현대 지구 온난화에 대한 인간의 기여 정도는 정치계, 특히 미국에서 뜨거운 논쟁의 주제입니다.

최근 의회 청문회에서 미국 에너지 장관 인 Rick Perry는 “일어 서서 지구 온난화의 100 %가 인간 활동 때문이라고 말하는 것은 당연한 일이라고 생각합니다. ”.

그러나 현대 온난화에 대한 인간의 기여에 대한 과학은 매우 분명합니다. 기후 변화에 관한 정부 간 패널 (IPCC)에 따르면 인간의 배출과 활동은 1950 년 이후 관찰 된 온난화의 약 100 %를 유발했습니다. ) 다섯 번째 평가 보고서.

여기 Carbon Brief는 지구 기후에 영향을 미치는 각 주요 요인이 분리 된 온도에 어떻게 영향을 미치는지, 그리고 이들의 결합 된 효과가 지구 온도의 장기적인 변화를 거의 완벽하게 예측하는 방법을 조사합니다.

Carbon Brief의 분석 결과 at :

• 1850 년 이후 거의 모든 장기 온난화는 온실 가스 배출 및 기타 인간 활동으로 설명 될 수 있습니다.
• 온실 가스 배출만으로 지구를 따뜻하게하는 경우 , 우리는 실제로 발생한 것보다 약 1/3 더 온난화를 볼 것으로 예상합니다. 인간이 생성 한 대기 에어러솔로 인한 냉각으로 상쇄됩니다.
• 에어로졸은 2100 년까지 크게 감소하여 모든 요인으로 인한 총 온난화가 온실 가스로 인한 온난화에 더 가까워 질 것으로 예상됩니다.
• 자연 지구 기후의 가변성은 장기적인 온난화에 중요한 역할을하지 않을 것입니다.

Animation by Rosamund Pearce for Carbon Brief. Alamy Stock Photo를 통한 이미지.

인간이 얼마나 많은 온난화를 유발합니까?

2013 년 5 차 평가 보고서에서 IPCC는 정책 입안자들을위한 요약에서 ” 1951 년부터 2010 년까지 관찰 된 지구 평균 지표 온도 상승의 절반 이상이 인간 활동에 의해 발생했습니다. “매우 가능성이 높다”는 것은 현대 온난화의 절반 이상이 발생했을 가능성이 95 %에서 100 % 사이임을 의미합니다. 인간 때문에.

이 다소 복잡한 진술은 종종 현대 온난화에 대한 인간의 책임이 50 %에서 100 % 사이에 있음을 암시하는 것으로 잘못 해석되었습니다. 실제로 NASA의 Gavin Schmidt 박사가 지적했듯이 IPCC의 묵시적 최선의 추측은 인간이 관찰 된 온난화의 약 110 % (72 %에서 146 % 범위)를 담당했으며, 자연적 요인이 분리되어 약간의 냉각을 초래한다는 것입니다. 지난 50 년.

마찬가지로, 최근 미국의 제 4 차 국가 기후 평가에서는 관찰 된 1951-2010 년 온난화의 93 %에서 123 %가 인간 활동에 기인 한 것으로 나타났습니다.

이러한 결론은 관찰 된 온난화의 100 % 이상이 인간 활동에 기인 할 수 있는지에 대해 약간의 혼란을 야기했습니다. 화산 및 태양 활동과 관련된 자연적인 기후 변화가 지난 50 년 동안 약간의 냉각을 가져와 인간 활동과 관련된 일부 온난화를 상쇄했을 가능성이 높기 때문에 100 % 이상의 인간 기여가 가능합니다.

기후를 변화시키는 ‘힘’

과학자들은 지구 기후에 도달하여 남아있는 에너지의 양에 영향을 미치는 다양한 요인을 측정합니다. 이를 “복사 강제력”이라고합니다.

이러한 강제력에는 나가는 열을 가두는 온실 가스, 사람 활동과 화산 폭발로 인한 에어로졸이 포함됩니다.이 에어로졸은 들어오는 햇빛을 반사하고 구름 형성, 태양 광 출력 변화에 영향을 미칩니다. , 토지 이용과 관련된 지구 표면의 반사율 변화 및 기타 여러 요인.

관찰 된 온도 변화에서 각기 다른 강제력의 역할을 평가하기 위해 Carbon Brief는 박사가 개발 한 간단한 통계적 기후 모델을 채택했습니다. 옥스포드 대학과 리즈 대학의 Karsten Haustein과 그의 동료.이 모델은 전 세계 및 육지 지역에서만 관측 된 온도와 가장 잘 일치하는 인간 및 자연 기후 강제력과 온도 간의 관계를 찾습니다.

아래 그림은 온실 가스 (빨간색 선), 에어로졸 (진한 파란색)을 포함하여 1850 년에 기록이 시작된 이래 지구 표면 온도 변화에서 각기 다른 기후 강제력의 예상 역할을 보여줍니다. e), 토지 이용 (하늘색), 오존 (분홍색), 태양 (노란색) 및 화산 (주황색)

검은 색 점은 Berkeley 지구 표면 온도 프로젝트에서 관측 된 온도를 나타내고 회색 선은 모든 다른 유형의 강제력의 조합에서 추정 된 온난화를 보여줍니다.

모든 복사 강제력의 조합은 일반적으로 관측 된 온도의 장기적인 변화와 매우 잘 일치합니다. 강제력의 변화에 의해 주도되지 않는 주로 엘니뇨 사건에서 발생하는 연간 변동성이 있습니다. 또한 1900 ~ 1920 년과 1930 ~ 1950 년 사이에이 단순한 모델과 더 복잡한 기후 모델 모두에서 예상되는 온난화와 관측 된 온난화 사이에 더 큰 불일치가 분명한 기간이 있습니다.

차트는 무엇보다도이를 강조합니다. 분석 된 복사 강제력은 온실 가스 배출량의 증가 만이 지난 150 년 동안 경험 한 온난화의 규모를 생성합니다.

온실 가스 배출만으로 지구 온난화가 발생했다면 약 1/3 정도 더 온난화를 볼 수 있습니다.

그러면 다른 모든 요인은 어떤 역할을합니까?

온실 가스로 인한 추가 온난화는 이산화황과 다른 화석 연료 연소 산물로 상쇄되고 있습니다. 대기 에어로졸을 형성합니다. 대기 중의 에어로졸은 들어오는 태양 복사를 다시 우주로 반사하고 고 반사성 구름의 형성을 증가시켜 지구를 냉각시킵니다.

오존은 나가는 열을 가두어 지구를 따뜻하게하는 단기 온실 가스입니다. 오존은 직접 방출되지 않고 메탄, 일산화탄소, 질소 산화물, 휘발성 유기 화합물이 대기에서 분해 될 때 생성됩니다. 오존의 증가는 이러한 가스의 인간 배출에 직접적으로 기인합니다.

상층 대기에서 클로로 플루오로 카본 (CFC) 및 오존층을 고갈시키는 기타 할로 카본과 관련된 오존 감소는 적당한 냉각 효과를 가져 왔습니다. 대기 중저 부 및 상부 오존 변화의 순 효과는 지구를 수십 분의 1도 정도 따뜻하게했습니다.

토지가 사용되는 방식의 변화는 지구 표면의 반사율을 변경합니다. 예를 들어, 숲을 들판으로 대체하면 일반적으로 특히 눈이 내리는 지역에서 우주로 반사되는 햇빛의 양이 증가합니다. 1850 년 이후 토지 이용 변화의 순 기후 효과는 약간의 냉각입니다.

화산은 성층권으로 높은 수준의 황산염 에어로졸을 주입하여 기후에 단기적으로 냉각 효과를 주며, 그곳에 남아있을 수 있습니다. 몇 년 동안 떠오르며 들어오는 햇빛을 다시 우주로 반사합니다. 그러나 황산염이 표면으로 다시 표류하면 화산의 냉각 효과가 사라집니다. 주황색 선은 화산이 기후에 미칠 것으로 예상되는 영향을 나타내며, 주요 분출과 관련하여 최대 0.4C의 기온이 크게 하향 급등합니다.

마지막으로 태양 활동은 지난 수십 년 동안 위성에 의해 측정되고 더 먼 과거의 흑점 수를 기반으로 추정됩니다. 태양으로부터 지구에 도달하는 에너지의 양은 약 11 년 주기로 약간 씩 변동합니다. 1850 년대 이후 전체 태양 활동이 약간 증가했지만 지구에 도달하는 추가 태양 에너지의 양은 조사 된 다른 복사 강제력에 비해 적습니다.

지난 50 년 동안 태양 에너지는 지구는 실제로 약간 감소했지만 온도는 극적으로 상승했습니다.

인간 강제력은 관측 된 온난화와 일치합니다.

이 모델의 정확도는 복사 강제력 추정치의 정확도에 따라 달라집니다. 대기 CO2 농도와 같은 일부 유형의 복사 강제력은 직접 측정 할 수 있으며 상대적으로 불확실성이 작습니다. 에어로졸과 같은 다른 것들은 구름 형성에 미치는 영향을 정확하게 측정하기 어렵 기 때문에 훨씬 더 큰 불확실성에 노출됩니다.

이는 결합 된 자연 강제력 (파란색 선)을 보여주는 아래 그림에서 설명됩니다. 그리고 인간의 강제력 (빨간색 선)과 통계 모델이 각각 연관시키는 불확실성. 이 음영 영역은 각각에 대한 값의 범위를 추정하려는 연구를 통합하여 200 개의 서로 다른 복사 강제력 추정치를 기반으로합니다. 인적 요인의 불확실성은 1960 년 이후에 주로 그 시점 이후의 에어로졸 배출 증가로 인해 증가합니다.

전반적으로 모든 인간의 강제력과 관련된 온난화는 관찰 된 온난화와 매우 잘 일치하며 “현대”기간이 시작된 이래 전체의 약 104 %를 보여줍니다. 1950 년은 인간 활동 (1850 년 이후 103 %)에서 비롯되었으며 이는 IPCC가보고 한 값과 유사합니다.결합 된 자연 강제력은 주로 화산 폭발에 의해 주도되는 적당한 냉각을 보여줍니다.

Carbon Brief가이 분석에 사용하는 간단한 통계 모델은 과학자들이 온난화에 대한 인간의 지문을 평가하기 위해 일반적으로 사용하는 훨씬 더 복잡한 기후 모델과 다릅니다. . 기후 모델은 단순히 관찰 된 온도에 강제력을 “적합”하는 것이 아닙니다. 기후 모델은 또한 공간과 시간에 따른 온도 변화를 포함하며 지구의 여러 지역에서 복사 강제력의 다양한 효과를 설명 할 수 있습니다.

그러나, 지구 온도에 대한 다양한 강제력의 영향을 분석 할 때 복잡한 기후 모델은 일반적으로 단순한 통계 모델과 유사한 결과를 찾습니다. 아래 그림은 IPCC의 5 차 평가 보고서에서 1950 년부터 2010 년까지의 기간 동안 온도에 대한 다양한 요인의 영향을 보여줍니다. 관찰 된 온도는 검은 색으로 표시되고 인간 강제력의 합은 주황색으로 표시됩니다.

이것은 인간의 강제력만으로 관찰 된 온난화의 약 110 %를 초래했을 것임을 시사합니다. IPCC는 또한 모델에 해당 기간 동안 추정 된 내부 변동성의 크기를 포함 시켰는데, 이는 상대적으로 작고 자연 강제력과 비슷하다고 제안했습니다.

Edinburgh 대학의 Gabi Hegerl 교수가 Carbon Brief에 말한 것처럼 : “IPCC 보고서에 따르면 기본적으로 최선의 추측은 그다지 불확실성없이 기여하지 않는 것입니다.”

토지가 더 빨리 온난화되고 있습니다

토지 온도가 더 빨리 온난화되었습니다. 지난 세기 동안의 평균 지구 기온은 최근 몇 년간 산업화 이전 수준보다 약 1.7C 높은 기온에 도달했습니다. 1850 년 이전의 기간은 훨씬 더 높지만 육지 온도 기록은 지구 기온 기록보다 시간이 더 오래 걸립니다. 불확실성.

인간 및 자연 복사 강제력 모두 통계 모델을 사용하여 육지 온도와 일치시킬 수 있습니다. 인간 강제력과 자연 강제력의 크기는 육지와 지구 온도에 따라 약간 다릅니다. 에스. 예를 들어, 화산 폭발은 육지 온도가 급격한 강제력 변화에 더 빨리 반응 할 가능성이 높기 때문에 육지에 더 큰 영향을 미치는 것으로 보입니다.

아래 그림은 각기 다른 복사 강제력이 육지 온도에 미치는 상대적인 기여도를 보여줍니다. 1750 년 이후.

모든 강제력의 조합은 일반적으로 관찰 된 온도와 매우 잘 일치하며 주로 엘니뇨가 주도하는 회색 선 주변의 단기 변동성입니다. 라니냐 이벤트. 1850 년 이전에는 더 넓은 온도 변화가 있었으며, 이는 훨씬 거슬러 올라간 관측 기록에서 훨씬 더 큰 불확실성을 반영합니다.

1930 년과 1940 년경에는 관측치가 모델이 예측 한 것보다 더 많은 기간이 있습니다. 차이는 지구 기온에서보다 덜 두드러지며 1900 ~ 1920 년 사이의 차이는 육지 기록에 대부분 나타나지 않습니다.

1700 년대 말과 1800 년대 초의 화산 폭발은 토지 기록에서 두드러지게 두드러집니다. 1815 년 인도네시아 탐 보라 산의 분화로 육지 온도가 1.5C까지 냉각되었을 수 있지만 당시 기록은 북반구의 일부로 제한되어 있기 때문에 지구 적 영향에 대한 확실한 결론을 내리기 어렵습니다. 일반적으로 화산은 육지 온도를 지구 온도의 거의 두 배로 낮추는 것으로 보입니다.

미래에 어떤 일이 일어날까요?

Carbon Brief는 동일한 모델을 사용하여 미래의 온도 변화를 예측했습니다. 각 강제 요인과 관련됩니다. 아래 그림은 2017 년까지의 관측치와 함께 중-고 미래 온난화 시나리오 인 RCP6.0의 향후 2017 년 이후 복사 강제력을 보여줍니다.

RCP6.0 시나리오에 대한 복사 강제력이 제공 될 때 간단한 통계 모델은 평균 온난화와 거의 동일한 2100 년까지 약 3C의 온난화를 보여줍니다. 기후 모델이 발견합니다.

CO2의 미래 복사 강제력은 배출량이 증가하면 계속 증가 할 것으로 예상됩니다.반면에 에어로졸은 대기 질에 대한 우려로 인해 오늘날 수준에서 정점을 찍고 2100 년까지 크게 감소 할 것으로 예상됩니다. 이러한 에어러솔 감소는 전체 온난화를 향상시켜 모든 복사 강제력으로 인한 전체 온난화를 온실 가스만으로 인한 온난화에 더 가깝게 만듭니다. RCP 시나리오는 특정 미래 화산 분출이 없다고 가정합니다. 그시기를 알 수없는 반면 태양 광 출력은 11 년주기를 계속합니다.

이 접근 방식은 그림에 표시된 것처럼 육지 온도에도 적용될 수 있습니다. 이하. 여기에서 육지 온도는 1750 년에서 2100 년 사이에 표시되며 2017 년 이후의 강제력은 RCP6.0에서도 나타납니다.

해양의 온난화 속도가 해양 열 흡수에 의해 완충되기 때문에 육지는 지구 전체보다 약 30 % 더 빨리 따뜻해질 것으로 예상됩니다. 이는 RCP6.0 시나리오에서 전 세계적으로 3C에 비해 토지가 약 4C까지 2100 년까지 온난화되는 모델 결과에서 볼 수 있습니다.

다른 RCP 시나리오와 다른 값에서 가능한 광범위한 미래 온난화가 있습니다. 기후 시스템의 민감도에 대한 것이지만, 모두 미래의 에어로졸 배출 감소의 유사한 패턴과 미래의 기온에서 온실 가스 강제력에 대한 더 큰 역할을 보여줍니다.

자연 변동성의 역할

태양과 화산의 자연적 강제력은 장기적인 온난화에 큰 역할을하지 않는 것처럼 보이지만 해양 순환 및 해양 열 흡수의 변화와 관련된 자연적 변동성도 있습니다.

대부분의 경우 온실 가스에 의해 포획 된 에너지는 대기보다는 바다에 흡수되며, 해양 열 흡수율의 변화는 잠재적으로 지표 온도에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 일부 연구자들은 AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation) 및 PDO (Pacific Decadal Oscillation)와 같은 수십 년주기가 10 년 규모의 온난화에 영향을 미칠 수 있다고 주장했습니다.

-용어 온난화, 복사 강제력에 대한 우리의 최선의 추정치에 근거하여 설명 할 수있는 것보다 더 빨리 온난화 또는 냉각 된 것으로 보이는 특정 기간이 있습니다. 예를 들어, 복사 강제력 기반 추정치와 1900 년대 중반 관측치 사이의 약간의 불일치는 그 기간 동안 자연적 변동성의 역할에 대한 증거 일 수 있습니다.

많은 연구자들이 자연의 잠재력을 조사했습니다. 장기적인 온난화 추세에 영향을 미치는 변동성. 그들은 일반적으로 제한된 역할을한다는 것을 발견했습니다. 예를 들어, 취리히에있는 대기 및 기후 과학 연구소 (IAC)의 Markus Huber 박사와 Reto Knutti 박사는 지난 100 년 동안 약 26 % (+/- 12 %)와 18 %의 자연 변동성의 최대 가능한 기여도를 발견했습니다. (+/- 9 %) 지난 50 년 동안.

Knutti는 Carbon Brief에 다음과 같이 말합니다.

“우리는 자연적 변동성은 현재 우리가 생각하는 것보다 크다는 사실을 알 수 있습니다.하지만 그것은 약한 주장입니다. 물론 알려지지 않은 미지의 것을 배제 할 수는 없습니다. 문제는 강력한 것이 있는지 증거가 있는지 여부입니다. 답은 다음과 같습니다. 아니요, 제 생각에는

모델은 단기 온도 변동성을 거의 올바르게 얻습니다. 그리고 장기적으로는 관찰이 제한되어서 확신 할 수 없습니다.하지만 강제 대응은 관찰을 거의 설명하기 때문에 20 세기의 증거가 없습니다. ething…

모델이 내부 변동성을 3 배로 과소 평가 한 것으로 밝혀 졌더라도 내부 변동성이 관찰 된만큼 큰 추세를 생성 할 가능성은 극히 낮습니다.”

마찬가지로 IAC의 Martin Stolpe 박사와 동료들은 최근 역할을 분석했습니다. 대서양과 태평양 모두에서 수십 년 동안의 자연 변동성. 그들은 “20 세기 후반에 관찰 된 지구 온난화의 10 % 미만이이 두 해양 유역의 내부 변동성에 기인하여 관찰 된 온난화의 대부분이 인위적 강제력에 기인 한 원인이된다”는 것을 발견했습니다.

내부 변동성은 지역 온도에서 훨씬 더 큰 역할을 할 가능성이 높습니다. 예를 들어 1930 년대에 북극과 미국에서 비정상적으로 따뜻한 기간을 생성 할 때. 그러나 지구 표면 온도의 장기적인 변화에 영향을 미치는 역할이 나타납니다.

결론

지구 기후에 영향을 미치는 자연적인 요인이 있지만, 화산의 영향과 태양 활동의 변화가 합쳐져 온난화가 아닌 냉각을 초래했을 것입니다. 지난 50 년.

지난 150 년 동안 목격 된 지구 온난화는 여기에서 조사한 단순한 모델과 더 복잡한 기후 모델 모두에서 온실 가스 배출 및 기타 인간 활동에서 예상되는 것과 거의 완벽하게 일치합니다. 현대 온난화에 대한 인간의 기여에 대한 최선의 추정치는 약 100 %입니다.

자연 변동성의 역할로 인해 일부 불확실성이 남아 있지만 연구자들은 해양 변동과 유사한 요인이 더 많은 원인이 될 가능성이 낮다고 제안합니다. 현대 지구 온난화의 극히 일부에 불과합니다.

방법론

이 기사에 사용 된 간단한 통계 모델은 Haustein et al (2017)에서 발표 한 지구 온난화 지수를 적용한 것입니다. 차례로 Otto et al (2015) 모델을 기반으로합니다.

이 모델은 관측 된 기후 변화에 대한 기여도를 추정하고 관측 값의 다중 선형 회귀를 통해 자연적인 연간 변동의 영향을 제거합니다. 기후 변화의 총 인간 유발 및 총 자연 동인에 대한 온도 및 예상 반응. 강제 응답은 IPCC (2013) 8 장에 제공된 표준 단순 기후 모델에 의해 제공되지만 이러한 응답의 크기는 관측치에 대한 적합도에 의해 추정됩니다. 강제는 IPCC (2013) 값을 기반으로하며 NOAA 및 ECLIPSE의 데이터를 사용하여 2017 년으로 업데이트되었습니다. 이러한 강제력의 200 가지 변형은 강제 추정치의 불확실성을 반영하여 리즈 대학의 피어스 포스터 박사에 의해 제공되었습니다. 모델이 포함 된 Excel 스프레드 시트도 제공됩니다.

이 모델은 관측을 위해 Berkeley Earth 기록을 사용하여 단순히 전체 인간 및 자연 강제력이 아닌 각기 다른 주요 기후 강제력에 대한 강제 응답을 계산하여 조정되었습니다. 강제력을 강제력 반응으로 변환하는 데 사용되는 열 반응의 붕괴 시간은 관측에 존재하는 빠른 반응 시간을 더 잘 반영하기 위해 화산 강제력을 위해 4 년이 아닌 1 년으로 조정되었습니다. El Niño 및 La Niña (ENSO) 현상의 영향은 화산 온도 반응을 계산할 때 Foster and Rahmstorf (2011) 및 Kaplan El Niño 3.4 지수에서 채택한 접근 방식을 사용하여 관찰에서 제거되었습니다. 경험적 추정을 복잡하게합니다.

각 개별 강제력에 대한 온도 응답은 회귀 모델의 총 인간 또는 자연 계수로 강제 응답을 스케일링하여 계산되었습니다. 회귀 모델은 또한 육지 온도에 대해 별도로 실행되었습니다. 2018 년에서 2100 년 사이의 각 강제력에 대한 온도 응답은 RCP6.0의 강제 데이터를 사용하여 추정되었으며, 2017 년 말에 관찰 된 강제력의 크기와 일치하도록 정규화되었습니다.

전체 인간 및 총 자연 온도 응답의 불확실성은 다음과 같습니다. 200 개의 다른 강제력 시리즈에 대한 Monte Carlo 분석과 추정 된 회귀 계수의 불확실성을 사용하여 추정되었습니다. 모델을 실행하는 데 사용 된 Python 코드는 GitHub에 보관되며 다운로드 할 수 있습니다.

그림에 표시된 2017 년의 관측 데이터는 연중 첫 10 개월의 평균을 기준으로 한 것입니다. 궁극적 인 연간 가치와 매우 유사합니다.