Confrontando le osservazioni con ampi insiemi di simulazioni di modelli climatici, gli scienziati possono ora isolare meglio quando il cambiamento climatico causato dall'uomo è stato identificabile per la prima volta nelle osservazioni.

I Large Initial Condition Ensemble (LE) sono simulazioni del cambiamento climatico eseguite con un unico modello climatico. Un LE ha tipicamente tra 30 e 100 "membri" individuali per sondare la gamma della variabilità climatica naturale. Ogni membro parte da un diverso stato iniziale dell'atmosfera e/o dell'oceano e da lì si sviluppa in una sequenza unica di variabilità naturale interna e risposta a forzanti esterne (come l'aumento delle emissioni di gas serra). In sostanza, un LE è un modo per generare "molte Terre", molte traiettorie plausibili del cambiamento climatico che possono essere paragonate alla sequenza che è stata effettivamente osservata.

Gli scienziati e i collaboratori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) del Canadian Center for Climate Modeling and Analysis e del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno scoperto che l'esecuzione di LE fornisce una migliore comprensione dell'incertezza nel tempo necessario per rilevare i cambiamenti climatici causati dall'uomo . La loro ricerca appare nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

I due LE utilizzati nello studio provenivano dal Canadian Earth System Model e dal U.S. Community Earth System Model. Entrambi i LE sono stati guidati da cambiamenti storici stimati in tutte le principali forzanti esterne naturali e artificiali. L'obiettivo dello studio era rilevare modelli di "impronta digitale" causati dall'uomo nella temperatura della troposfera (tra la superficie e circa 18 chilometri in alto) e nella bassa stratosfera (tra circa 14 e 29 km).

Gli insiemi hanno mostrato che il raffreddamento stratosferico (principalmente dovuto all'aumento delle sostanze che riducono lo strato di ozono) è stato rilevabile per la prima volta tra il 1994 e il 1996. L'identificazione del riscaldamento troposferico causato dai gas serra ha richiesto più tempo e non è avvenuto fino a tra il 1997 e il 2003. Il rilevamento successivo di un essere umano Il segnale di riscaldamento troposferico causato era principalmente dovuto all'eruzione vulcanica del Pinatubo del 1991. Pinatubo ha riscaldato la bassa stratosfera ma ha raffreddato la troposfera, mascherare temporaneamente gli effetti umani sulla temperatura atmosferica. Poiché la grande capacità termica dell'oceano ha una maggiore influenza sulla temperatura della bassa atmosfera, questo effetto di mascheramento vulcanico è durato più a lungo nella troposfera.

Il metodo "impronta digitale" utilizzato dagli autori dello studio è un potente strumento per separare i modelli umani e naturali del cambiamento climatico. I risultati della ricerca sulle impronte digitali forniscono supporto scientifico per i risultati di una "distinguibile influenza umana" sul clima globale. Beniamino Santer, l'autore principale dello studio, ha affermato che i dati dell'insieme "consentono agli scienziati di comprendere meglio come e quando le attività umane hanno iniziato a influenzare il clima".

Poiché la variabilità naturale interna da un anno all'altro e da un decennio all'altro è diversa in ciascun membro dell'ensemble, c'era una diffusione nel tempo di rilevamento delle impronte digitali nei modelli LE. Questa diffusione era maggiore nella troposfera (dove il rumore della variabilità interna è maggiore) che nella bassa stratosfera. Nella maggior parte dei casi considerati dai ricercatori, il modello diffuso nel tempo di rilevamento nella troposfera comprendeva il tempo effettivo di rilevamento delle impronte digitali nei dati di temperatura del satellite. Questo non era vero nella bassa stratosfera, dove il rilevamento del raffreddamento stratosferico causato dall'uomo generalmente si verificava prima nei dati satellitari rispetto ai due modelli LE.

Gli ensemble canadese e statunitense hanno prodotto diversi livelli di coerenza tra il tempo di rilevamento delle impronte digitali nel "mondo modello" e nei dati satellitari. Il team ha affermato che gli scienziati devono essere cauti nell'interpretare tali risultati. Valutare la vera coerenza tra il tempo di rilevamento delle impronte digitali nelle osservazioni e in un ampio insieme richiederà la riduzione delle incertezze sia nella sensibilità del sistema climatico all'aumento dei gas serra sia nel raffreddamento causato dagli aerosol antropogenici (in particolare attraverso i loro effetti sulle proprietà delle nuvole).

"Come statistico, Sono entusiasta delle possibilità offerte dalle LE per lo studio del segnale e del rumore nel sistema climatico, " ha detto Giuliana Pallotta di LLNL, un coautore del documento. "Gli insiemi di grandi dimensioni non sono stati sfruttati appieno negli studi sulle impronte climatiche. Dovrebbero esserlo".