Rozsah lidského příspěvku k modernímu globálnímu oteplování je v politických kruzích, zejména v USA, velmi diskutovaným tématem.

Během nedávného slyšení v Kongresu Rick Perry, americký ministr energetiky, poznamenal, že „postavit se a říci, že 100% globálního oteplování je kvůli lidské činnosti, myslím, že na první pohled je neobhájitelné “.

Věda o lidském příspěvku k modernímu oteplování je však zcela jasná. Podle Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) způsobily emise a aktivity lidí přibližně 100% oteplování pozorovaného od roku 1950. ) pátá hodnotící zpráva.

Zde Carbon Brief zkoumá, jak by každý z hlavních faktorů ovlivňujících klima Země ovlivňoval teploty izolovaně – a jak jejich kombinované účinky téměř dokonale předpovídají dlouhodobé změny globální teploty.

Analýza Carbon Brief zjistila th at:

• Od roku 1850 lze téměř veškeré dlouhodobé oteplování vysvětlit emisemi skleníkových plynů a jinými lidskými aktivitami.
• Pokud by samotné emise skleníkových plynů zahřívaly planetu samy , očekávali bychom asi o třetinu větší oteplení, než ve skutečnosti došlo. Jsou vyváženy chlazením z atmosférických aerosolů vyráběných člověkem.
• Předpokládá se, že aerosoly do roku 2100 významně poklesnou, čímž se celkové oteplování všech faktorů přiblíží oteplování samotných skleníkových plynů.
• Přírodní proměnlivost klimatu Země pravděpodobně nebude hrát při dlouhodobém oteplování významnou roli.

Animace Rosamund Pearce pro časopis Carbon Brief. Obrázky prostřednictvím Alamy Stock Photo.

Kolik oteplování způsobují lidé?

Ve své páté hodnotící zprávě z roku 2013 IPCC ve svém souhrnu pro tvůrce politiky uvedl, že je „extrémně pravděpodobné, že více než polovina pozorovaného nárůstu průměrné globální teploty povrchu „od roku 1951 do roku 2010 byla způsobena lidskou činností. Výrazem“ extrémně pravděpodobné „to znamenalo, že existovala mezi 95% a 100% pravděpodobnost, že více než polovina moderního oteplování bude kvůli lidem.

Toto poněkud spletité tvrzení bylo často mylně interpretováno jako naznačující, že lidská odpovědnost za moderní oteplování leží někde mezi 50% a 100%. Ve skutečnosti, jak zdůraznil Dr. NASA Gavin Schmidt, předpokládaný nejlepší odhad IPCC byl, že lidé byli zodpovědní za přibližně 110% pozorovaného oteplování (v rozmezí od 72% do 146%), přičemž přírodní faktory v izolaci vedly k mírnému ochlazení posledních 50 let.

Podobně nedávné čtvrté národní hodnocení klimatu v USA zjistilo, že mezi 93% až 123% pozorovaného oteplování v letech 1951–2010 bylo způsobeno lidskou činností.

Tyto závěry vedly k určitému zmatku ohledně toho, jak více než 100% pozorovaného oteplování lze připsat lidské činnosti. Příspěvek člověka vyšší než 100% je možný, protože přirozená změna klimatu spojená se sopkami a sluneční aktivitou by s největší pravděpodobností vedla k mírnému ochlazení za posledních 50 let, což by kompenzovalo některé oteplování spojené s lidskou činností.

„Síly“, které mění klima

Vědci měří různé faktory, které ovlivňují množství energie, která dosáhne a zůstane v klimatu Země. Jsou známé jako „radiační síly“.

Mezi tyto síly patří skleníkové plyny, které zachycují odcházející teplo, aerosoly – jak z lidské činnosti, tak sopečné erupce – které odrážejí přicházející sluneční světlo a ovlivňují tvorbu mraků, změny slunečního výkonu , změny odrazivosti zemského povrchu spojené s využíváním půdy a mnoho dalších faktorů.

Aby bylo možné posoudit roli každé odlišné síly při pozorovaných teplotních změnách, přizpůsobil Carbon Brief jednoduchý statistický klimatický model vyvinutý Dr. Karsten Haustein a jeho kolegové z University of Oxford a University of Leeds. Tento model zjišťuje vztah mezi lidskými a přirozenými vlivy klimatu a teplotou, který nejlépe odpovídá pozorovaným teplotám, a to jak globálně, tak pouze nad pevninou.

Obrázek níže ukazuje odhadovanou roli každého odlišného klimatického působení při změně globálních povrchových teplot od začátku záznamů v roce 1850 – včetně skleníkových plynů (červená čára), aerosolů (tmavě modrá e), využití půdy (světle modrá), ozon (růžová), sluneční (žlutá) a sopky (oranžová).

Černé tečky ukazují pozorované teploty z projektu povrchové teploty Země Berkeley, zatímco šedá čára ukazuje odhadované oteplení kombinací všech různých typů sil.

Kombinace všech radiačních sil obecně obecně dobře odpovídá dlouhodobým změnám pozorovaných teplot. Meziročně existuje určitá variabilita, zejména z událostí El Niño, která není poháněna změnami v působení. Existují také období 1900-1920 a 1930-1950, kdy jsou patrné větší neshody mezi projektovaným a pozorovaným oteplováním, a to jak v tomto jednoduchém modelu, tak ve složitějších klimatických modelech.

Tabulka zdůrazňuje, že analyzované radiační síly, pouze zvýšení emisí skleníkových plynů produkuje velikost oteplování za posledních 150 let.

Pokud by samotné emise skleníkových plynů zahřívaly planetu, očekávali bychom asi o třetinu více oteplování než ve skutečnosti došlo.

Jaké role tedy hrají všechny ostatní faktory?

Extra oteplování skleníkových plynů je vyváženo oxidem siřičitým a dalšími produkty spalování fosilních paliv, které tvoří atmosférické aerosoly. Aerosoly v atmosféře odrážejí přicházející sluneční záření zpět do vesmíru a zvyšují tvorbu vysokých reflexních mraků, které ochlazují Zemi.

Ozon je krátkodobý skleníkový plyn, který zachycuje odcházející teplo a ohřívá Zemi. Ozon není emitován přímo, ale vzniká při rozkladu metanu, oxidu uhelnatého, oxidů dusíku a těkavých organických sloučenin v atmosféře. Zvýšení ozonu lze přímo připsat lidským emisím těchto plynů.

V horních vrstvách atmosféry mělo snížení ozonu spojené s chlorfluoruhlovodíky (CFC) a jinými halogenovanými uhlovodíky, které poškozují ozonovou vrstvu, mírný chladicí účinek. Čisté účinky kombinovaných změn ozónu v dolní a horní části atmosféry mírně zahřály Zemi o několik desetin stupně.

Změny ve způsobu používání půdy mění odrazivost zemského povrchu. Například nahrazení lesa polem obecně zvýší množství slunečního světla odraženého zpět do vesmíru, zejména v zasněžených oblastech. Čistý klimatický účinek změn ve využívání půdy od roku 1850 je mírným ochlazením.

Sopky mají krátkodobý chladicí účinek na klima díky vstřikování síranových aerosolů vysoko do stratosféry, kde mohou zůstat na několik let nahoře, odrážející přicházející sluneční světlo zpět do vesmíru. Jakmile však sírany odejdou zpět na povrch, chladicí účinek sopek zmizí. Oranžová čára ukazuje odhadovaný dopad sopek na podnebí s velkými výkyvy teploty dolů až 0,4 ° C spojenými s velkými erupcemi.

Nakonec je sluneční aktivita měřena satelity za posledních několik desetiletí a odhadována na základě počtů slunečních skvrn ve vzdálenější minulosti. Množství energie, které se na Zemi dostává ze slunce, kolísá mírně v cyklu kolem 11 let. Od 50. let 18. století došlo k mírnému nárůstu celkové sluneční aktivity, ale množství další sluneční energie dopadající na Zemi je ve srovnání s jinými zkoumanými radiačními silami malé.

Za posledních 50 let dosáhla sluneční energie Země ve skutečnosti mírně poklesla, zatímco teploty dramaticky vzrostly.

Lidské síly odpovídají pozorovanému oteplování

Přesnost tohoto modelu závisí na přesnosti odhadů radiační síly. Některé typy radiačních sil, jako je to z atmosférických koncentrací CO2, lze přímo měřit a mají relativně malé nejistoty. Jiné, jako jsou aerosoly, podléhají mnohem větší nejistotě kvůli obtížnosti přesného měření jejich účinků na tvorbu mraků.

Ty jsou zachyceny na obrázku níže, který ukazuje kombinované přírodní síly (modrá čára) a lidské síly (červená čára) a nejistoty, které s nimi statistický model spojuje. Tyto stínované oblasti jsou založeny na 200 různých odhadech radiačních sil, zahrnujících výzkum, který se pokouší odhadnout rozsah hodnot pro každou z nich. Nejistoty v lidských faktorech se po roce 1960 zvyšují, což je do značné míry způsobeno zvýšením emisí aerosolu po tomto bodě.

Oteplování spojené se všemi lidskými silami celkem souhlasí s pozorovaným oteplováním, což ukazuje, že asi 104% z celkového počtu od začátku „moderního“ období v roce 1950 pochází z lidské činnosti (a 103% od roku 1850), což je obdoba hodnoty hlášené IPCC.Kombinované přírodní síly vykazují mírné ochlazení způsobené především sopečnými erupcemi.

Jednoduchý statistický model, který pro tuto analýzu použil Carbon Brief, se liší od mnohem složitějších klimatických modelů, které vědci obecně používají k hodnocení lidského otisku prstu při oteplování . Klimatické modely neslouží jednoduše k přizpůsobení pozorovaným teplotám. Klimatické modely zahrnují také kolísání teploty v prostoru a čase a mohou odpovídat za různé účinnosti radiačních sil v různých oblastech Země.

Nicméně při analýze dopadu různých vlivů na globální teploty lze u komplexních klimatických modelů obecně najít výsledky podobné jednoduchým statistickým modelům.Následující obrázek z páté hodnotící zprávy IPCC ukazuje vliv různých faktorů na teplotu v období od roku 1950 do roku 2010. Pozorované teploty jsou zobrazeny černě, zatímco součet lidských sil je zobrazen oranžově.

To naznačuje, že samotné lidské síly by vedly k přibližně 110% pozorovaného oteplování. IPCC také zahrnoval odhadovanou velikost vnitřní variability během tohoto období do modelů, které podle nich jsou relativně malé a srovnatelné s přirozenými silami.

Jak říká profesor Gabi Hegerl z University of Edinburgh Carbon Brief : „Zpráva IPCC obsahuje odhad, který v zásadě říká, že nejlepší odhad není žádným přínosem, pokud není tolik nejistoty.“

Pozemní oblasti se oteplují rychleji

Pozemní teploty se oteplily podstatně rychleji než průměrné globální teploty v minulém století, kdy teploty v posledních letech dosáhly úrovně okolo předindustriální úrovně kolem 1,7 ° C. Pozemní teplotní rekord se také vrací zpět v čase než celosvětový teplotní rekord, ačkoli období před rokem 1850 je mnohem větší nejistoty.

Lidské i přirozené radiační síly lze pomocí statistického modelu přizpůsobit teplotám země. Velikost lidských a přírodních sil se bude mezi zemí a globální teplotou trochu lišit. s. Například se zdá, že sopečné erupce mají větší vliv na pevninu, protože teploty pevniny pravděpodobně rychleji reagují na rychlé změny sil.

Následující obrázek ukazuje relativní příspěvek každé různé radiační síly k teplotám na pevnině od roku 1750.

Kombinace všech tlaků obecně odpovídá pozorovaným teplotám docela dobře, s krátkodobou variabilitou kolem šedé čáry primárně poháněnou El Niňo a události La Niña. Před rokem 1850 existuje teplotní variace širší, což odráží mnohem větší nejistoty v pozorovacích záznamech z minulosti.

Stále existuje období kolem let 1930 a 1940, kdy pozorování překračují to, co model předpovídá, ačkoli rozdíly jsou méně výrazné než v globálních teplotách a divergence 1900-1920 většinou chybí v pozemních záznamech.

Sopečné erupce koncem 17. a na počátku 18. století výrazně vynikají v pozemních záznamech. Erupce Mount Tambora v Indonésii v roce 1815 mohla ochladit teploty půdy o masivních 1,5 ° C, ačkoli v té době byly záznamy omezeny na části severní polokoule, a je proto těžké učinit pevný závěr o globálních dopadech. Obecně se zdá, že sopky ochlazují teploty pevniny téměř dvakrát tolik než globální teploty.

Co se může stát v budoucnu?

Společnost Carbon Brief použila stejný model k promítnutí budoucích teplotních změn spojené s každým vynucujícím faktorem. Obrázek níže ukazuje pozorování až do roku 2017, spolu s budoucími radiačními silami po roce 2017 z RCP6.0, což je scénář budoucího oteplování střední až vysoké.

Pokud je k dispozici radiační síla pro scénář RCP6.0, jednoduchý statistický model ukazuje oteplení kolem 3 C do roku 2100, téměř identické s průměrným oteplováním, které najdou se klimatické modely.

Očekává se, že budoucí radiační působení CO2 bude v případě nárůstu emisí i nadále růst.Na druhé straně se předpokládá, že aerosoly dosáhnou vrcholu na dnešních úrovních a do roku 2100 výrazně poklesnou, což bude z velké části způsobeno obavami o kvalitu ovzduší. Toto snížení aerosolů zvýší celkové oteplování, čímž se celkové oteplování ze všech radiačních sil přiblíží oteplování pouze ze skleníkových plynů. Scénáře RCP nepředpokládají žádné konkrétní budoucí vulkanické erupce, protože jejich načasování je neznámé, zatímco solární produkce pokračuje v 11letém cyklu.

Tento přístup lze také použít na teploty půdy, jak je znázorněno na obrázku níže. Zde jsou teploty půdy zobrazeny mezi 1750 a 2100, přičemž po roce 2017 jsou síly také z RCP6.0.

Očekává se, že se země ohřeje asi o 30% rychleji než zeměkoule jako celek, protože rychlost oteplování nad oceány je tlumena absorpcí oceánského tepla. To je patrné z výsledků modelu, kde se oteplování půdy ve scénáři RCP6.0 globálně o 4 C do roku 2100 ve srovnání s 3C.

Existuje široká škála budoucího oteplování z různých scénářů RCP a různých hodnot z hlediska citlivosti klimatického systému, ale všechny vykazují podobný model snižování budoucích emisí aerosolů a větší roli při vynucování skleníkových plynů v budoucích teplotách.

Role přirozené variability

I když se nezdá, že by přírodní síly ze solárních a sopek hrály při dlouhodobém oteplování velkou roli, existuje také přirozená variabilita spojená s oceánskými cykly a odchylkami v absorpci tepla oceánem.

Protože drtivá většina energie zachycená skleníkovými plyny je absorbována oceány spíše než atmosférou, změny v rychlosti absorpce tepla v oceánu mohou mít potenciálně velké dopady na povrchovou teplotu. Někteří vědci tvrdí, že multidekadální cykly, jako je Atlantická multidekadální oscilace (AMO) a Pacifická dekadální oscilace (PDO), mohou hrát roli při oteplování v dekadálním měřítku.

Zatímco lidské faktory vysvětlují celou tu dobu -term oteplování, existují některá specifická období, která se zdá, že se oteplila nebo ochladila rychleji, než lze vysvětlit na základě našich nejlepších odhadů radiačního působení. Například mírný nesoulad mezi odhadem založeným na radiačních silách a pozorováními v polovině 20. století může být důkazem role přirozené variability během tohoto období.

Řada vědců zkoumala potenciál pro přirozené variabilita ovlivňující dlouhodobé trendy oteplování. Zjistili, že obecně hraje omezenou roli. Například Dr. Markus Huber a Dr. Reto Knutti z Institutu pro vědu o atmosféře a klimatu (IAC) v Curychu zjistili maximální možný příspěvek přirozené variability kolem 26% (+/- 12%) za posledních 100 let a 18% (+/- 9%) za posledních 50 let.

Knutti říká Carbon Brief:

„Nikdy nemůžeme zcela vládnout že přirozená variabilita je větší, než si v současné době myslíme. Ale to je slabý argument: můžete samozřejmě nikdy vyloučit neznámé neznámé. Otázkou je, zda existují silné nebo dokonce nějaké důkazy. A odpověď je ne, podle mého názoru.

Modely dostávají krátkodobou teplotní variabilitu přibližně správně. V mnoha případů dokonce mají příliš mnoho. A z dlouhodobého hlediska si nemůžeme být jisti, protože pozorování jsou omezená. Ale vynucená reakce do značné míry vysvětluje pozorování, takže z 20. století neexistují žádné důkazy, že by nám chyběly ething…

I když bylo zjištěno, že modely podhodnocují vnitřní variabilitu třikrát, je je extrémně nepravděpodobné, že by interní variabilita mohla vyprodukovat tak velký trend, jaký byl pozorován. “

Podobně nedávno tuto roli analyzoval Dr. Martin Stolpe a jeho kolegové také z IAC. multidecadal natural variability in both the Atlantic and Pacific ocean. Zjistili, že „méně než 10% pozorovaného globálního oteplování během druhé poloviny 20. století je způsobeno vnitřní variabilitou v těchto dvou oceánských povodích, což posiluje přičítání většiny pozorovaného oteplování antropogenním vlivům“.

Vnitřní variabilita pravděpodobně bude mít mnohem větší roli v regionálních teplotách. Například při produkování neobvykle teplých období v Arktidě a USA ve 30. letech. Objevuje se však její role při ovlivňování dlouhodobých změn globálních povrchových teplot bude omezeno.

Závěr

I když existují přírodní faktory, které ovlivňují klima Země, kombinovaný vliv sopek a změny sluneční aktivity by vedly spíše k ochlazení než k oteplování posledních 50 let.

Globální oteplování, kterého jsme byli svědky za posledních 150 let, se téměř dokonale shoduje s tím, co se očekává od emisí skleníkových plynů a další lidské činnosti, a to jak v jednoduchém zde zkoumaném modelu, tak ve složitějších klimatických modelech. Nejlepší odhad lidského příspěvku k modernímu oteplování je kolem 100%.

Určitá nejistota přetrvává kvůli roli přirozené variability, ale vědci naznačují, že kolísání oceánů a podobné faktory pravděpodobně nebudou příčinou více než malá část moderního globálního oteplování.

Metodika

Jednoduchý statistický model použitý v tomto článku je převzat z indexu globálního oteplování publikovaného Hausteinem a kol. (2017). Na druhé straně je založen na modelu Otto et al (2015).

Model odhaduje příspěvky k pozorovaným změnám klimatu a odstraňuje dopad přirozených meziročních výkyvů vícenásobnou lineární regrese pozorovaných teploty a odhadované reakce na celkové faktory způsobené člověkem a na celkové přirozené faktory klimatických změn. Vynucující reakce jsou poskytovány standardním jednoduchým klimatickým modelem uvedeným v kapitole 8 IPCC (2013), ale velikost těchto odpovědí se odhaduje přizpůsobením pozorování. Vynucení vycházejí z hodnot IPCC (2013) a do roku 2017 byly aktualizovány pomocí údajů z NOAA a ECLIPSE. 200 variací těchto sil poskytl Dr. Piers Forster z University of Leeds, což odráží nejistotu při vynucování odhadů. K dispozici je také tabulka aplikace Excel obsahující jejich model.

Model byl upraven výpočtem vynucených odpovědí pro každou z různých hlavních klimatických sil, spíše než pouhými celkovými lidskými a přírodními silami, s využitím záznamu Berkeley Earth pro pozorování. Doba rozpadu tepelné odezvy použitá při přeměně vnucujících účinků na vnucovací reakce byla upravena tak, aby u vulkanických vnikání byla spíše rok než čtyři roky, aby lépe odrážela rychlou dobu odezvy přítomnou v pozorováních. Účinky událostí El Niño a La Niña (ENSO) byly z pozorování odstraněny pomocí přístupu upraveného Fosterem a Rahmstorfem (2011) a indexem Kaplan El Niño 3,4 při výpočtu vulkanické teplotní odezvy, protože překrytí mezi sopkami a ENSO jinak komplikuje empirické odhady.

Teplotní odezva pro každé jednotlivé vynucení byla vypočtena pomocí škálování jejich vynucovacích odpovědí celkovými lidskými nebo přirozenými koeficienty z regresního modelu. Regresní model byl také spuštěn samostatně pro teploty půdy. Teplotní odezvy pro každé vynucení mezi lety 2018 a 2100 byly odhadnuty pomocí vynucených údajů z RCP6.0, normalizovaných tak, aby odpovídaly velikosti pozorovaných vynucení na konci roku 2017.

Nejistoty v celkové lidské a celkové přirozené teplotní odezvě byly odhadnuto pomocí analýzy Monte Carlo 200 různých řad vynucení, jakož i nejistoty v odhadovaných regresních koeficientech. Kód Pythonu použitý ke spuštění modelu je archivován pomocí GitHubu a je k dispozici ke stažení.

Pozorovací data z roku 2017 uvedená na obrázcích vycházejí z průměru prvních 10 měsíců roku a pravděpodobně budou docela podobný konečné roční hodnotě.