The Knowledge Frontier

Dunia na tabianchiChapisho la awaliUchambuzi wa dataDakika 4 za kusoma

MABADILIKO YA TABIANCHI YA HIVI KARIBUNI: KIASI GANI NI MIYUMBO YA ASILI YENYEWE?

Kila mwelekeo wa tabianchi tunaouona ni jumla ya mambo mawili. La kwanza ni mwitikio wa msukumo (forced response): mabadiliko yanayosukumwa na gesi joto, erosoli, matumizi ya ardhi na milipuko ya volkano. La pili ni mabadiliko ya ndani (internal variability): miyumbo ya tabianchi yenyewe, kama El Niño au mizunguko ya polepole ya bahari za Pasifiki na Atlantiki. Kuyatofautisha ni muhimu, ili kuelewa mabadiliko ya tabianchi na pia kupima kama modeli za tabianchi ziko sahihi.

Tatizo ni kwamba uhalisia hutokea mara moja tu. Modeli za tabianchi zinaweza kuendeshwa mara kadhaa kwa msukumo uleule, na wastani wa uendeshaji huo hufichua sehemu ya msukumo. Lakini modeli zina upendeleo (biases), na mbinu rahisi zaidi za kitakwimu huwa zinadhani kwamba muundo wa msukumo haubadiliki kamwe. Ulinganisho mmoja wa hivi karibuni wa kimataifa wa mbinu kama hizo uligundua kwamba makosa yalibaki makubwa — na kwamba mbinu za kujifunza kwa mashine hazikufanya vizuri zaidi ya takwimu za kawaida.

Makala inatoa mfano wa tahadhari: kupungua kwa kasi ya ongezeko la joto duniani kati ya 1998 na 2012 kulitafsiriwa kwanza kama ishara kwamba ongezeko la joto linalosababishwa na binadamu lilikuwa likipungua na kwamba modeli zilikuwa na makosa, kabla ya kutambuliwa kuwa ni mabadiliko ya ndani.

Mtandao unaojifunza kelele

Parvathi Kooloth, Wenyu Zhou na wenzao, katika Maabara ya Kitaifa ya Pacific Northwest (Pacific Northwest National Laboratory) na vyuo vikuu vya California San Diego na Washington, walijenga ConvLSTM, mtandao wa neva bandia unaounganisha uwezo wa kutambua mifumo ya kijiografia na kumbukumbu ya jinsi mifumo hiyo inavyobadilika. Waliufunza kwa makundi makubwa (ensembles) ya uigaji kutoka modeli 15 za tabianchi, wakitumia ramani za halijoto ya uso, mvua na shinikizo la hewa kwenye usawa wa bahari. Kazi yake ilikuwa kutambua miyumbo ya asili; kinachobaki ndicho sehemu ya msukumo.

Ulipojaribiwa kwenye modeli ambazo haukuwahi kuziona, ulizishinda mbinu sita zilizopo kwa halijoto, mvua na shinikizo katika sehemu kubwa ya kipindi cha kihistoria — isipokuwa kwa uigaji mmoja ambao waandishi wanasema ni kisa cha kipekee kisicho halisi (outlier). Kwa ulimwengu halisi, matoleo kumi ya mtandao, kila moja likiwa limefunzwa kwa seti tofauti ya modeli kumi, yalitumika kwenye tabianchi iliyoonekana tangu 1940.

Unachokipata kwenye rekodi halisi

  • Kupungua kwa kasi ya ongezeko la joto 1998–2012 kunajitokeza kama mabadiliko ya asili, kama tafiti za baadaye zilivyohitimisha. Sehemu ya asili ya halijoto ya dunia inafuata kwa karibu mzunguko wa polepole wa Pasifiki.
  • Aktiki. Ongezeko la joto linaloonekana Aktiki hivi karibuni limefikia takriban mara nne ya kiwango cha dunia. Kwa mujibu wa mtandao, sehemu ya msukumo inabaki karibu thabiti kwa takriban mara tatu. Miyumbo ya asili ilifanya yaliyobaki: Pasifiki ilizuia ongezeko la joto duniani huku mwendo wa kwenda-na-kurudi wa kieneo wa Aktiki yenyewe, yaani mtindo mmoja wa mabadiliko ya Aktiki, ukiongeza joto huko, hasa mwaka 2005–2020.
  • Atlantiki. Tofauti ya halijoto kati ya Atlantiki ya Kaskazini na ya Kusini imefuata umbo la V tangu 1950. Sehemu ya msukumo nayo inashuka na kupanda, ikiendana na kupanda na baadaye kushuka kwa uchafuzi wa erosoli katika Ulimwengu wa Kaskazini. Mabadiliko ya asili yaliukuza mwyumbo huo, yakizalisha kiwango cha chini kabisa cha miaka ya 1970 na 1980.
  • Pasifiki na kusini-magharibi mwa Marekani. Tangu 1980, mashariki ya Pasifiki ya ikweta imepata joto kidogo kuliko magharibi, muundo “unaofanana na La Niña” ambao modeli huuzalisha mara chache. Mtandao unasema kwamba mwitikio wa msukumo peke yake ungezalisha muundo dhaifu wa kinyume, “unaofanana na El Niño”; mabadiliko ya asili yaliugeuza. Vivyo hivyo kwa kuimarika kwa shinikizo la juu juu ya kaskazini-mashariki mwa Pasifiki na kukauka kwa kusini-magharibi mwa Amerika Kaskazini: kwa kiasi kikubwa ni ya asili, na mchango wa msukumo ni mdogo tu.

Kwa sifa kadhaa kati ya hizi, mwelekeo ulioonekana katika 1980–2022 uko nje ya kiwango cha mwitikio wa msukumo uliokadiriwa — ukumbusho kwamba mwelekeo mmoja wa kihistoria unaweza kuwa mwongozo dhaifu wa kile ambacho binadamu walisababisha.

Kipimo kwa modeli

Kwa kuwa mtandao unatoa makadirio ya wazi ya sehemu ya msukumo, unaweza kulinganishwa moja kwa moja na kile ambacho modeli zinaiga. Mifumo kwa ujumla inakubaliana: joto zaidi juu ya nchi kavu na katika latitudo za juu, kidogo juu ya Atlantiki ya Kaskazini karibu na ncha na Bahari ya Kusini, unyevu zaidi katika tropiki na latitudo za juu, ukame zaidi katika maeneo ya nusu-tropiki. Lakini modeli zinaupasha joto zaidi Ulimwengu wa Kaskazini, zinaimarisha shinikizo la juu la nusu-tropiki kidogo zaidi, na zinaikausha nchi kavu kidogo zaidi. Waandishi wanapendekeza kwamba modeli za sasa huenda zinakadiria chini kiasi ambacho mabadiliko ya pepo yatayakausha mabara.

Wao wenyewe wanaorodhesha mipaka. Mtandao hujifunza kutoka kwa modeli, kwa hiyo upendeleo unaoshirikiwa na modeli zote unaweza kuupotosha. Ni vigumu kuona ndani yake kwa nini unafanya kazi vizuri hivyo. Na unadhani kwamba wastani wa idadi ndogo ya uigaji ndio mwitikio halisi wa msukumo. Ndani ya mipaka hiyo, waandishi wanahitimisha, kujifunza kwa mashine kunaweza kuufanya uhusishaji (attribution) wa mabadiliko ya tabianchi ya zamani kuwa imara zaidi — na upimaji wa modeli kuwa makini zaidi.