Maapallojärjestelmämallit

Maapallojärjestelmämallit (Earth system models, ESMs) ovat monimutkaisia, integroidun lähestymistavan malleja, jotka simuloivat maapallon järjestelmän vuorovaikutuksia. Ne yhdistävät ilmakehän, hydrosfäärin, krio- ja pilvikerroksen, maapinnan ja Biosfäärin sekä biogeokemialliset kiertoprosessit, kuten hiilen ja typen kierron. Osa malleista sisältää myös kasvillisuusdynaamikan, meribiogeomemian, aerosolien ja ilmakehän kemian sekä ihmisen toiminnan, kuten maankäytön muutokset ja päästöt.

Käytännössä ESM:t ovat gridipohjaisia simulointimalleja, jotka ratkaisevat fysiikan lait ja käyttävät parameterointeja pienempien prosessien kuvaamiseen. Ne ovat usein erittäin laskennallisesti kalliita, ja niitä ajetaan useita rinnakkain ensemble-tiloissa epävarmuuksien kartoittamiseksi. Mallien yhteydessä käytetään tarvittaessa tarkennettua simulointia ja järjestelmän osa-alueiden tiivis integrointi eri komponenttien välille.

Käyttötarkoituksia ovat ilmastonmuutoksen projisoinnit, syy-seuraus -analyyttiset tutkimukset sekä politiikan ja sopeutumisen tukeminen. ESM:t ovat keskeisiä IPCC-arvioissa ja CMIP-projekteissa, joissa useat tutkimuslaitokset vertailevat malleja tulevien kehitysvaihtoehtojen ymmärtämiseksi.

Haasteita ovat ilmaston herkkyydet ja hiilenkierron palautevaikutukset, rajallinen resoluutio, epävarmuudet malleissa sekä suurin laskennallinen tarve. Kehitystyö tähtää suurempaan tarkkuuteen, paremmin kuvattuihin pilvi- ja biogeokemiallisten prosessien vastaavuuksiin sekä erilaisia sopeutumis- ja päästöskenarioita koskevan mallinnuksen parantamiseen.