A modern globális felmelegedéshez való emberi hozzájárulás mértéke élesen vitatott téma politikai körökben, különösen az Egyesült Államokban.

A közelmúltban rendezett kongresszusi meghallgatás során Rick Perry, az Egyesült Államok energetikai titkára megjegyezte, hogy “felállni és azt mondani, hogy a globális felmelegedés 100% -a emberi tevékenységnek köszönhető, azt hiszem, arcán csak védhetetlen ”.

Azonban a modern felmelegedéshez való emberi hozzájárulásról szóló tudomány egészen világos: Az éghajlatváltozással foglalkozó kormányközi testület (IPCC) szerint az emberek által kibocsátott kibocsátások és tevékenységek az 1950 óta megfigyelt felmelegedés 100% -át okozták. ) ötödik értékelő jelentés.

Itt a Carbon Brief azt vizsgálja, hogy a Föld éghajlatát befolyásoló fő tényezők hogyan befolyásolják a hőmérsékleteket elkülönítve – és hogy ezek együttes hatása szinte tökéletesen megjósolja a globális hőmérséklet hosszú távú változását. / p>

Carbon Brief elemzése szerint a th itt:

• 1850 óta szinte az összes hosszú távú felmelegedés az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásával és más emberi tevékenységekkel magyarázható.
• Ha az üvegházhatású gázok kibocsátása önmagában melegítené a bolygót , várhatóan körülbelül egyharmaddal több felmelegedés várható, mint amekkora történt. Ezeket ellensúlyozza az ember által előállított légköri aeroszolok hűtése.
• Az aeroszolok várhatóan jelentősen csökkennek 2100-ig, ami az összes tényező teljes felmelegedését közelebb hozza az egyedül az üvegházhatású gázok felmelegedéséhez.
• Természetes A Föld éghajlatának változékonysága valószínűleg nem játszik nagy szerepet a hosszú távú felmelegedésben.

Rosamund Pearce animációja a Carbon Brief-hez. Képek az Alamy Stock Photo-on keresztül.

Mennyi felmelegedést okoznak az emberek?

Az IPCC 2013. évi ötödik értékelő jelentésben a politikai döntéshozók számára készített összefoglalóban kijelentette, hogy “rendkívül valószínű, hogy a globális átlagos felületi hőmérséklet emelkedésének több mint felét 1951-től 2010-ig az emberi tevékenység okozta. A “rendkívül valószínű” kifejezés azt jelentette, hogy 95 és 100% közötti valószínűséggel a modern felmelegedés több mint fele az embereknek köszönhető.

Ezt a kissé kusza kijelentést gyakran félreértelmezték, mivel azt sugallta, hogy a modern felmelegedésért az emberi felelősség valahol 50% és 100% között van. Valójában, amint arra a NASA Dr. Gavin Schmidt rámutatott, az IPCC hallgatólagos legjobb sejtése az volt, hogy az emberek a megfigyelt felmelegedés 110% -áért felelősek (72% és 146% között), a természetes tényezők pedig önmagukban enyhe lehűléshez vezetnek az elmúlt 50 évben.

Hasonlóképpen, a legutóbbi amerikai negyedik országos éghajlati értékelés megállapította, hogy az 1951–2010-ben megfigyelt felmelegedés 93–123% -a az emberi tevékenységnek köszönhető.

Ezek a következtetések némi zavart okoztak abban, hogy a megfigyelt felmelegedés több mint 100% -ának tulajdonítható-e az emberi tevékenység. 100% -nál nagyobb emberi hozzájárulás azért lehetséges, mert a vulkánokhoz és a naptevékenységhez kapcsolódó természetes klímaváltozás valószínűleg az elmúlt 50 évben enyhe lehűlést eredményezett, ellensúlyozva az emberi tevékenységekkel járó felmelegedés egy részét.

A klímát megváltoztató „erők”

A tudósok mérik azokat a különféle tényezőket, amelyek befolyásolják a Föld éghajlatán elért és megmaradó energia mennyiségét. “Sugárzó erőszaknak” nevezik őket.

Ezek az erők magukban foglalják az üvegházhatású gázokat, amelyek megfogják a kimenő hőt, az emberi tevékenységekből és a vulkánkitörésekből származó aeroszolokat, amelyek tükrözik a beérkező napfényt és befolyásolják a felhő képződését, a naptermelés változását , a földfelszín tükröződésének a földhasználattal összefüggő változásai és még sok más tényező.

Az egyes különböző kényszerítés szerepének felmérésére a megfigyelt hőmérsékleti változásokban a Carbon Brief egy egyszerű statisztikai éghajlati modellt adaptált, amelyet Dr fejlesztett ki. Karsten Haustein és munkatársai az Oxfordi Egyetemen és a Leedsi Egyetemen. Ez a modell megtalálja az emberi és a természetes éghajlati erők és a hőmérséklet közötti kapcsolatot, amely a legjobban megfelel a megfigyelt hőmérsékletnek, csak globálisan és csak szárazföldi területeken.

Az alábbi ábra bemutatja az egyes klímák kényszerítőinek becsült szerepét a globális felszíni hőmérséklet változásában azóta, hogy az adatok 1850-ben megkezdődtek – beleértve az üvegházhatású gázokat (piros vonal), aeroszolokat (sötét kék e), a földhasználat (világoskék), az ózon (rózsaszín), a napenergia (sárga) és a vulkánok (narancssárga).

A fekete pontok a Berkeley Föld felszíni hőmérsékleti projektjének megfigyelt hőmérsékletét mutatják, míg a szürke vonal bemutatja a becsült felmelegedést az összes különféle erőltetés kombinációja alapján.

Az összes sugárzó erő kombinációja általában elég jól illeszkedik a megfigyelt hőmérséklet hosszabb távú változásaihoz. Van némi változékonyság, elsősorban az El Niño események miatt, amelyet nem az erőszak változásai vezérelnek. Vannak olyan időszakok is, amelyek 1900-1920 és 1930-1950 között vannak, ahol ennél az egyszerű modellnél és a bonyolultabb éghajlati modelleknél is vannak nagyobb nézeteltérések a vetített és megfigyelt felmelegedés között.

A diagram kiemeli mindezt Az elemzett sugárzó erők csak az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának növekedésével idézik elő az elmúlt 150 évben tapasztalt felmelegedés mértékét.

Ha az üvegházhatású gázok kibocsátása önmagában melegítené a bolygót, akkor várhatóan körülbelül egyharmaddal több felmelegedés várható mint ami valójában történt.

Tehát milyen szerepet játszik az összes többi tényező?

Az üvegházhatású gázokból származó extra felmelegedést ellensúlyozza a kén-dioxid és a fosszilis tüzelőanyagok egyéb égéstermékei, amelyek légköri aeroszolokat képeznek. A légkörben található aeroszolok a bejövő napsugárzást visszatükrözik az űrbe, és növelik a magas, fényvisszaverő felhők képződését, lehűtve a Földet.

Az ózon rövid életű üvegházhatású gáz, amely megfogja a kimenő hőt és felmelegíti a Földet. Az ózon nem közvetlenül bocsátódik ki, hanem akkor keletkezik, amikor a metán, szén-monoxid, nitrogén-oxidok és illékony szerves vegyületek lebomlanak a légkörben. Az ózon növekedése közvetlenül e gázok emberi kibocsátásának tudható be.

A felső légkörben a klórfluor-szénhidrogénekkel (CFC-k) és más ózonréteget lebontó halogén-szénhidrogénekkel járó ózon csökkenése mérsékelt hűtőhatással járt. Az alsó és felső légköri ózon együttes változásának nettó hatásai szerényen felmelegítették a Földet néhány tized fokkal.

A földhasználat változásai megváltoztatják a Föld felszínének visszaverődését. Például az erdő cseréje a szántóföldre általában megnöveli az űrbe visszavert napfény mennyiségét, különösen havas régiókban. Az 1850 óta a földhasználat változásainak nettó éghajlati hatása mérsékelt lehűlés.

A vulkánok rövid távon hűsítő hatást gyakorolnak az éghajlatra, mivel szulfátos aeroszolokat juttatnak magasan a sztratoszférába, ahol maradhatnak. néhány évig a földön, visszatükrözve a beérkező napfényt az űrbe. Ha azonban a szulfátok visszasodródnak a felszínre, a vulkánok hűtő hatása megszűnik. A narancssárga vonal a vulkánok éghajlatra gyakorolt becsült hatását mutatja, nagy, akár 0,4 ° C-os hőmérsékleti lefelé irányuló csúcsokkal, amelyek nagy kitörésekhez kapcsolódnak.

Végül, a naptevékenységet műholdak mérik az elmúlt évtizedekben, és a távoli múlt napfolt-számai alapján becsülik meg. A Napból a Földre érkező energiamennyiség szerényen ingadozik körülbelül 11 éves ciklus alatt. Az 1850-es évek óta kismértékben nőtt a teljes naptevékenység, de a Földet érő további napenergia mennyisége csekély a többi vizsgált sugárzási erőszakhoz képest.

Az elmúlt 50 évben a napenergia elérte a A Föld valójában kissé csökkent, míg a hőmérséklet drámai módon megemelkedett.

Az emberi erőszakok megfelelnek a megfigyelt felmelegedésnek

A modell pontossága a sugárzási kényszer becsléseinek pontosságától függ. Néhány sugárzási kényszer, mint például a légköri CO2-koncentrációkból, közvetlenül mérhető, és viszonylag kicsi a bizonytalanságuk. Mások, például az aeroszolok, sokkal nagyobb bizonytalanságnak vannak kitéve, mivel nehéz pontosan mérni a felhőképződésre gyakorolt hatásukat.

Ezeket az alábbi ábra mutatja be, amely kombinált természetes erőszakokat mutat (kék vonal). és az emberi erőszak (piros vonal), valamint a statisztikai modell által egyesített bizonytalanságok. Ezek az árnyékos területek a sugárzó erők 200 különböző becslésén alapulnak, és olyan kutatásokat tartalmaznak, amelyek megkísérlik becsülni az egyes értékek tartományát. Az emberi tényezők bizonytalansága 1960 után nő, elsősorban az aeroszol-kibocsátás ezen időpont utáni növekedésével.

Összességében elmondható, hogy az összes emberi erőszakhoz kapcsolódó felmelegedés nagyon jól egyezik a megfigyelt felmelegedéssel, ami azt mutatja, hogy a “modern” időszak kezdete óta a teljes érték körülbelül 104% -a 1950-ben emberi tevékenységből származik (1850 óta 103%), ami hasonló az IPCC által jelentett értékhez.A kombinált természetes erõsítések szerény lehûlést mutatnak, elsõsorban a vulkánkitörések miatt.

A Carbon Brief által készített elemzéshez használt egyszerû statisztikai modell különbözik a sokkal összetettebb éghajlati modellektõl, amelyeket a tudósok általában használnak az emberi ujjlenyomat felmelegedés felmérésére. . Az éghajlati modellek nem egyszerűen “illeszkednek” a kényszerítéshez a megfigyelt hőmérséklethez. Az éghajlati modellek tartalmazzák a hőmérséklet térbeli és időbeli változását is, és a sugárzó erők eltérő hatékonyságát tudják figyelembe venni a Föld különböző régióiban.

Azonban a különböző erők globális hőmérsékletre gyakorolt hatásának elemzése során a komplex klímamodellek általában egyszerű statisztikai modellekhez hasonló eredményeket találnak. Az alábbi ábra, az IPCC ötödik értékelő jelentéséből mutatja be a különböző tényezők hőmérsékletre gyakorolt hatását az 1950 és 2010 közötti időszakban. A megfigyelt hőmérsékleteket fekete színnel, míg az emberi erőszakok összegét narancssárgával mutatjuk be.

Ez azt sugallja, hogy önmagában az emberi kényszerítés a megfigyelt felmelegedés körülbelül 110% -át eredményezte volna. Az IPCC a modellekbe belefoglalta a belső változékonyság becsült nagyságát abban az időszakban, amely szerintük viszonylag kicsi és összehasonlítható a természetes erőszakkal.

Amint Gabi Hegerl az Edinburghi Egyetemen elmondja a Carbon Brief-nek : “Az IPCC jelentés becslése szerint alapvetően a legjobb találgatás az, ha nem járul hozzá annyi bizonytalansághoz.”

A szárazföldi területek gyorsabban melegednek

A szárazföldi hőmérsékletek jóval gyorsabban melegednek, mint az elmúlt évszázad átlagos globális hőmérséklete, amelynek hőmérséklete az elmúlt években az iparosodás előtti szintet meghaladó 1,7 ° C körüli volt. A szárazföldi hőmérsékleti rekord a múltban is magasabbra nyúlik vissza, mint a globális hőmérsékleti rekord, bár az 1850 előtti időszak sokkal magasabb bizonytalanságok.

Mind az emberi, mind a természetes sugárzási erők a statisztikai modell segítségével párosíthatók a szárazföldi hőmérsékletekkel. Az emberi és a természetes erők nagysága kissé eltér a szárazföldi és a globális hőmérséklet között s. Például úgy tűnik, hogy a vulkánkitörések nagyobb hatással vannak a szárazföldre, mivel a szárazföldi hőmérséklet valószínűleg gyorsabban reagál az erők gyors változásaira.

Az alábbi ábra mutatja az egyes különböző sugárzási erők relatív hozzájárulását a szárazföldi hőmérséklethez. 1750 óta.

Az összes erő kombinációja általában elég jól illeszkedik a megfigyelt hőmérsékletekhez, rövid távon a szürke vonal körül változik, elsősorban El Niño vezérli. és La Niña események. Az 1850 előtti hőmérsékletek nagyobb mértékben változnak, tükrözve a régebben megfigyelt feljegyzések sokkal nagyobb bizonytalanságait.

1930 és 1940 körül még mindig van egy olyan időszak, amikor a megfigyelések meghaladják azt, amit a modell jósol, bár a a különbségek kevésbé kifejezettek, mint a globális hőmérsékletnél, és az 1900–1920 közötti eltérések többnyire hiányoznak a földrekordokból.

Az 1700-as évek végén és az 1800-as évek elején a vulkánkitörések élesen kiemelkednek a földrekordban. Az indonéziai Tambora-hegy 1815-ben történt kitörése hatalmas 1,5 ° C-kal lehűthette a szárazföldi hőmérsékletet, bár az akkori feljegyzések az északi félteke egyes részeire korlátozódtak, ezért nehéz határozott következtetést levonni a globális hatásokról. Általánosságban elmondható, hogy a vulkánok a földhőmérsékletet csaknem kétszer annyival hűvösebbek, mint a globális hőmérsékletet.

Mi történhet a jövőben?

A Carbon Brief ugyanazt a modellt használta a jövőbeli hőmérséklet-változások kivetítésére minden egyes kényszerítő tényezőhöz társítva. Az alábbi ábra 2017-ig tartó megfigyeléseket, valamint az RCP6.0, a közepes vagy a magas jövőbeli felmelegedés forgatókönyvét, a 2017 utáni sugárzási erőket mutatja.

Ha az RCP6.0 szcenárióhoz sugárzó erővel láttuk el, akkor az egyszerű statisztikai modell 2100-ig 3C körüli felmelegedést mutat, ami majdnem megegyezik az átlagos felmelegedéssel éghajlati modellek megtalálják.

A kibocsátás növekedése esetén a jövőben várhatóan tovább növekszik a CO2 sugárterhelése.Az aeroszolok ezzel szemben az előrejelzések szerint a mai szinten tetőznek, és 2100-ra jelentősen csökkennek, amit nagyrészt a levegő minőségével kapcsolatos aggályok vezérelnek. Az aeroszolok csökkenése fokozza az általános felmelegedést, közelebb hozza az összes sugárzó erő teljes felmelegedését az egyedül az üvegházhatású gázok melegítéséhez. Az RCP-forgatókönyvek nem feltételeznek konkrét jövőbeni vulkánkitöréseket, mivel ezek időzítése nem ismeretes, miközben a napenergia kibocsátása folytatja 11 éves ciklusát.

Ez a megközelítés alkalmazható a szárazföldi hőmérsékletekre is, amint az az ábrán látható lent. Itt a szárazföldi hőmérsékleteket 1750 és 2100 között mutatják, a 2017 utáni erők szintén az RCP6.0-tól származnak.

A föld várhatóan körülbelül 30% -kal gyorsabban melegedik, mint a földgömb egésze, mivel az óceánok feletti felmelegedés ütemét pufferolja az óceán hőfelvétele. Ez látható a modell eredményeiben, ahol a föld 2100-ig 4C körüli melegedést mutat, szemben az RCP6.0 szcenárió globális 3C értékével.

A jövőbeni felmelegedés széles skálája lehetséges különböző RCP forgatókönyvek és különböző értékek alapján az éghajlati rendszer érzékenysége szempontjából, de ezek mindegyike hasonló mintát mutat a jövőbeli aeroszol-kibocsátás csökkenésével és nagyobb szerepet játszik az üvegházhatású gázok kényszerítésében a jövő hőmérsékletén.

A természetes variabilitás szerepe

Bár úgy tűnik, hogy a nap- és vulkánok természetes erőszakai nem játszanak nagy szerepet a hosszú távú felmelegedésben, az óceán ciklusaihoz és az óceán hőfelvételének változásaihoz természetes változékonyság is társul.

Mivel a az üvegházhatású gázok által befogott energiát az óceánok veszik fel, nem pedig a légkör, az óceán hőfelvételének sebességében bekövetkező változások nagy hatással lehetnek a felszíni hőmérsékletre. Egyes kutatók azzal érveltek, hogy a multidecadal ciklusok, mint például az atlanti multidecadal oscilláció (AMO) és a csendes-óceáni decadal oscilláció (PDO), évtizedes skálán szerepet játszhatnak a felmelegedésben. időtartamú felmelegedés, vannak olyan speciális időszakok, amelyek úgy tűnik, hogy gyorsabban melegedtek vagy hűltek le, mint amit a sugárzási kényszerre vonatkozó legjobb becsléseink alapján meg lehet magyarázni. Például az 1900-as évek közepén tapasztalható, a sugárzó kényszer alapú becslés és az észlelések közötti szerény eltérés bizonyíték lehet arra, hogy ebben a periódusban szerepet játszanak a természetes változékonyság.

Számos kutató vizsgálta a természetes potenciál lehetőségét. változékonyság a hosszú távú felmelegedési trendek hatására. Megállapították, hogy általában korlátozott szerepet játszik. Például Dr. Markus Huber és Dr. Reto Knutti a Zürichi Légköri és Éghajlat-tudományi Intézetnél (IAC) a természetes variabilitás maximális lehetséges hozzájárulását az elmúlt 100 évben körülbelül 26% (+/- 12%) és 18% (+/- 9%) az elmúlt 50 évben.

Knutti elmondja a Carbon Brief-t:

“Soha nem tudunk teljesen uralkodni kizárja, hogy a természetes variabilitás nagyobb, mint azt jelenleg gondoljuk. De ez egy gyenge érv: természetesen soha nem zárhatja ki az ismeretlen ismeretlent. A kérdés az, hogy van-e erős, vagy akár van rá bizonyíték. És a válasz nem, véleményem szerint.

A modellek megközelítőleg megfelelővé teszik a rövid távú hőmérsékleti ingadozást. esetekben még túl sok is. És hosszú távon nem lehetünk biztosak abban, mert a megfigyelések korlátozottak. De az erőltetett válasz nagyjából megmagyarázza a megfigyeléseket, így a 20. századból nincs bizonyíték arra, hogy hiányoznának ething…

Még akkor is, ha kiderült, hogy a modellek háromszorosára alábecsülik a belső változékonyságot, rendkívül valószínűtlen, hogy a belső változékonyság a megfigyeltnél nagyobb trendet eredményezhet. ”

Hasonlóképpen, Dr. Martin Stolpe és munkatársai, szintén az IAC-nál, nemrég elemezték a szerepet többdecados természetes variabilitása mind az Atlanti, mind a Csendes-óceánban. Megállapították, hogy “a 20. század második felében megfigyelt globális felmelegedés kevesebb mint 10% -át e két óceánmedence belső változékonysága okozza, ami megerősíti a megfigyelt felmelegedés nagy részének az antropogén erőszakoknak tulajdonítását”.

A belső változékonyságnak valószínűleg sokkal nagyobb szerepe lesz a regionális hőmérsékletekben. Például szokatlanul meleg időszakok előállításában az Északi-sarkvidéken és az Egyesült Államokban az 1930-as években. Azonban szerepet játszik a globális felszíni hőmérséklet hosszú távú változásainak befolyásolásában korlátozni kell.

Következtetés

Bár vannak olyan természetes tényezők, amelyek befolyásolják a Föld éghajlatát, a vulkánok és a naptevékenység változásának együttes hatása inkább a hűlést, mint a felmelegedést eredményezte volna. elmúlt 50 év.

Az elmúlt 150 év során tapasztalt globális felmelegedés szinte tökéletesen megfelel az üvegházhatásúgáz-kibocsátásoktól és más emberi tevékenységektől elvárhatónak, mind az itt vizsgált egyszerű modellben, mind az összetettebb éghajlati modellekben. A modern felmelegedéshez való emberi hozzájárulás legjobb becslése 100% körüli.

Bizonyos bizonytalanság továbbra is fennáll a természetes variabilitás szerepe miatt, de a kutatók szerint az óceáni fluktuációk és hasonló tényezők valószínűleg nem okozják a mint a modern globális felmelegedés kis töredéke.

Módszertan

Az ebben a cikkben használt egyszerű statisztikai modellt a Haustein és mtsai (2017) által közzétett globális felmelegedési index adaptálja. Viszont az Otto és mtsai (2015) modellen alapszik.

A modell becsli a megfigyelt éghajlatváltozáshoz való hozzájárulást, és a megfigyelt többszörös lineáris regresszióval megszünteti a természetes évenkénti ingadozások hatását. hőmérsékletek és az éghajlatváltozás ember által kiváltott és teljes természetes mozgatórugóinak becsült válaszai. A kényszerítő válaszokat az IPCC (2013) 8. fejezetében megadott egyszerű egyszerű klímamodell biztosítja, de ezeknek a válaszoknak a nagyságát a megfigyelésekhez való illeszkedés alapján becsüljük meg. Az erőszakok az IPCC (2013) értékein alapulnak, és a NOAA és az ECLIPSE adatai alapján 2017-re frissültek. Ezeknek a kényszereknek 200 változatát adta Dr. Piers Forster, a Leedsi Egyetem, tükrözve a becslések kényszerítésének bizonytalanságát. A modelljüket tartalmazó Excel-táblázat is rendelkezésre áll.

A modellt úgy alakítottuk ki, hogy kiszámoltuk az egyes főbb klímaerők mindegyikére adott válaszreakciókat, nem pedig egyszerűen a teljes emberi és természetes erőszakot, a megfigyelésekhez a Berkeley Earth rekordot használtuk. A hőreakció bomlási idejét, amelyet az erők erőszakos válaszreakciókká történő átalakításakor alkalmaztak, a vulkanikus erőknél négy év helyett egy évre állították be, hogy jobban tükrözzék a megfigyelésekben jelen lévő gyors válaszidőt. Az El Niño és La Niña (ENSO) események hatásait a vulkáni hőmérsékleti válasz kiszámításakor Foster és Rahmstorf (2011) és a Kaplan El Niño 3.4 index adaptált megközelítéssel, valamint a Kaplan El Niño 3.4 index alapján adaptáltuk a megfigyelésekből, mivel a vulkánok és az ENSO közötti átfedés egyébként bonyolítja az empirikus becsléseket.

Az egyes erőszakos hőmérsékleti válaszokat úgy számoltuk ki, hogy a kényszerreakcióikat a regressziós modell összes emberi vagy természetes együtthatójával skáláztuk. A regressziós modellt külön-külön futtattuk a szárazföldi hőmérsékletekre is. A hőmérsékleti válaszokat minden egyes erőszakra 2018 és 2100 között becsültük az RCP6.0 kényszeradatainak felhasználásával, normalizálva, hogy megfeleljen a 2017 végén megfigyelt erők nagyságának.

Bizonytalanságok voltak a teljes emberi és teljes természetes hőmérsékleti válaszban becsülték 200 különféle kényszerítő sorozat Monte Carlo-elemzésével, valamint a becsült regressziós együtthatók bizonytalanságaival. A modell futtatásához használt Python-kódot a GitHub archiválja és letölthető.

Az ábrákon látható 2017. évi megfigyelési adatok az év első 10 hónapjának átlagán alapulnak, és valószínűleg egészen hasonló a végső éves értékhez.