El alcance de la contribución humana al calentamiento global moderno es un tema muy debatido en los círculos políticos, particularmente en los EE. UU.

Durante una audiencia reciente en el Congreso, Rick Perry, el secretario de energía de EE. UU., comentó que «ponerse de pie y decir que el 100% del calentamiento global se debe a la actividad humana, creo que a primera vista es simplemente indefendible ”.

Sin embargo, la ciencia sobre la contribución humana al calentamiento moderno es bastante clara. Las emisiones y actividades humanas han causado alrededor del 100% del calentamiento observado desde 1950, según el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC ) quinto informe de evaluación.

Aquí, Carbon Brief examina cómo cada uno de los principales factores que afectan el clima de la Tierra influiría en las temperaturas de forma aislada, y cómo sus efectos combinados predicen casi perfectamente los cambios a largo plazo en la temperatura global.

El análisis de Carbon Brief encuentra th en:

• Desde 1850, casi todo el calentamiento a largo plazo puede explicarse por las emisiones de gases de efecto invernadero y otras actividades humanas.
• Si las emisiones de gases de efecto invernadero por sí solas estuvieran calentando el planeta , esperaríamos ver alrededor de un tercio más de calentamiento del que realmente ha ocurrido. Se compensan con el enfriamiento de los aerosoles atmosféricos producidos por el hombre.
• Se proyecta que los aerosoles disminuirán significativamente para el 2100, acercando el calentamiento total de todos los factores al calentamiento de los gases de efecto invernadero solamente.
• Natural Es poco probable que la variabilidad en el clima de la Tierra juegue un papel importante en el calentamiento a largo plazo.

Animación de Rosamund Pearce para Carbon Brief. Imágenes a través de Alamy Stock Photo.

¿Cuánto calentamiento provocan los seres humanos?

En su quinto informe de evaluación de 2013, el IPCC declaró en su resumen para los responsables políticos que es «muy probable que más de la mitad del aumento observado en la temperatura media global de la superficie ”entre 1951 y 2010 fue causado por la actividad humana. Por“ extremadamente probable ”, significaba que había entre un 95% y un 100% de probabilidad de que más de la mitad del calentamiento moderno debido a los seres humanos.

Esta afirmación un tanto intrincada a menudo se ha malinterpretado en el sentido de que implica que la responsabilidad humana por el calentamiento moderno se encuentra entre el 50% y el 100%. De hecho, como ha señalado el Dr. Gavin Schmidt de la NASA, la mejor suposición implícita del IPCC era que los humanos eran responsables de alrededor del 110% del calentamiento observado (que varía del 72% al 146%), con factores naturales aislados que conducen a un ligero enfriamiento. durante los últimos 50 años.

De manera similar, la reciente cuarta evaluación climática nacional de EE. UU. encontró que entre el 93% y el 123% del calentamiento observado entre 1951 y 2010 se debió a actividades humanas.

Estas conclusiones han llevado a cierta confusión sobre cómo más del 100% del calentamiento observado podría ser atribuible a la actividad humana. Es posible una contribución humana de más del 100% porque el cambio climático natural asociado con los volcanes y la actividad solar probablemente habría resultado en un ligero enfriamiento durante los últimos 50 años, compensando parte del calentamiento asociado con las actividades humanas.

‘Forzamientos’ que cambian el clima

Los científicos miden los diversos factores que afectan la cantidad de energía que llega y permanece en el clima de la Tierra. Se conocen como «forzamientos radiativos».

Estos forzamientos incluyen gases de efecto invernadero, que atrapan el calor saliente, aerosoles, tanto de actividades humanas como de erupciones volcánicas, que reflejan la luz solar entrante e influyen en la formación de nubes, cambios en la producción solar. , cambios en la reflectividad de la superficie de la Tierra asociados con el uso de la tierra y muchos otros factores.

Para evaluar el papel de cada forzamiento diferente en los cambios de temperatura observados, Carbon Brief adaptó un modelo climático estadístico simple desarrollado por el Dr. Karsten Haustein y sus colegas de la Universidad de Oxford y la Universidad de Leeds. Este modelo encuentra la relación entre los forzamientos climáticos humanos y naturales y la temperatura que mejor coincide con las temperaturas observadas, tanto a nivel mundial como en áreas terrestres únicamente.

La siguiente figura muestra el papel estimado de cada forzamiento climático diferente en el cambio de las temperaturas de la superficie global desde que comenzaron los registros en 1850, incluidos los gases de efecto invernadero (línea roja), aerosoles (azul oscuro e), uso de la tierra (azul claro), ozono (rosa), solar (amarillo) y volcanes (naranja).

Los puntos negros muestran las temperaturas observadas en el proyecto de temperatura de la superficie terrestre de Berkeley, mientras que la línea gris muestra el calentamiento estimado a partir de la combinación de todos los diferentes tipos de forzamientos

La combinación de todos los forzamientos radiativos generalmente coincide bastante bien con los cambios a largo plazo en las temperaturas observadas. Existe cierta variabilidad de un año a otro, principalmente debido a los eventos de El Niño, que no es impulsada por cambios en los forzamientos. También hay períodos de 1900-1920 y 1930-1950 en los que son evidentes algunos desacuerdos más importantes entre el calentamiento proyectado y el observado, tanto en este modelo simple como en modelos climáticos más complejos.

El gráfico destaca que, de todos, Los forzamientos radiativos analizados, solo los aumentos en las emisiones de gases de efecto invernadero producen la magnitud del calentamiento experimentado durante los últimos 150 años.

Si las emisiones de gases de efecto invernadero por sí solas estuvieran calentando el planeta, esperaríamos ver alrededor de un tercio más de calentamiento. de lo que realmente ha ocurrido.

Entonces, ¿qué papel juegan todos los demás factores?

El calentamiento adicional de los gases de efecto invernadero está siendo compensado por el dióxido de azufre y otros productos de la combustión de combustibles fósiles que formar aerosoles atmosféricos. Los aerosoles en la atmósfera reflejan la radiación solar entrante de regreso al espacio y aumentan la formación de nubes altas y reflectantes, lo que enfría la Tierra.

El ozono es un gas de efecto invernadero de vida corta que atrapa el calor saliente y calienta la Tierra. El ozono no se emite directamente, sino que se forma cuando el metano, el monóxido de carbono, los óxidos de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles se descomponen en la atmósfera. Los aumentos de ozono son directamente atribuibles a las emisiones humanas de estos gases.

En la atmósfera superior, las reducciones de ozono asociadas con los clorofluorocarbonos (CFC) y otros halocarbonos que agotan la capa de ozono han tenido un efecto de enfriamiento moderado. Los efectos netos de los cambios combinados de ozono atmosférico superior e inferior han calentado modestamente la Tierra en unas pocas décimas de grado.

Los cambios en la forma en que se usa la tierra alteran la reflectividad de la superficie terrestre. Por ejemplo, reemplazar un bosque por un campo generalmente aumentará la cantidad de luz solar reflejada en el espacio, particularmente en las regiones nevadas. El efecto climático neto de los cambios en el uso de la tierra desde 1850 es un enfriamiento modesto.

Los volcanes tienen un efecto de enfriamiento a corto plazo en el clima debido a la inyección de aerosoles de sulfato en lo alto de la estratosfera, donde pueden permanecer en el aire durante unos años, reflejando la luz solar entrante de regreso al espacio. Sin embargo, una vez que los sulfatos regresan a la superficie, el efecto de enfriamiento de los volcanes desaparece. La línea naranja muestra el impacto estimado de los volcanes en el clima, con grandes picos descendentes en temperaturas de hasta 0,4 ° C asociados con erupciones importantes.

Finalmente, la actividad solar se mide mediante satélites durante las últimas décadas y se estima en base a los recuentos de manchas solares en el pasado más lejano. La cantidad de energía que llega a la Tierra procedente del sol fluctúa modestamente en un ciclo de alrededor de 11 años. Ha habido un ligero aumento en la actividad solar en general desde la década de 1850, pero la cantidad de energía solar adicional que llega a la Tierra es pequeña en comparación con otros forzamientos radiativos examinados.

Durante los últimos 50 años, la energía solar alcanzó el En realidad, la Tierra ha disminuido levemente, mientras que las temperaturas han aumentado drásticamente.

Los forzamientos humanos coinciden con el calentamiento observado

La precisión de este modelo depende de la precisión de las estimaciones del forzamiento radiativo. Algunos tipos de forzamiento radiativo como el de las concentraciones de CO2 atmosférico pueden medirse directamente y tienen incertidumbres relativamente pequeñas. Otros, como los aerosoles, están sujetos a incertidumbres mucho mayores debido a la dificultad de medir con precisión sus efectos sobre la formación de nubes.

Estos se explican en la siguiente figura, que muestra forzamientos naturales combinados (línea azul) y forzamientos humanos (línea roja) y las incertidumbres que el modelo estadístico asocia con cada uno. Estas áreas sombreadas se basan en 200 estimaciones diferentes de forzamientos radiativos, incorporando investigaciones que intentan estimar un rango de valores para cada una. Las incertidumbres en los factores humanos aumentan después de 1960, impulsadas en gran parte por aumentos en las emisiones de aerosoles después de ese punto.

En general, el calentamiento asociado con todos los forzamientos humanos concuerda bastante bien con el calentamiento observado, mostrando que alrededor del 104% del total desde el comienzo del período «moderno» en 1950 proviene de actividades humanas (y un 103% desde 1850), valor similar al reportado por el IPCC.Los forzamientos naturales combinados muestran un enfriamiento modesto, principalmente impulsado por erupciones volcánicas.

El modelo estadístico simple utilizado para este análisis por Carbon Brief difiere de los modelos climáticos mucho más complejos que generalmente usan los científicos para evaluar la huella humana del calentamiento. . Los modelos climáticos no se limitan a «ajustar» los forzamientos a las temperaturas observadas. Los modelos climáticos también incluyen variaciones de temperatura en el espacio y el tiempo, y pueden explicar las diferentes eficacias de los forzamientos radiativos en diferentes regiones de la Tierra.

Sin embargo, Al analizar el impacto de diferentes forzamientos en las temperaturas globales, los modelos climáticos complejos generalmente encuentran resultados similares a los modelos estadísticos simples. La siguiente figura, del Quinto Informe de Evaluación del IPCC, muestra la influencia de diferentes factores sobre la temperatura para el período de 1950 a 2010. Las temperaturas observadas se muestran en negro, mientras que la suma de los forzamientos humanos se muestra en naranja.

Esto sugiere que los forzamientos humanos por sí solos habrían resultado en aproximadamente el 110% del calentamiento observado. El IPCC también incluyó la magnitud estimada de la variabilidad interna durante ese período en los modelos, que sugieren que es relativamente pequeña y comparable a la de los forzamientos naturales.

Como dice el profesor Gabi Hegerl de la Universidad de Edimburgo a Carbon Brief : «El informe del IPCC tiene una estimación que básicamente dice que la mejor conjetura es que no hay contribución sin tanta incertidumbre».

Las áreas terrestres se están calentando más rápido

Las temperaturas terrestres se han calentado considerablemente más rápido que temperaturas globales promedio durante el siglo pasado, con temperaturas que alcanzaron alrededor de 1,7 ° C por encima de los niveles preindustriales en los últimos años. El récord de temperatura de la tierra también se remonta más atrás en el tiempo que el récord de temperatura global, aunque el período anterior a 1850 está sujeto a cambios mucho mayores incertidumbres.

Tanto los forzamientos radiativos humanos como naturales pueden compararse con las temperaturas de la tierra utilizando el modelo estadístico. La magnitud de los forzamientos humanos y naturales diferirá un poco entre la temperatura terrestre y la global s. Por ejemplo, las erupciones volcánicas parecen tener una mayor influencia en la tierra, ya que es probable que las temperaturas de la tierra respondan más rápido a los cambios rápidos en los forzamientos.

La siguiente figura muestra la contribución relativa de cada forzamiento radiativo diferente a las temperaturas de la tierra. desde 1750.

La combinación de todos los forzamientos generalmente coincide con las temperaturas observadas bastante bien, con una variabilidad a corto plazo alrededor de la línea gris impulsada principalmente por El Niño y eventos de La Niña. Hay una variación más amplia en las temperaturas antes de 1850, lo que refleja las incertidumbres mucho mayores en los registros de observación que se remontan mucho atrás.

Todavía hay un período alrededor de 1930 y 1940 en el que las observaciones superan lo que predice el modelo, aunque el las diferencias son menos pronunciadas que en las temperaturas globales y la divergencia de 1900-1920 está mayormente ausente en los registros de tierras.

Las erupciones volcánicas de finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX se destacan marcadamente en el registro territorial. La erupción del monte Tambora en Indonesia en 1815 puede haber enfriado las temperaturas de la tierra en 1,5 ° C, aunque los registros en ese momento se limitaban a partes del hemisferio norte y, por lo tanto, es difícil sacar una conclusión firme sobre los impactos globales. En general, los volcanes parecen enfriar la temperatura de la tierra casi el doble que la temperatura global.

¿Qué puede suceder en el futuro?

Carbon Brief utilizó el mismo modelo para proyectar cambios de temperatura futuros asociado con cada factor de forzamiento. La siguiente figura muestra las observaciones hasta 2017, junto con los futuros forzamientos radiativos posteriores a 2017 de RCP6.0, un escenario de calentamiento futuro de medio a alto.

Cuando se le proporcionan los forzamientos radiativos para el escenario RCP6.0, el modelo estadístico simple muestra un calentamiento de alrededor de 3 ° C para 2100, casi idéntico al calentamiento promedio que Los modelos climáticos encuentran.

Se espera que el forzamiento radiativo futuro del CO2 continúe aumentando si aumentan las emisiones.Por otro lado, se prevé que los aerosoles alcancen su punto máximo en los niveles actuales y disminuyan significativamente para el 2100, impulsados en gran parte por las preocupaciones sobre la calidad del aire. Esta reducción de aerosoles mejorará el calentamiento general, acercando el calentamiento total de todas las fuerzas radiativas al calentamiento de los gases de efecto invernadero solamente. Los escenarios de RCP asumen que no habrá erupciones volcánicas futuras específicas, ya que el momento de estas es desconocido, mientras que la producción solar continúa su ciclo de 11 años.

Este enfoque también se puede aplicar a las temperaturas de la tierra, como se muestra en la figura debajo. Aquí, las temperaturas de la tierra se muestran entre 1750 y 2100, con forzamientos posteriores a 2017 también de RCP6.0.

Se espera que la tierra se caliente un 30% más rápido que el globo en su conjunto, ya que la tasa de calentamiento de los océanos se amortigua por la absorción de calor del océano. Esto se ve en los resultados del modelo, donde la tierra se calienta alrededor de 4 ° C para 2100 en comparación con 3 ° C a nivel mundial en el escenario RCP6.0.

Existe una amplia gama de posibles cambios de calentamiento futuros a partir de diferentes escenarios de RCP y diferentes valores para la sensibilidad del sistema climático, pero todos muestran un patrón similar de disminución de las futuras emisiones de aerosoles y un papel más importante para el forzamiento de gases de efecto invernadero en las temperaturas futuras.

El papel de la variabilidad natural

Si bien los forzamientos naturales del sol y los volcanes no parecen desempeñar un papel importante en el calentamiento a largo plazo, también existe una variabilidad natural asociada con los ciclos oceánicos y variaciones en la absorción de calor del océano.

Como la gran mayoría de la energía atrapada por los gases de efecto invernadero es absorbida por los océanos en lugar de la atmósfera, los cambios en la tasa de absorción de calor de los océanos pueden tener grandes impactos en la temperatura de la superficie. Algunos investigadores han argumentado que los ciclos multidecadal, como la Oscilación Multidecadal del Atlántico (AMO) y la Oscilación Decadal del Pacífico (DOP), pueden desempeñar un papel en el calentamiento a una escala decenal.

Si bien los factores humanos explican todo el tiempo A largo plazo, hay algunos períodos específicos que parecen haberse calentado o enfriado más rápido de lo que se puede explicar con base en nuestras mejores estimaciones de forzamiento radiativo. Por ejemplo, el modesto desajuste entre la estimación basada en el forzamiento radiativo y las observaciones durante mediados del siglo XX podría ser evidencia de un papel de la variabilidad natural durante ese período.

Varios investigadores han examinado el potencial de variabilidad para impactar las tendencias de calentamiento a largo plazo. Han descubierto que generalmente juega un papel limitado. Por ejemplo, el Dr. Markus Huber y el Dr. Reto Knutti del Instituto de Ciencias Atmosféricas y del Clima (IAC) en Zúrich encontraron una contribución máxima posible de variabilidad natural de alrededor del 26% (+/- 12%) durante los últimos 100 años y 18% (+/- 9%) durante los últimos 50 años.

Knutti le dice a Carbon Brief:

«Nunca podremos gobernar completamente que la variabilidad natural es mayor de lo que pensamos actualmente. Pero ese es un argumento débil: por supuesto, nunca se puede descartar lo desconocido desconocido. La pregunta es si hay pruebas sólidas, o incluso alguna, de ello. Y la respuesta es no, en mi opinión.

Los modelos obtienen la variabilidad de temperatura a corto plazo aproximadamente correctamente. En muchos casos, incluso tienen demasiados. Y a largo plazo, no podemos estar seguros porque las observaciones son limitadas. Pero la respuesta forzada explica en gran medida las observaciones, por lo que no hay evidencia del siglo XX de que nos falten algunos algo…

Incluso si los modelos subestiman la variabilidad interna por un factor de tres, es es extremadamente improbable que la variabilidad interna pueda producir una tendencia tan grande como la observada ”.

De manera similar, el Dr. Martin Stolpe y sus colegas, también en IAC, analizaron recientemente el rol de variabilidad natural multidecadal en los océanos Atlántico y Pacífico. Descubrieron que «menos del 10% del calentamiento global observado durante la segunda mitad del siglo XX es causado por la variabilidad interna en estas dos cuencas oceánicas, lo que refuerza la atribución de la mayor parte del calentamiento observado a forzamientos antropogénicos».

Es probable que la variabilidad interna tenga un papel mucho más importante en las temperaturas regionales. Por ejemplo, en la producción de períodos inusualmente cálidos en el Ártico y los EE. UU. en la década de 1930. Sin embargo, parece que su papel en los cambios a largo plazo en las temperaturas de la superficie global ser limitado.

Conclusión

Si bien hay factores naturales que afectan el clima de la Tierra, la influencia combinada de los volcanes y los cambios en la actividad solar habrían resultado en un enfriamiento en lugar de un calentamiento sobre el últimos 50 años.

El calentamiento global observado en los últimos 150 años coincide casi perfectamente con lo que se espera de las emisiones de gases de efecto invernadero y otras actividades humanas, tanto en el modelo simple examinado aquí como en modelos climáticos más complejos. La mejor estimación de la contribución humana al calentamiento moderno es de alrededor del 100%.

Sigue existiendo cierta incertidumbre debido al papel de la variabilidad natural, pero los investigadores sugieren que es poco probable que las fluctuaciones oceánicas y factores similares sean la causa de más que una pequeña fracción del calentamiento global moderno.

Metodología

El modelo estadístico simple utilizado en este artículo está adaptado del Índice de Calentamiento Global publicado por Haustein et al (2017). A su vez, se basa en el modelo de Otto et al (2015).

El modelo estima las contribuciones al cambio climático observado y elimina el impacto de las fluctuaciones naturales de un año a otro mediante una regresión lineal múltiple de temperaturas y respuestas estimadas a los impulsores naturales totales y antropogénicos del cambio climático. Las respuestas forzadas son proporcionadas por el modelo climático simple estándar que se da en el Capítulo 8 de IPCC (2013), pero el tamaño de estas respuestas se estima por el ajuste a las observaciones. Los forzamientos se basan en valores del IPCC (2013) y se actualizaron a 2017 utilizando datos de NOAA y ECLIPSE. El Dr. Piers Forster de la Universidad de Leeds proporcionó 200 variaciones de estos forzamientos, lo que refleja la incertidumbre en las estimaciones de forzamiento. También se proporciona una hoja de cálculo de Excel que contiene su modelo.

El modelo se adaptó calculando las respuestas de forzamiento para cada uno de los diferentes forzamientos climáticos principales en lugar de simplemente forzamientos humanos y naturales totales, utilizando el registro de Berkeley Earth para las observaciones. El tiempo de descomposición de la respuesta térmica utilizado para convertir los forzamientos en respuestas de forzamiento se ajustó a un año en lugar de cuatro años para los forzamientos volcánicos a fin de reflejar mejor el tiempo de respuesta rápido presente en las observaciones. Los efectos de los eventos de El Niño y La Niña (ENSO) se eliminaron de las observaciones utilizando un enfoque adaptado de Foster y Rahmstorf (2011) y el índice Kaplan El Niño 3.4 al calcular la respuesta de temperatura volcánica, ya que la superposición entre los volcanes y ENSO de lo contrario complica las estimaciones empíricas.

La respuesta de temperatura para cada forzamiento individual se calculó escalando sus respuestas de forzamiento por los coeficientes humanos o naturales totales del modelo de regresión. El modelo de regresión también se corrió por separado para las temperaturas de la tierra. Las respuestas de temperatura para cada forzamiento entre 2018 y 2100 se estimaron utilizando datos de forzamiento de RCP6.0, normalizados para coincidir con la magnitud de los forzamientos observados a finales de 2017.

Las incertidumbres en la respuesta total a la temperatura humana y natural total fueron estimado utilizando un análisis de Monte Carlo de 200 series de forzamiento diferentes, así como las incertidumbres en los coeficientes de regresión estimados. El código de Python utilizado para ejecutar el modelo se archiva con GitHub y está disponible para su descarga.

Los datos de observación de 2017 que se muestran en las figuras se basan en el promedio de los primeros 10 meses del año y es probable que sean bastante similar al valor anual final.