skal kende sensorens opløsning, kalibrering og usikkerhed og sammenligne med uafhængige observationer. Et flot kort er ikke i sig selv dokumentation, hvis databehandlingen og begrænsningerne ikke kan forklares.

Reanalyse kombinerer historiske observationer med en konsistent vejrmodel og dataassimilation. Resultatet kan være et sammenhængende tredimensionelt billede af atmosfæren gennem mange år. DMI arbejder eksempelvis med en dansk reanalyse, der beskriver temperatur, vind, tryk, skyer, fugtighed og nedbør. Reanalyse er særligt nyttig mellem stationerne, men er stadig et modelbaseret produkt. Forskeren validerer derfor relevante variable og undgår at behandle alle gitterpunkter som direkte målinger.

Klimamodellen er et andet centralt redskab. Den bruger fysiske love til at beregne bevægelse og energi i atmosfære, hav og andre dele af klimasystemet. Moderne jordsystemmodeller kan også beskrive havis, landoverflade, vegetation, aerosoler og atmosfærisk kemi. Jorden opdeles i tredimensionale gitterceller, og beregningerne kræver supercomputere. Processer, der er mindre end cellerne, må beskrives med forenklede relationer.

Globale modeller viser de overordnede sammenhænge på hele kloden. DMI oplyser, at deres typiske rumlige opløsning er omkring 100 gange 100 kilometer. Det er for groft til at beskrive alle lokale forhold og fænomener som enkelte skybrud. Regionale klimamodeller køres derfor over et mindre område med finere gitter og randbetingelser fra en global model. Resultater fra regionale modeller bruges blandt andet i Klimaatlas til detaljerede fremskrivninger for danske kommuner.

Fremtidens udledning af drivhusgasser kendes ikke på forhånd. Derfor arbejder klimaforskeren med scenarier, som repræsenterer forskellige mulige udviklingsveje for udledninger, arealanvendelse og samfund. Et scenario er ikke en vejrudsigt eller en påstand om, hvad der helt sikkert vil ske. Det er en betinget beregning af, hvordan klimaet kan reagere, hvis bestemte forudsætninger udvikler sig på en bestemt måde.

En enkelt modelkørsel er sjældent tilstrækkelig. Forskeren sammenligner ensembler med mange kørsler eller flere uafhængige modeller. Spredningen hjælper med at beskrive naturlig variation, modelusikkerhed og forskelle mellem scenarier. DMI fortæller, at Klimaatlas er baseret på op til 72 forskellige klimamodeller. Forskeren må dog undersøge, om modellerne er uafhængige, og om de har systematiske fejl, før et samlet gennemsnit fortolkes.

Validering tester modeller mod observationer fra en historisk periode. Modellen får kendte ydre påvirkninger som drivhusgasser, solindstråling og vulkanske partikler, hvorefter den simulerede udvikling sammenlignes med den målte. Klimaforskeren vurderer både middelværdi, variation, årstidscyklus, geografiske mønstre og ekstreme hændelser. En model kan være god til temperatur og samtidig have problemer med lokal nedbør. Egnetheden afhænger derfor af det spørgsmål, modellen skal besvare.

Statistik og programmering fylder en stor del af hverdagen. Forskeren skriver kode til at hente, rense og analysere meget store datasæt, arbejder på servere eller supercomputere og dokumenterer versioner og parametre. Metoderne kan omfatte trendanalyse, ekstremværdistatistik, sandsynlighedsmodeller og maskinlæring. Resultater skal testes for følsomhed, og kode bør kunne genbruges eller kontrolleres af andre. En graf uden reproducerbar arbejdsgang er et svagt forskningsresultat.

Attribuering undersøger, hvor meget menneskelig påvirkning eller andre faktorer har bidraget til en observeret ændring eller hændelse. Her sammenlignes modellerede verdener med og uden bestemte påvirkninger, ofte sammen med observationer. Forskeren kan beregne, om en type ekstrem varme er blevet mere sandsynlig, men skal være præcis om metode, område og usikkerhed. Resultatet gælder ikke automatisk alle konsekvenser af hændelsen.

Klimaets komponenter påvirker hinanden. Atmosfæren udveksler varme, vand og kulstof med hav, land og is. Smeltende havis ændrer overfladens refleksion, og varmere hav kan påvirke atmosfærens fugt og cirkulation. Tipping points undersøges, fordi visse systemer kan ændre sig markant efter en tærskel. Mekanismerne kan være komplekse og usikre, så forskeren skelner mellem hypotese, modelresultat, observation og etableret evidens.

Arktis er et vigtigt dansk forskningsområde. DMI arbejder med Grønland, havis, indlandsis og polare klimaforandringer. Observationerne er færre og vanskeligere at vedligeholde end i tætbefolkede områder, mens ændringerne kan være store. Satellitter, feltmålinger, reanalyser og modeller må derfor kombineres. Resultaterne er relevante for havniveau, økosystemer, sejlads og samfund i Rigsfællesskabet.

Klimatjenester omsætter forskning til data, som kan bruges i praksis. En kommune kan have behov for forventede ændringer i skybrud, tørke eller havniveau til planlægning af kloakker, byggeri og kystsikring. Forskeren skal forstå beslutningens tidshorisont og geografiske skala og må ikke levere mere præcision, end modellerne understøtter. DMI fremhæver Klimaatlas som et centralt datagrundlag for kommunernes klimatilpasning.

Forskningsprocessen omfatter samarbejde, fagfællebedømmelse og publicering. Klimaforskere arbejder ofte i internationale projekter, fordi observationer og modeller dækker landegrænser. En artikel beskriver data, kode, metode, resultater og begrænsninger og vurderes af andre eksperter før offentliggørelse. Kritik og gentagelse er en normal del af videnskaben. En konklusion bliver stærkere, når flere uafhængige metoder peger i samme retning.

Formidling er vigtig, fordi klimaviden indgår i store offentlige og private beslutninger. Forskeren kan skrive rapporter, rådgive myndigheder, undervise, tale med journalister eller bidrage til internationale vurderinger som FN’s Klimapanels rapporter. Budskabet skal skelne mellem observeret udvikling og fremskrivning, mellem scenario og prognose og mellem sandsynlighed og sikkerhed. Politisk relevans ændrer ikke kravet om faglig uafhængighed.

Uddannelsesvejen går typisk gennem en kandidatgrad i fysik, geofysik, meteorologi, geografi, geovidenskab, oceanografi, matematik eller et beslægtet naturvidenskabeligt fag. Københavns Universitet tilbyder specialisering i klima og geofysik på kandidatuddannelsen i fysik. Studerende lærer blandt andet at bruge observationer, numeriske metoder og modeller til at undersøge atmosfære, hav, is og det koblede klimasystem.

En ph.d. er ofte nødvendig for selvstændige forskerstillinger. Ph.d.-forløbet træner forskeren i at planlægge et originalt projekt, udvikle metode, publicere og forsvare resultater. Derefter følger mange en eller flere tidsbegrænsede postdocstillinger, mens andre går til fast forskning, modeludvikling, dataarbejde eller rådgivning. Evnen til at skaffe projektmidler og koordinere internationale samarbejder kan få større betydning senere i karrieren.