Med en vitenskapelig modell ønsker forskere å gi en tilnærmet beskrivelse av virkeligheten. Modellen behøver nødvendigvis ikke være helt nøyaktig, men den tar for seg de viktigste underliggende årsakene til fenomenet den beskriver.
Modeller, som den FNs klimapanel bruker, skal kunne vurdere hypoteser, forklare data og beskrive fremtiden.
– Det er en av verdens mest komplekse vitenskapelige modeller, sier Eva Lieungh ved Naturhistorisk museum.
Men den er vanskelig å bruke.
Modellen er vanskelig å bruke for nybegynnere
Da Lieungh skulle bruke modellen til å se på hvordan klimaendringer vil påvirke norsk vegetasjon ble hun frustrert. Selv om modellen og dataene er åpne og tilgjengelige, er det vanskelig å lære alle de tekniske ferdighetene som trengs.
Modellen er satt sammen av ulike delmodeller for vegetasjon, hav, atmosfære og så videre. Disse oppdateres uavhengig av hverandre, og det kan være utfordrende å finne manualer for nybegynnere som både er vennlige og oppdatert med nyere versjoner av modellen.
Lieungh forteller at hun var over halvveis i doktorgraden før hun fikk til sin første test med modellen, til tross for at den er gratis og åpen.
Dette førte til at hun, og flere andre som bruker klimamodellen i Norge, bestemte seg for å samle erfaringer og bygge et digitalt verktøy. Det skulle gjøre det enklere å ta modellen i bruk for studenter og forskere med mindre teknisk utdannelse.
Avhengig av andre spesialiserte programmer
Lieungh kjører simuleringer med den delen av klimamodellen som tar for seg vegetasjon. Hun ser på hvordan klima påvirker norsk fjellvegetasjon. Da trenger hun bare en liten del av den store modellen.
Når hele klimamodellen skal brukes på global skala, må det gjøres på en superdatamaskin. Men når man bare skal simulere små områder og bare bruke enkeltdeler av modellen, er det mulig på en vanlig laptop.
– Installasjonen er neste problem, forteller Lieungh.
Klimamodellen er ikke som et vanlig dataprogram som kan installeres fra nettet. Det er en stor samling med kode som trenger andre spesialiserte programmer som utvikler seg fort.
Modellen kan nå installeres på en vanlig datamaskin
Sammen med forsker Lasse Keetz, programvareingeniør Kaveh Karimi og et stort team andre forskere har Lieungh utviklet et digitalt verktøy som gjør at modellen likner litt mer på et vanlig dataprogram. Det kan installeres på en vanlig datamaskin:
– Vi ville lage en felles kunnskapsplattform som gjør det enklere for nybegynnere, forklarer Lieungh.
Mye av arbeidet handlet om å samle dokumentasjon om hvordan modellen kan brukes og kode en arbeidsflyt som installerer den på riktig måte.
Annonse
Problemet er velkjent i vitenskapsmiljøet og lignende initiativ finnes i andre land. For eksempel i USA.
Forenkling burde vært prioritert
De to unge forskerne Lieungh og Keetz forteller at det er vanskelig å sette av tid og midler til slike initiativer siden det ikke bidrar direkte til forskningsresultater på kort sikt.
– For meg er det egentlig ganske utrolig at dette ikke blir prioritert høyere. Slike verktøy kan jo gi bedre forskningsresultater raskere for nybegynnere som meg, sier Lieungh.
Om sommeren varmes deler av vegetasjonen opp en til to grader med minidrivhus. Vegetasjonen følges over flere år. Lieungh vil bruke en klimamodell til å simulere det samme eksperimentet.(Foto: E. Lieungh)
En mastergrad i økologi og evolusjon er ikke nok for enkelt å bruke slike modeller. Tverrfaglig opplæring må på plass i tillegg.
Da hun og Keetz jobbet tverrfaglig med å samle informasjon som er relevant både for økologer og klimaforskere, kom de over flere utfordringer. En av dem var forskjeller i måten økologer og klimaforskere ser på planter.
Plantetypene stemmer dårlig med norske arter
I klimamodellen er det definert 14 ulike typer planter globalt. Denne inndelingen grupperer alle verdens planter etter egenskaper som påvirker plantenes funksjon i klimasystemet.
Det kan for eksempel være om de er løvfellende eller ikke, vokser som trær eller busker og om de er tilpasset tropene eller kaldere klima.
Dette fungerer ofte godt på global skala, men når dataene skal brukes for detaljerte økologiske spørsmål i spesifikke regioner, blir det vanskelig.
– Plantetypene som er definert globalt, stemmer dårlig overens med de norske artene, sier Lieungh.
Jobber med mindre områder
Annonse
Hun forklarer at modellen for eksempel kan simulere busker som er mye høyere enn vi har her. Eller de tåler lavere temperaturer enn det som er realistisk. Det kan stemme for arter i andre regioner.
– Men selv om det fungerer globalt, kan du få en mismatch-effekt når du prøver å skalere ned, sier forskeren.
Hun forteller at de som jobber med globale prosesser, gjerne ser på data i store skalaer. Sjelden mindre enn en kvadratkilometer. Når hun og andre økologer gjør feltarbeid, kan skalaen være så liten som 20 kvadratcentimeter.
Hun mener også at mye av dataene til de globale modellene er hentet fra varmere strøk. Det er også noe av grunnen til at det ikke er like egnet å bruke modellen her i Norge.
Ulike fagfelt må jobbe sammen
Lieungh understreker at klimamodellen fungerer veldig bra på global skala. Komplikasjonene kommer først når modellen skal peke den andre veien. Gjerne i detaljer knyttet til noen økosystemer.
– Når du ser på arktiske strøk med permafrost og hvordan vegetasjonen vokser der, er det mye usikkerhet knyttet til det, forklarer hun.
Dette er kjent og noe det jobbes med i mange forskningsmiljøer rundt om i verden.
For å forbedre modellene og bruke dem i ny forskning må forskere fra flere ulike fagfelt jobbe sammen. Lieungh forklarer at en av utfordringene da hun og Keetz skulle lage enklere verktøy, var å skjønne forskjellen i måten økologer og klimaforskere bruker fagordene på.
Tverrfaglige språkproblemer
Utfordringene med slike store tverrfaglige modeller er å etablere en felles målforståelse og språk, hevder de to.
Et eksempel de trekker frem, er at de 14 plantetypene i modellen kalles for «Plant Functional Type» (PFT). Når klimaforskere snakker om PFT, tenker de på plantenes bidrag i globale kretsløp av for eksempel karbon og vann.
Annonse
Den samme forkortelsen brukes også av økologer, men da betyr PFT «Plant Functional Trait». De er mer opptatt av å beskrive for eksempel bladform, størrelse eller frøproduksjon som bidrar til plantenes overlevelse og reproduksjon.
I tillegg til selve begrepsbruken forklarer Lieungh at ulike fagfelt betrakter planter på forskjellig vis:
– En klassisk klimatolog vil være interessert i hvordan vegetasjon påvirker prosesser knyttet til klimaet. Økologer er også det, men det er bare en liten del av hva de er interessert i når det kommer til planter og klima.
Vil studere mekanismene bak et økosystem
Lieungh ønsker å bruke modellen til å finne ut hvorfor vi har bestemte typer økosystemer noen steder og hvordan fremtidens klima vil endre vegetasjonen. Hva er mekanismene bak?
Klimamodellen er egnet til dette fordi den har en mekanistisk måte å se på verden:
– Klimamodellens måte å fungere på åpner for å representere prosesser heller enn å se statistiske sammenhenger. Da kan vi si noe om framtiden på bakgrunn av prosessene som er modellert, selv om vi ikke har observasjoner, sier hun.
I klassisk biogeografisk forskning er derimot det meste basert på statistiske relasjoner mellom planter og klima. I hennes arbeid bruker hun også statistikk for å se på økosystemer.
Men hvis klimaet eller andre forhold endrer seg, er det ikke sikkert at det statistiske forholdet er det samme.
Derfor mener hun at en mer mekanistisk måte å betrakte forholdet mellom klima og økosystem på kan være en fordel for å oppdage forutsetninger for at en type økosystem oppstår.
Tester resultat fra felt med modellen
Med det nye digitale verktøyet for å modellere på egen laptop åpnes dører for ny forskning.
– Jeg prøver å stille inn vegetasjonsdelen av klimamodellen for å få det samme resultatet som jeg finner i felt, forteller Lieungh.
Annonse
Et av prosjektene hennes handler om å se på et økologisk feltarbeid på alpine områder på Vestlandet. Her har hun deltatt på feltarbeid sammen med andre forskere som har undersøkt vegetasjonen og sett på hva som skjer når de skrur opp temperaturen ved hjelp av et minidrivhus.
Slik ser de små minidrivhusene ut. De skrur opp temperaturen en til to grader i et lite område.(Foto: Eva Lieungh)
Ved hjelp av klimamodellen ønsker Lieungh å simulere en temperaturøkning for å se om resultatene i modellen blir de samme som fra minidrivhusene.
Justerer modellen
– Hvis modellen gir realistiske resultater, kan vi simulere oppvarmingen lenger fram i tid enn det vi hadde mulighet til i virkeligheten. Det vil være interessant å se også hvis resultatet ikke er det samme. Det vil for eksempel kunne vise om det er noe som mangler i modellen.
Slike modelleksperimenter trengs for å justere modellen til å bli mer korrekt.
Hun håper at flere vil ta i bruk verktøyet de har utviklet slik at det blir flere som sammenlikner informasjon fra feltarbeid med klimamodeller.
På den tekniske siden jobber Keetz med metoder som bruker økologiske observasjoner og maskinlæring for å finne gode modellinstillinger på lokalt nivå.
Da er det viktig at økologer i felt får en forståelse av hva slags observasjoner som trengs for å forbedre de store modellene.
Hvor høy blir tregrensen?
De to forskerne forklarer at det også er flere andre gode grunner til å bruke tid på å lage et slikt verktøy som gjør det enklere å bruke vegetasjonsdelen av klimamodellen.
– Dette er en type infrastruktur som gjør informasjonen fra klimamodellen lettere tilgjengelig.
Det digitale verktøyet de har laget, kan for eksempel brukes til å besvare spørsmål som hvor høy tregrensen blir, i hvilke områder bjørk vil kunne ta over for furu og hvordan det påvirker klimaet. Det kan også svare på hvordan klimaet vil påvirke skogbruk, vannets syklus og tilbakestråling i tillegg til en rekke andre spørsmål.
Foreløpig er det digitale verktøyet deres i sluttfasen av utviklingen, og en artikkel er sendt inn til et vitenskapelig tidsskrift for evaluering av deres eksperter.
Når den publiseres, vil de ha gjort et viktig bidrag for å gjøre en av verdens mest kompliserte modeller lettere tilgjengelig.
Eva Lieungh og Lasse Keetz deltar i EMERALD-prosjektet som er et tverrfaglig nettverk med forskere fra forskjellige disipliner fra mange deler av landet. I prosjektet samarbeider de om forskning i skjæringspunktet mellom geofag og økologi.
