Mit: Czułość klimatu na zmiany stężenia dwutlenku węgla jest bardzo mała

Czułość klimatu jest niska.
„Ostatnie badania dr. Spencera pokazują, że – przynajmniej w krótkich okresach czasu – sprzężenia zwrotne, które – jak wyobraża sobie IPCC – mają znacząco wzmacniać ocieplający wpływ powodowany przez CO2, tak naprawdę są ujemne i ograniczają ocieplenie, które jakoby miały wzmacniać. Jako swoje „najlepsze oszacowanie” podaje, że, podwojenie koncentracji CO2, (które może nastąpić w tym stuleciu, o ile walczący ze zmianą klimatu nie dopną swojego celu rozłożenia gospodarek krajów Zachodu) doprowadzi do wzrostu temperatury na poziomie 0,5°C, a nie przewidywanych przez IPCC 6°C”. (Christopher Monckton)

Czułość klimatu może być obliczona nie tylko za pomocą komputerowych modeli klimatu, ale też empirycznie, poprzez porównanie zmian temperatur w historii z naturalnymi wymuszeniami klimatycznymi. Długa lista niezależnych badań, bazujących na różnych okresach z przeszłości Ziemi, pokazuje, że czułość klimatu (czyli wzrost temperatury w odpowiedzi na podwojenie atmosferycznej koncentracji dwutlenku węgla) sięga 3°C. Wartości tak niskie, jak te podawane przez Moncktona, są niezgodne z badaniami dawnych zmian klimatu. Z kolei wartości tak wysokie jak 6°C są wynikiem najbardziej radykalnych oszacowań IPPC, które dla scenariusza największych emisji przewiduje wzrost temperatury w granicach 2,4-6,4°C.

Zdjęcie satelitarne przedstawiające płaty chmur oraz dym widoczny nad powierzchnią wody w zatoce Hudsona.

Na bilans energetyczny naszej planety wpływ ma rodzaj powierzchni Ziemi, chmury, aerozole i wiele innych czynników.
Zdjęcie satelitarne dymu nad Zatoką Hudsona dzięki uprzejmości NASA/GSFC, Rapid Response.

Czułość klimatu to parametr, którym mierzymy reakcję systemu klimatycznego na działanie różnych czynników (nazywanych wymuszeniami). Wyrażamy go, jako zmianę temperatury w °C, następującą w wyniku wymuszenia mierzonego w W/m2. Standardowym wymuszaniem, dla którego podajemy czułość klimatu jest podwojenie się koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze (z 280 ppm do 560 ppm).

Można łatwo obliczyć, że jeśli dwukrotnie zwiększymy ilość atmosferycznego CO2, strumień promieniowania długofalowego uciekającego w kosmos natychmiast lub bardzo szybko zmniejszy się o 4 W/m2. Gdyby nie towarzyszyły temu inne zmiany, do odzyskania równowagi wystarczyłoby, aby Ziemia (a raczej szczyt troposfery) ogrzała się o 1,2°C, więc stosunkowo niewiele.

Tekst

TekstII

Rzeczywistość jest jednak bardziej skomplikowana. Wzrost temperatury atmosfery uruchamia całą kaskadę innych procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych. Zmienia się wilgotność powietrza (co prowadzi do wzmocnienia efektu cieplarnianego), intensywność parowania (co wzmacnia strumień ciepła utajonego, czyli przenoszenie ciepła na drodze parowania i skraplania), zachmurzenie (co prowadzi do zmiany efektu cieplarnianego oraz albeda), oraz pokrywa śnieżna i lodowa w rejonach polarnych (co prowadzi do zmiany albeda). Długookresowo wzrost temperatury powoduje także zmianę pokrywy roślinnej albo pustynnienie na dużych obszarach, co również wpływa na klimat.

Część z tych procesów pogłębia ocieplenie, a część mu przeciwdziała. System klimatyczny posiada zatem szereg sprzężeń zwrotnych, które mogą wzmocnić lub osłabić zmiany wywołane wymuszeniem radiacyjnym. Suma wszystkich sprzężeń działających w określonej skali czasowej definiuje czułość klimatu.

Jeśli - tak, jak sugerują sceptycy - w ogólnym bilansie przeważałyby ujemne sprzężenia zwrotne, powierzchnia naszej planety ocieplałaby się powoli i w niewielkim stopniu. Wszelkie zmiany z tym związane byłyby mało znaczące i byłoby dużo czasu na adaptację. Jeśli jednak dominowałyby dodatnie sprzężenia zwrotne, ocieplenie byłoby znaczące i przebiegało szybko - ze wszystkimi tego konsekwencjami.

Aby lepiej zrozumieć, jaki jest ostateczny bilans sprzężeń zwrotnych wpływających na klimat, trzeba przyjrzeć się bliżej metodom jego szacowania. Są dwa sposoby na określenie czułości klimatu.

Czułość klimatu obliczona z użyciem modeli

Modele określają czułość klimatu z pewnym stopniem niepewności. Dla średniej wielu modeli najniższy obliczony wzrost temperatury jest rzędu 1,65°C a najwyższy 5,2°C. Najbardziej prawdopodobna wartość średnia to około 3°C.

  • W raporcie Charneya z 1979 roku użyto symulacji modelami autorstwa Manabe i Hansena, z których wynikało, że czułość klimatu leży w zakresie 1,5-4,5°C.
  • Według Foresta (2002), który przeanalizował współczesne zmiany temperatury, czułość klimatu leży w przedziale od 1,4 do 7,7°C.
  • Z Knuttiego (2005)pracy , w której wykorzystano modelowanie do sprawdzenia zgodności zmian temperatury w porach roku z różnymi czułościami klimatu, wynika, że czułość klimatu mieści się w zakresie 1,5-6,5°C, a z największym prawdopodobieństwem 3-3,5°C.
  • Na podstawie danych paleoklimatycznych z poprzednich sześciuset lat, Hegerl (2006) oszacował, że czułość klimatu leży w przedziale 1,5-6,2°C.
  • Annan (2006) połączył rezultaty uzyskane z pomocą wielu niezależnych metod, zawężając przedział prawdopodobnej czułości klimatu do 2,5-3,5°C.
  • Royer (2007) przeanalizował zmiany temperatury w odpowiedzi na zmiany koncentracji CO2 w ostatnich 420 milionach lat, stwierdzając, że czułość klimatu nie może być niższa niż 1,5°C (a najbardziej prawdopodobną wartością jest 2,8°C).

Zakres wzrostu temp. w efekcie podwojenia CO2

Rysunek 1. Zakres wzrostu temperatury w °C w odpowiedzi na podwojenie atmosferycznej koncentracji CO2, obliczony na podstawie modeli komputerowych.

Czułość klimatu obliczona na podstawie historycznych zmian klimatu

Zgodnie z założeniami tej metody czułość klimatu, określona na podstawie badań rdzeni lodowych, osadów oceanicznych i innych źródeł danych paleoklimatycznych mieści się w zakresie 2-4,5°C.

  • Lorius (1990) na podstawie rdzeni lodowych określił czułość klimatu na 3 do 4°C.
  • Hoffert (1992) na podstawie zapisów paleoklimatycznych z zimnego i ciepłego okresu uzyskał rezultat 1,4 do 3,2°C.
  • Hansen (1993) przeanalizował okres ostatnich 20 000 lat, podczas których klimat Ziemi wyszedł z ostatniej epoki lodowcowej, i wyznaczył czułość klimatu jako 3±1°C.
  • Gregory (2002) w oparciu o pochłanianie energii przez ocean ustalił minimalną czułość klimatu na 1,5°C.
  • Chylek (2007) przebadał okres od maksimum ostatniej epoki lodowej do Holocenu, uzyskując czułość klimatu w przedziale od 1,3 do 2,3°C.
  • Tung (2007) przeprowadził analizę statystyczną zmian temperatury w XX wieku w odpowiedzi na zmiany aktywności słonecznej, uzyskując rezultat 2,3 do 4,1°C.
  • Bender (2010) przeanalizował odpowiedź klimatu na wybuch wulkanu Pinatubo w 1991 roku, określając czułość klimatu na 1,7 do 4,1°C.

Jak przeprowadza się taką analizę? Opiera się ona na porównaniu klimatu sprzed epoki przemysłowej z tym sprzed 20 tysięcy lat. W ostatnich kilku tysiącach lat średnia temperatura Ziemi była (i jest) o 5°C wyższa niż w czasach epoki lodowcowej. Wzrosła też w tym czasie ilość gazów cieplarnianych (dwutlenku węgla, metanu i tlenków azotu), co dało dodatkowy wkład (rzędu 3 ± 0,5 W/m2) do ilości energii płynącej w stronę Ziemi. Na podstawie danych geologicznych możemy obliczyć zmiany powierzchni czapy lodowej, która podczas epoki lodowcowej odbijała (przeliczając średnio na powierzchnię Ziemi) o 3,5 W/m2 więcej energii niż obecnie (Hansen 2011), a także wpływ innych mechanizmów (rozmieszczenie roślinności, czy powierzchnia lądów) na klimat naszej planety.

Wymuszanie radiacyjne

Rysunek 2. Zmiany wymuszania radiacyjnego w W/m2 wyliczone na podstawie zmian ilości gazów cieplarnianych w atmosferze i powierzchni czap lodowych. (Hansen 2008).

W sumie zmiana energii wynosząca 6,5 W/m2 powodowała zmianę średniej temperatury planety o 5°C, czyli 0,75°C na każdy W/m2 wymuszenia. Na podstawie obserwacji zmian przeszłego klimatu można więc stwierdzić, że:

TekstIII

Jeśli porównamy tak obliczone temperatury z rzeczywistą temperaturą określoną za pomocą rdzeni lodowych, otrzymamy wysoką zgodność.

Zmiany temperatury

Rysunek 3. Porównanie sumy obu wymuszeń radiacyjnych z poprzedniego rysunku pomnożonej przez 0,75 (w celu przeliczenia W/m2 na stopnie Celsjusza) z temperaturą Ziemi określoną na podstawie rdzeni lodowych (dla uzyskania zmian średniej temperatury Ziemi zmiany temperatury na Antarktydzie podzielono przez dwa). (Hansen 2008).

Warto zaznaczyć, że zmiany klimatu były związane ze zmianą powierzchni lądolodu i zmianą stężenia gazów cieplarnianych, jednak oba te mechanizmy nie są wcale przyczyną zmian, a jedynie powolnymi dodatnimi sprzężeniami zwrotnymi, działającymi w odpowiedzi na inny czynnik - niewielkie zmiany orbity i ustawienia osi obrotu Ziemi, spowodowane oddziaływaniem innych planet

To bardzo eleganckie obliczenie. Aby je przeprowadzić, nie musimy wiedzieć (czy zakładać), jak dokładnie zachodzą procesy fizyczne sterujące klimatem (w szczególności sprzężenia zwrotne). Wszystkie są automatycznie uwzględnione w analizie.

Oczywiście, takie oszacowanie jest obarczone pewnym stopniem niepewności. Zmiana temperatury mogła wynosić nie 5°C, lecz 4-6°C. Nie znamy także pełnej skali wymuszeń radiacyjnych - najbardziej problematyczny jest tu wpływ pyłu w atmosferze (podczas epok lodowcowych było go więcej) oraz roślinności na albedo powierzchni.

Zmienność czułości klimatu

Określenie czułości klimatu komplikuje fakt, że może się ona zmieniać w zależności od stanu, z jakiego startujemy. Przykładowo, im wyższa temperatura powierzchni Ziemi, tym silniejsze jest sprzężenie zwrotne pary wodnej, i tym słabsze sprzężenie związane z pokrywą śniegu i lodu (bo na cieplejszej Ziemi są mniejsze czapy polarne). Wyniki modelowania sugerują, że dodatnie sprzężenie związane z parą wodną dominuje, a sumarycznie ocieplenie prowadzi do zwiększenia czułości klimatu (wyniki modeli CCSM3 i GISS Model E). Dokładne oszacowanie tego wpływu jest niemożliwe.

Dodatkowo, w cieplejszym globalnie klimacie mogą się pojawić także nowe sprzężenia zwrotne, które w ostatnich kilku milionach lat pozostawały nieaktywne, takie jak emisje gazów cieplarnianych z wiecznej zmarzliny czy klatratów metanu. Wiemy, że te dodatkowe sprzężenia istnieją, bo to dzięki nim możliwe były w eocenie epizody gwałtownego wzrostu temperatury takie jak PETM.

Dokonując ostatecznej oceny wpływu sprzężeń zwrotnych na klimat trzeba brać pod uwagę wszystkie te kwestie. W uzyskaniu lepszych wyników pomaga zbadanie zmian klimatu podczas wielu różnych epok. Analiza kilkunastu różnych szacunków czułości klimatu dla ostatnich kilkudziesięciu milionów lat (PALEOSENS 2012) pokazała, że czułość klimatu można określić na 2,2-4,8°C.

Wartości czułości klimatu

Rysunek 4. Wartości czułości klimatu wraz z zakresem niepewności określone na podstawie badań paleoklimatycznych (PALEOSENS 2012).

Będzie cieplej, ale o ile? 2… 3… 4 stopnie?

Zarówno modele, jak i badania paleoklimatyczne oraz ostatnie pomiary pokazują, że w odpowiedzi na podwojenie się atmosferycznej koncentracji powierzchnia Ziemi ociepli się średnio o co najmniej 2°C, prawdopodobnie o 3°C, a możliwe, że nawet o 4,5°C lub więcej.

Różne szacunki czułości klimatu

Rysunek 5: Rozkład i przedziały prawdopodobieństwa czułości klimatu na podstawie różnych badań. Kółko oznacza najbardziej prawdopodobną wartość. Najgrubsza kolorowa linia oznacza prawdopodobną wartość (ponad 66% prawdopodobieństwa). Średniej grubości linie oznaczają prawdopodobieństwo powyżej 90%. Linie kreskowane oznaczają, że nie istnieje znaczące ograniczenie od góry. Prawdopodobny przedział według IPCC (2 do 4,5°C) i najbardziej prawdopodobna liczba (3°C) są oznaczone szarym kolorem i czarną linią (Knutti i Hegerl 2008).

Nie jesteśmy do końca pewni, jak mocna będzie odpowiedź klimatu na nasze emisje gazów cieplarnianych. Możemy jednak przyjąć, że im większe będzie ocieplenie, tym poważniejsze problemy będziemy mieć z tego powodu. Tak więc argumenty przeciwko ograniczaniu emisji gazów cieplarnianych zakładające, że ze względu na niską czułość klimatu ewentualne zmiany będą niewielkie to rodzaj hazardu. Głośna mniejszość twierdzi, że klimat może być mniej czuły, niż uważa zdecydowana większość klimatologów, a więc nie trzeba podejmować żadnych działań ograniczających emisje. Inni sugerują, że ponieważ nie znamy dokładnej wartości czułości klimatu, powinniśmy czekać i przyglądać się, aż zdobędziemy całkowitą pewność.

Nie wiemy, jak bardzo w odpowiedzi na nasze emisje wzrośnie temperatura, ale wzrośnie na pewno. Odkładanie działań tylko zwiększa ryzyko, a stawka w tej ruletce na skalę planetarną jest bardzo wysoka.

 Skeptical Science, tłumaczenie: Marcin Popkiewicz

opieka merytoryczna: prof. Szymon Malinowski

Rekomendowana lektura: Doskonale Szare

Opublikowano: 2013-08-03 22:41
Tagi

mit o klimacie modele numeryczne paleoklimatologia czułość klimatu

Fundacja UW
Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.