Pomimo tego, że rok 2014 okazał się najcieplejszym w historii pomiarów, a 14 z ostatnich 15 lat było najcieplejszymi w historii pomiarów, to jednak obserwowany w ostatnich kilkunastu latach wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi jest niższy od średnich prognoz na podstawie modeli klimatycznych. Czy symulacje modelami przeszacowują tempo wzrostu temperatury powierzchni Ziemi? Nie. Ostatnio obserwowany wolniejszy wzrost temperatury można wyjaśnić działaniem znanych ale mających losowy charakter procesów zachodzących w atmosferze i oceanie.

Obserwowana średnia temperatura powierzchni

Rysunek 1. Obserwowana średnia temperatura powierzchni (seria pomiarowa HadCRUT4) przebiega w dolnym zakresie prognoz modeli klimatu. Źródło.

Kwestię rozbieżności pomiędzy obserwacjami a prognozami przeanalizowali badacze z Instytutu Maxa Plancka i Uniwersytetu Leeds (Marotzke i Forster, 2015). Jak piszą:

Pojawiły się spekulacje, że rozbieżność ta jest następstwem zbyt wysokiej czułości modeli klimatu na wzrost stężeń gazów cieplarnianych, co prowadzi do przeszacowania przyszłej zmiany klimatu.

Okazuje się, że tak nie jest, a obserwowane w ostatnim stuleciu zmiany średniej temperatury powierzchni Ziemi są bardzo dobrze odtwarzane przez modele klimatu. Kluczową kwestią jest tu odróżnienie temperatury powierzchni Ziemi od temperatury charakterystycznej całości systemu klimatycznego. Jak zauważa prof. Marotzke:

[Temperatura powierzchni] to temperatura bardzo cienkiej warstwy w systemie klimatycznym. Antropogeniczna zmiana klimatu postępuje, tylko (w ostatnich latach) nie jest tak bardzo widoczna na powierzchni. (…). Widać to wyraźnie, jeśli przyjrzeć się temu, jak szybko ciepło gromadzi się w oceanie. Tempo tego procesu w ostatnich 15 latach narastało. Tak więc zmiana klimatu postępuje, nawet jeśli ocieplenie powierzchni trochę spowolniło.

Wybór 15-letniego okresu analizowania temperatury powierzchni jest zupełnie arbitralny. Dobierając rok początkowy, można uzyskać praktycznie dowolny trend. Warto przyjrzeć się innym 15-letnim okresom zmiany temperatury powierzchni Ziemi, aby zobaczyć, czy ten ostatni jest czymś niezwykłym.

Autorzy pracy przeanalizowali wszystkie 15-letnie okresy od początku XX wieku. Pierwszy obejmuje lata 1900-1914, następny 1901-1915 i tak dalej, aż do 2012 roku. W analizie wykorzystano dane serii pomiarowej HadCRUT4, opracowywanej wspólnie przez UK Met Office i Climatic Research Unit z Uniwersytetu Wschodniej Anglii. Dla każdego z 15-letnich okresów autorzy porównali zmiany temperatury obserwowane w świecie rzeczywistym z wynikami symulacji przeprowadzanych za pomocą modeli klimatu.

Superkomputer

Rysunek 2: Modelowanie klimatu wymaga wykorzystania superkomputerów. Zdjęcie: Pulsar124, Dreamstime.com.

Dobra zgodność

W całym analizowanym 112-letnim okresie, autorzy nie stwierdzili istotnych rozbieżności pomiędzy obserwowaną temperaturą, a wynikami symulacji. Inaczej mówiąc, choć modele nie są w stanie dokładnie zasymulować wszelkich fluktuacji, mających miejsce w świecie rzeczywistym, to równie często dają wyniki lekko zawyżone, jak i lekko zaniżone. Analiza pokazuje kilka przykładów. Dla 15-letniego okresu, rozpoczynającego się w 1927 roku, temperatura powierzchni jest niższa w 110 ze 114 symulacji modelami (brązowe słupki na wykresie b rysunku 3) niż w świecie rzeczywistym (czarna linia). Odwrotną sytuację mamy dla okresu rozpoczynającego się w 1998 roku – wszystkie 114 symulacji modelami przeszacowuje rzeczywiście obserwowane ocieplenie (wykres c rysunku 3). Podczas wszystkich 15-letnich okresów łącznie średni obserwowany trend ocieplenia od 1900 roku wyniósł 0,086°C/dekadę. Średnia z symulacji modeli to 0,088°C/dekadę. To bardzo dobra zgodność (wykres d rysunku 2).

Rysunek 3. Porównanie symulacji modelami (brązowe słupki) i obserwacji temperatury powierzchni Ziemi (pionowe czarne linie) dla 15-letnich okresów obejmujących okres 1927-1941 (b), 1998-2012 (c) i dla wszystkich 15-letnich okresów (d). Źródło Marotzke i Forster, 2015.

Naturalne fluktuacje

Co powoduje, że rzeczywiste temperatury odbiegają od wyników symulacji numerycznych? Przyczyną są naturalne fluktuacje przepływów energii, zachodzących w ziemskim systemie klimatycznym, w szczególności pomiędzy atmosferą a oceanem . Powodują one przyspieszenie lub spowolnienie prędkości obserwowanego wzrostu temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi. Przykładem takiego zjawiska może być oscylacja El Niño-La Niña. Kiedy wody Pacyfiku są ciepłe (El Niño ) – wyższa jest też temperatura powietrza, kiedy zaś wody Pacyfiku są chłodne (La Niña) – temperatura powietrza jest niższa.

Takie krótkoterminowe wahania są częścią naturalnej zmienności, a w dużym stopniu występują one nieregularnie. Oznacza to, że to, czy temperatura przypowierzchniowych warstw powietrza będzie wyższa czy niższa od sugerowanej przez modele średniej, jest kwestią przypadku.

Autorzy pracy nie wykluczają, że niektóre modele mogą niedoszacowywać chłodzącego wpływu erupcji wulkanicznych. W ostatnich 15 latach różnice pomiędzy modelowanymi i obserwowanymi trendami zostały dodatkowo wzmocnione przez nietypowo wzmożony transfer ciepła w głębiny oceaniczne.

Rysunek 4. Porównanie wyników symulacji modelami z obserwowanymi 15-letnimi trendami zmian średniej temperatury powierzchni Ziemi, wyrysowane dla roku początkowego. Kolory pokazują, jak wiele modeli podało określony trend ocieplenia. Czarne okręgi do dane obserwacyjne HadCRUT4.Źródło Marotzke i Forster, 2015.

Nieuzasadniony krytycyzm

Podsumowując, średnio rzecz biorąc modele ani nie zawyżają, ani nie zaniżają trendów wzrostu temperatury. Jak stwierdzają autorzy pracy:

Stwierdzenia, że modele klimatu przeszacowują odpowiedź na wymuszanie radiacyjne rosnącego stężenia gazów cieplarnianych wydają się nieuzasadnione.

Prezentowane przez „sceptyków” klimatycznych (np. ostatnio Christophera Moncktona) poglądy, że prognozy wzrostu temperatury podawane przez modele klimatu są zawyżone, są zupełnie nieuzasadnione. Jak zauważa prof. Forster:

Nasza analiza obala takie twierdzenia. Nie znaleźliśmy dowodów tezy o zbyt wysokiej czułości modeli klimatu. Właściwie, to stwierdziliśmy, że modele doskonale prognozują obserwowane trendy i stopień ich niepewności związany z losowymi, chaotycznymi procesami zachodzącymi w atmosferze i oceanie.

Choć skupianie się na trendach z ostatnich lat może być kuszące, to badania wskazują, że przy oszacowywaniu ocieplenia i zdolności prognostycznej modeli klimatu należy kierować się spojrzeniem długoterminowym.

Marcin Popkiewicz, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

Opublikowano: 2 marca 2015

Zasady komentowania na Nauka o klimacie

Nasza strona służy popularyzacji nauki. Chętnie odpowiadamy na pytania, ale nie akceptujemy spamu i dezinformacji.