Równowagowa czułość klimatu – chyba jednak 3 stopnie

Liczba dowodów na to, że klimat się zmienia, przyczyną zmiany jest nasza działalność, a konsekwencje kontynuowania obecnego kursu będą bardzo poważne, jest olbrzymia. Pogodziwszy się z tym, osoby sprzeciwiające się działaniom mającym na celu ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, próbują jeszcze czasem podnosić kwestię czułości klimatu. Ta wielkość – mówiąca o zmianie temperatury na skutek podwojenia koncentracji CO₂ w powietrzu – jest według nich niewielka, a więc i wzrost temperatury będzie umiarkowany, podobnie jak wynikające z niego zagrożenia.

5 raport IPCC obniża dolny przedział czułości klimatu

W poprzednim raporcie z 2007 roku IPCC oszacował czułość klimatu na 2-4,5°C, z najbardziej prawdopodobną wartością szacowaną na 3°C. W tamtym okresie wszystkie metody szacowania czułości klimatu (dane paleoklimatyczne, modele klimatu oraz bezpośrednie pomiary instrumentalne klimatu XX wieku) były ze sobą zgodne.

Jednak w ostatnich latach pojawiło się kilka prac, wykorzystujących dane z pomiarów instrumentalnych i proste modele klimatu, sugerujących niższe wartości. O ile badania paleoklimatyczne oraz wyniki symulacji zaawansowanymi modelami numerycznymi pokazują wysoką czułość klimatu (wzrost o około 3°C w odpowiedzi na podwojenie stężenia CO2 w atmosferze), o tyle uproszczone analizy zmian czynników wpływających na bilans energetyczny planety i zmian temperatury w ostatnich dekadach sugerowały, że reakcja systemu klimatycznego na nasze działania jest mniejsza (około 2°C). Z tego powodu w ostatnim raporcie IPCC z 2013 roku obniżono możliwą dolną granicę zakresu czułości do 1,5°C (do poziomu z sprzed czwartego raportu). Dało to sceptykom klimatycznym okazję do argumentacji, że czułość klimatu jest niższa, niż wcześniej sądzono.

Co więcej, sceptycy zaczęli forsować twierdzenie, że czułość klimatu znajduje się w dolnym zakresie oszacowań IPCC (czyli wynosi raczej 1,5 niż 4,5°C). Pod każdym możliwym pretekstem negowali wyniki różnorodnych badań wskazujących na wysoką czułość klimatu, równocześnie eksponując badania wskazujące na niską czułość klimatu i ignorując ich słabe strony.

Shindell znajduje przyczynę rozbieżności

W opublikowanej niedawno pracy Shindell (2014) [wersja pełna] zidentyfikowano wreszcie źródło rozbieżności w ocenach czułości klimatu uzyskiwanych różnymi metodami. Shindell zauważył, że podejście „instrumentalne” zakłada, że niezależnie od rodzaju czynnika wymuszającego i miejsca jego działania, średnia temperatura globalna zmienia się tak samo. Zweryfikował to założenie, porównując za pomocą modelu cyrkulacji globalnej zmiany temperatury w odpowiedzi na zmiany stężenia gazów cieplarnianych i w odpowiedzi na zmiany stężeń aerozoli i ozonu. Stwierdził że:

Wymuszanie na półkuli północnej powyżej 30° szerokości geograficznej wywołuje silniejszą odpowiedź temperatury niż [takie samo] wymuszanie w tropikach.

Już wcześniej prawidłowość tę opisali Hansen i in. (1997):

Wymuszanie w wysokich szerokościach geograficznych wywołuje większą odpowiedź niż wymuszanie w niskich szerokościach. Przyczyną jest sprzężenie zwrotne lodu morskiego oraz bardziej stabilna w wyższych szerokościach troposfera.

Pisaliśmy o tym ostatnio w artykule Czy czułość klimatu jest niższa, niż twierdzi IPCC? Wymuszanie radiacyjne przez aerozole i ozon nie jest globalnie jednorodne. Koncentruje się w strefie pozatropikalnej półkuli północnej i ma silniejszy wpływ na temperaturę niż równoważne [wyrażone tą samą liczbą W/m²] wymuszanie przez gazy cieplarniane, które są dobrze wymieszane w atmosferze. Oznacza to, że analizy bazujące na obserwowanym wzroście temperatury i zakładające jednorodne działanie geograficzne czynników wymuszających zaniżają rzeczywistą czułość klimatu.

Dokonując korekty błędnego założenia o jednorodnym rozkładzie geograficznym czynników wymuszających Shindell uzyskał wyższe oszacowania czułości klimatu.

Kummer i Dessler robią następny krok

Właśnie ukazała się nowa praca – Kummer i Dessler (2014) – potwierdzająca, że uwzględnienie opisanych wyżej zjawisk w analizie czułości klimatu w oparciu o dane instrumentalne z XX wieku prowadzi do uzyskania równowagowej czułości klimatu wynoszącej 3°C, zgodnej z oszacowaniami uzyskanymi innymi metodami.

Jak stwierdził Dessler:

Mój artykuł jest kontynuacją pracy Shindella. Pokazaliśmy, że modele klimatu reagują mocniej na wymuszanie przez aerozole i ozon. Jeśli to uwzględnimy i dokonamy reanalizy XX-wiecznego zapisu temperatur, to otrzymujemy czułość klimatu (…) leżącą dokładnie pośrodku wartości uzyskanych z innych źródeł. Likwiduje to rozbieżność pomiędzy różnymi oszacowaniami czułości klimatu, które zbiegają w pobliżu 3°C.

W poniższym 4-minutowym filmie (ang.) Dessler wyjaśnia zastosowane podejście i rezultaty:

Krótko mówiąc, Shindell pokazał, że klimat jest znacznie bardziej – o około 50% – czuły na wymuszania niejednorodnie rozłożonych w atmosferze aerozoli i ozonu. Kummer i Dessler pokazali, że przy uwzględnieniu tego faktu szacunki instrumentalne są zgodne oszacowaniami peleoklimatycznymi i uzyskanymi za pomocą modeli GCM, spójnie pokazując, że czułość klimatu wynosi około 3°C w odpowiedzi na podwojenie koncentracji CO₂ w atmosferze.

Co to oznacza dla przyszłego globalnego ocieplenia?

Jeśli będziemy kontynuować obecną ścieżkę wzrostu emisji, to koncentracja CO₂ w atmosferze do końca stulecia wzrośnie do wartości niemal czterokrotnie większej niż przed epoką przemysłową (prawie dwa podwojenia). Przy czułości klimatu wynoszącej 3°C, do roku 2100 możemy spodziewać się wzrostu średniej temperatury powierzchni Ziemi o 5°C powyżej tej z epoki przedprzemysłowej, co zdecydowanie przekracza uważany za (w miarę) bezpieczny próg 2°C.

Marcin Popkiewicz, na podstawie Skeptical Science, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski