Omfanget av menneskets bidrag til moderne global oppvarming er et veldig diskutert tema i politiske miljøer, spesielt i USA.

Under en nylig kongreshøring bemerket Rick Perry, den amerikanske energisekretæren, at «å stå opp og si at 100% av den globale oppvarmingen er på grunn av menneskelig aktivitet, tror jeg på ansiktet, er bare uforsvarlig ”.

Vitenskapen om menneskelig bidrag til moderne oppvarming er imidlertid ganske klar. Menneskeres utslipp og aktiviteter har forårsaket rundt 100% av oppvarmingen observert siden 1950, ifølge det mellomstatlige panelet for klimaendringer (IPCC ) femte vurderingsrapport.

Her undersøker Carbon Brief hvordan hver av de viktigste faktorene som påvirker jordens klima vil påvirke temperaturene isolert – og hvordan deres samlede effekter nesten perfekt forutsier langsiktige endringer i den globale temperaturen. / p>

Carbon Briefs analyse finner th kl:

• Siden 1850 kan nesten all den langsiktige oppvarmingen forklares med klimagassutslipp og andre menneskelige aktiviteter.
• Hvis klimagassutslippene alene varmet planeten , forventer vi å se omtrent en tredjedel mer oppvarming enn det som faktisk har skjedd. De blir oppveid av avkjøling fra menneskeproduserte atmosfæriske aerosoler.
• Aerosoler anslås å avta betydelig innen 2100, og bringe total oppvarming fra alle faktorer nærmere oppvarming fra klimagasser alene.
• Naturlig variasjon i jordens klima vil neppe spille en viktig rolle i langvarig oppvarming.

Animasjon av Rosamund Pearce for Carbon Brief. Bilder via Alamy Stock Photo.

Hvor mye oppvarming er forårsaket av mennesker?

I sin femte vurderingsrapport fra 2013 uttalte IPCC i sitt sammendrag for politiske beslutningstakere at det er «ekstremt sannsynlig at mer enn halvparten av den observerte økningen i global gjennomsnittlig overflatetemperatur ”fra 1951 til 2010 var forårsaket av menneskelig aktivitet. Med” ekstremt sannsynlig ”betydde det at det var mellom 95% og 100% sannsynlighet for at mer enn halvparten av moderne oppvarming var på grunn av mennesker.

Denne noe innviklede uttalelsen har ofte blitt mistolket slik at den antyder at det menneskelige ansvaret for moderne oppvarming ligger et sted mellom 50% og 100%. Som NASAs dr. Gavin Schmidt har påpekt, var IPCCs antydede beste gjetning at mennesker var ansvarlige for rundt 110% av den observerte oppvarmingen (fra 72% til 146%), med naturlige faktorer isolert sett som førte til en liten nedkjøling. de siste 50 årene.

På samme måte fant den nylige amerikanske fjerde nasjonale klimavurderingen at mellom 93% og 123% av den observerte oppvarmingen fra 1951-2010 skyldtes menneskelige aktiviteter.

Disse konklusjonene har ført til en viss forvirring om hvordan mer enn 100% av den observerte oppvarmingen kan tilskrives menneskelig aktivitet. Et menneskelig bidrag på mer enn 100% er mulig fordi naturlige klimaendringer assosiert med vulkaner og solaktivitet mest sannsynlig ville ha resultert i en liten avkjøling de siste 50 årene, noe som motvirket noe av oppvarmingen knyttet til menneskelige aktiviteter.

‘Tving’ som endrer klimaet

Forskere måler de ulike faktorene som påvirker mengden energi som når og forblir i jordens klima. De er kjent som «strålingstving».

Disse tvingene inkluderer klimagasser, som fanger utgående varme, aerosoler – både fra menneskelige aktiviteter og vulkanutbrudd – som reflekterer innkommende sollys og påvirker skydannelsen, endringer i solutgang. , endringer i reflektiviteten til jordoverflaten assosiert med arealbruk, og mange andre faktorer.

For å vurdere rollen til hver forskjellig kraft i observerte temperaturendringer, tilpasset Carbon Brief en enkel statistisk klimamodell utviklet av Dr. Karsten Haustein og hans kolleger ved University of Oxford og University of Leeds. Denne modellen finner forholdet mellom både menneskelig og naturlig klimatvingning og temperatur som best samsvarer med observerte temperaturer, både globalt og over landområder.

Figuren nedenfor viser den estimerte rollen til hvert enkelt klima som tvinges til å endre globale overflatetemperaturer siden rekordene begynte i 1850 – inkludert klimagasser (rød linje), aerosoler (mørk blå e), arealbruk (lyseblå), ozon (rosa), sol (gul) og vulkaner (oransje).

De svarte prikkene viser observerte temperaturer fra Berkeley Earth overflatetemperaturprosjekt, mens den grå linjen viser den estimerte oppvarmingen fra kombinasjonen av alle de forskjellige typer tvinge

Kombinasjonen av alle strålingskrefter samsvarer vanligvis med langvarige endringer i observerte temperaturer ganske bra. Det er en viss variasjon fra år til år, hovedsakelig fra El Niño-hendelser, som ikke er drevet av endringer i kraft. Det er også perioder fra 1900-1920 og 1930-1950 der noen større uenigheter er tydelige mellom projisert og observert oppvarming, både i denne enkle modellen og i mer komplekse klimamodeller.

Diagrammet fremhever at av alle strålingsanalysen som er analysert, gir bare økning i klimagassutslipp størrelsen på oppvarmingen de siste 150 årene.

Hvis klimagassutslippene alene varmet planeten, ville vi forvente å se om lag en tredjedel mer oppvarming enn hva som faktisk har skjedd.

Så hvilke roller spiller alle de andre faktorene?

Den ekstra oppvarmingen fra klimagasser motregnes av svoveldioksid og andre produkter fra forbrenning av fossilt brensel som danne aerosoler i atmosfæren. Aerosoler i atmosfæren reflekterer både innkommende solstråling tilbake i rommet og øker dannelsen av høye, reflekterende skyer, som kjøler jorden.

Ozon er en kortvarig klimagass som fanger utgående varme og varmer jorden. Ozon slippes ikke ut direkte, men dannes når metan, karbonmonoksid, nitrogenoksider og flyktige organiske forbindelser brytes ned i atmosfæren. Økninger i ozon kan direkte tilskrives menneskelige utslipp av disse gassene.

I den øvre atmosfæren har reduksjoner i ozon assosiert med klorfluorkarboner (CFC) og andre halokarboner som tømmer ozonlaget, hatt en beskjeden kjøleeffekt. Nettoeffekten av kombinerte nedre og øvre atmosfæriske ozonforandringer har beskjedent varmet jorden noen tiendedeler av en grad.

Endringer i måten land brukes på, endrer reflektiviteten til jordoverflaten. For eksempel vil det å erstatte en skog med et felt generelt øke mengden sollys som reflekteres tilbake i rommet, spesielt i snødekte områder. Netto klimaeffekt av endringer i arealbruk siden 1850 er en beskjeden kjøling.

Vulkaner har en kortsiktig kjøleeffekt på klimaet på grunn av deres injeksjon av sulfat-aerosoler høyt inn i stratosfæren, hvor de kan forbli høyt i noen år, og reflekterer innkommende sollys tilbake i verdensrommet. Imidlertid, når sulfatene driver tilbake til overflaten, forsvinner vulkanens avkjølende effekt. Den oransje linjen viser estimert innvirkning av vulkaner på klimaet, med store nedadgående pigger i temperaturer opp til 0,4 C assosiert med store utbrudd.

Til slutt måles solaktivitet av satellitter i løpet av de siste tiårene og estimeres basert på solflektall i den fjernere fortiden. Mengden energi som når jorden fra solen svinger beskjedent i en syklus på rundt 11 år. Det har vært en liten økning i den totale solaktiviteten siden 1850-tallet, men mengden ekstra solenergi som når jorden er liten sammenlignet med andre undersøkte strålingskrefter.

I løpet av de siste 50 årene har solenergi nådd Jorden har faktisk gått litt ned, mens temperaturene har økt dramatisk.

Menneskelig tvinging samsvarer med observert oppvarming

Nøyaktigheten til denne modellen avhenger av nøyaktigheten til estimatene for strålingsdrift. Noen typer strålingskraft som den fra atmosfæriske CO2-konsentrasjoner kan måles direkte og har relativt små usikkerheter. Andre, for eksempel aerosoler, er utsatt for mye større usikkerhet på grunn av vanskeligheten med å måle deres effekter på skyformasjon nøyaktig.

Disse er redegjort for i figuren nedenfor, som viser kombinert naturlig kraft (blå linje) og menneskelig tvang (rød linje) og usikkerheten som den statistiske modellen forbinder med hver. Disse skyggelagte områdene er basert på 200 forskjellige estimater av strålingstving, og inkluderer forskning som prøver å estimere et verdiområde for hver. Usikkerheten i menneskelige faktorer øker etter 1960, hovedsakelig drevet av økninger i aerosolutslipp etter dette punktet.

Samlet sett stemmer oppvarmingen assosiert med alle menneskelige krefter ganske godt overens med den observerte oppvarmingen, og viser at omtrent 104% av totalen siden starten på den «moderne» perioden. i 1950 kommer fra menneskelige aktiviteter (og 103% siden 1850), som tilsvarer verdien rapportert av IPCC.Kombinert naturlig kraft viser en beskjeden avkjøling, hovedsakelig drevet av vulkanutbrudd.

Den enkle statistiske modellen som brukes til denne analysen av Carbon Brief skiller seg fra mye mer komplekse klimamodeller som generelt brukes av forskere for å vurdere det menneskelige fingeravtrykket ved oppvarming. . Klimamodeller «passer ikke» tvang til observerte temperaturer. Klimamodeller inkluderer også variasjoner i temperatur over rom og tid, og kan forklare forskjellige effekter av strålingstving i forskjellige regioner på jorden.

Imidlertid Når man analyserer innvirkningen av forskjellige krefter på globale temperaturer, finner komplekse klimamodeller generelt resultater som ligner på enkle statistiske modeller. Figuren nedenfor, fra IPCCs femte vurderingsrapport, viser innflytelsen av forskjellige faktorer på temperaturen i perioden 1950 til 2010. Observerte temperaturer er vist i svart, mens summen av menneskelig kraft er vist i oransje.

Dette antyder at menneskelig tvang alene ville ha resultert i omtrent 110% av den observerte oppvarmingen. IPCC inkluderte også den estimerte størrelsen på intern variabilitet i løpet av den perioden i modellene, noe de antyder er relativt liten og sammenlignbar med naturlige krefter.

Som professor Gabi Hegerl ved University of Edinburgh forteller Carbon Brief : «IPCC-rapporten har et estimat som i utgangspunktet sier at den beste gjetningen ikke er noe bidrag med ikke så mye usikkerhet.»

Landområdene varmer raskere

Landtemperaturene har varmet betydelig raskere enn gjennomsnittlige globale temperaturer i løpet av det siste århundret, med temperaturer som har nådd rundt 1,7 C over førindustrielle nivåer de siste årene. Landtemperaturrekorden går også lenger tilbake i tid enn den globale temperaturrekorden, selv om perioden før 1850 er gjenstand for mye større usikkerhet.

Både menneskelige og naturlige strålingstving kan tilpasses landtemperaturen ved hjelp av den statistiske modellen. Størrelsen på menneskelig og naturlig tvang vil variere litt mellom land og global temperatur s. For eksempel ser det ut til at vulkanutbrudd har større innflytelse på land, ettersom landtemperaturer sannsynligvis vil reagere raskere på raske endringer i kraft.

Figuren nedenfor viser det relative bidraget til hver forskjellige strålingskraft til landtemperaturen. siden 1750.

Kombinasjonen av alle krefter samsvarer generelt med observerte temperaturer ganske bra, med kortsiktig variasjon rundt den grå linjen, hovedsakelig drevet av El Niño og La Niña-arrangementer. Det er en større variasjon i temperaturer før 1850, noe som gjenspeiler de mye større usikkerhetene i observasjonsregistrene helt tilbake.

Det er fremdeles en periode rundt 1930 og 1940 hvor observasjoner overstiger det modellen forutsier, selv om Forskjellene er mindre uttalt enn i globale temperaturer, og avviket fra 1900-1920 er stort sett fraværende i landregistreringer.

Vulkanutbrudd på slutten av 1700-tallet og tidlig på 1800-tallet skiller seg skarpt ut i landrekorden. Utbruddet av Tambora-fjellet i Indonesia i 1815 kan ha avkjølt landtemperaturen med massive 1,5 C, selv om rekordene på den tiden var begrenset til deler av den nordlige halvkule, og det er derfor vanskelig å trekke en fast konklusjon om globale konsekvenser. Generelt ser vulkaner ut til å avkjøle landtemperaturer med nesten dobbelt så mye som globale temperaturer.

Hva kan skje i fremtiden?

Carbon Brief brukte den samme modellen for å projisere fremtidige temperaturendringer. assosiert med hver tvangsfaktor. Figuren nedenfor viser observasjoner frem til 2017, sammen med fremtidige strålingskrefter etter 2017 fra RCP6.0, et mellom-til-høyt fremtidig oppvarmingsscenario.

Når den er utstyrt med stråling for RCP6.0-scenariet, viser den enkle statistiske modellen oppvarming på rundt 3C innen 2100, nesten identisk med den gjennomsnittlige oppvarmingen som klimamodeller finner.

Fremtidig stråling fra CO2 forventes å fortsette å øke hvis utslippene øker.Aerosoler derimot anslås å toppe seg på dagens nivå og synke betydelig innen 2100, drevet i stor grad av bekymringer om luftkvaliteten. Denne reduksjonen i aerosoler vil forbedre den generelle oppvarmingen, og bringe total oppvarming fra all strålingskraft nærmere oppvarming fra klimagasser alene. RCP-scenariene forutsetter ingen spesifikke fremtidige vulkanutbrudd, da tidspunktet for disse er ukjent, mens solenergi fortsetter sin 11-årige syklus.

Denne tilnærmingen kan også brukes på landtemperaturer, som vist i figuren. under. Her vises landtemperaturer mellom 1750 og 2100, med tvinginger etter 2017 også fra RCP6.0.

Landet forventes å varme rundt 30% raskere enn kloden som helhet, ettersom oppvarmingsgraden over havene er bufret av opptaket av havvarmen. Dette ses i modellresultatene, der land varmer rundt 4C innen 2100 sammenlignet med 3C globalt i RCP6.0-scenariet.

Det er et bredt spekter av fremtidig oppvarming mulig fra forskjellige RCP-scenarier og forskjellige verdier. for følsomheten i klimasystemet, men alle viser et lignende mønster for fallende fremtidige aerosolutslipp og en større rolle for drivhusgassforcering i fremtidige temperaturer.

Den naturlige variabilitetens rolle

Selv om naturlige krefter fra sol og vulkaner ikke ser ut til å spille en stor rolle i langvarig oppvarming, er det også naturlig variasjon forbundet med havsykluser og variasjoner i havopptaket.

Som de aller fleste energi fanget av klimagasser absorberes av havene snarere enn atmosfæren, endringer i hastigheten på havopptaket kan potensielt ha stor innvirkning på overflatetemperaturen. Noen forskere har hevdet at multidecadal sykluser, som Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) og Pacific Decadal Oscillation (PDO), kan spille en rolle i oppvarmingen i en dekadeskala.

Mens menneskelige faktorer forklarer hele tiden -varmer, det er noen spesifikke perioder som ser ut til å ha varmet eller avkjølt raskere enn det som kan forklares basert på våre beste estimater av strålingstvinging. For eksempel kan det beskjedne misforholdet mellom det strålende tvangsbaserte estimatet og observasjonene på midten av 1900-tallet være bevis på en rolle for naturlig variabilitet i den perioden.

En rekke forskere har undersøkt potensialet for naturlig variasjon for å påvirke langvarige oppvarmingstrender. De har funnet ut at det generelt spiller en begrenset rolle. For eksempel fant Markus Huber og Dr Reto Knutti ved Institute for Atmospheric and Climate Science (IAC) i Zürich et maksimalt mulig bidrag av naturlig variabilitet på rundt 26% (+/- 12%) de siste 100 årene og 18% (+/- 9%) de siste 50 årene.

Knutti forteller Carbon Brief:

«Vi kan aldri helt herske ut at naturlig variabilitet er større enn vi for tiden tror. Men det er et svakt argument: du kan selvfølgelig aldri utelukke det ukjente ukjente. Spørsmålet er om det er sterke eller til og med noen bevis for det. Og svaret er nei, etter mitt syn.

Modeller får den kortsiktige temperaturvariasjonen omtrent riktig. I mange tilfeller, de har til og med for mye. Og på lang sikt kan vi ikke være sikre fordi observasjonene er begrensede. Men tvangsresponsen forklarer ganske mye observasjonene, så det er ingen bevis fra det 20. århundre for at vi mangler noen ething…

Selv om modeller ble funnet å undervurdere den interne variabiliteten med en faktor på tre, er det ekstremt usannsynlig at intern variabilitet kan produsere en trend som er så stor som observert. ” av multidecadal naturlig variasjon i både Atlanterhavet og Stillehavet. De fant at «mindre enn 10% av den observerte globale oppvarmingen i løpet av andre halvdel av det 20. århundre er forårsaket av intern variasjon i disse to havbassengene, noe som forsterker tilskrivningen av det meste av den observerte oppvarmingen til menneskeskapte krefter».

Intern variabilitet vil sannsynligvis ha en mye større rolle i regionale temperaturer. For eksempel når det gjelder å produsere uvanlig varme perioder i Arktis og USA på 1930-tallet. Dens rolle i å påvirke langsiktige endringer i globale overflatetemperaturer ser ut til å være begrenset.

Konklusjon

Selv om det er naturlige faktorer som påvirker jordens klima, ville den kombinerte innflytelsen av vulkaner og endringer i solaktivitet ha ført til kjøling i stedet for oppvarming over siste 50 årene.

Den globale oppvarmingen de siste 150 årene har blitt sett, samsvarer nesten perfekt med det som forventes av klimagassutslipp og annen menneskelig aktivitet, både i den enkle modellen som er undersøkt her og i mer komplekse klimamodeller. Det beste estimatet for menneskelig bidrag til moderne oppvarming er rundt 100%.

Noe usikkerhet er fortsatt på grunn av den naturlige variabilitetens rolle, men forskere antyder at svingninger i havet og lignende faktorer neppe vil være årsaken til mer enn en liten brøkdel av moderne global oppvarming.

Metodikk

Den enkle statistiske modellen som brukes i denne artikkelen er tilpasset Global Warming Index publisert av Haustein et al (2017). I sin tur er den basert på Otto et al (2015) -modellen.

Modellen estimerer bidrag til observerte klimaendringer og fjerner effekten av naturlige svingninger fra år til år ved en multippel lineær regresjon av observerte temperaturer og estimerte svar på totale menneskeskapte og totale naturlige drivere for klimaendringer. De tvangsresponsene er gitt av den standard enkle klimamodellen gitt i kapittel 8 i IPCC (2013), men størrelsen på disse svarene er estimert av tilpasningen til observasjonene. Tvingene er basert på IPCC (2013) verdier og ble oppdatert til 2017 ved bruk av data fra NOAA og ECLIPSE. 200 varianter av disse kreftene ble levert av Dr. Piers Forster ved University of Leeds, noe som gjenspeiler usikkerheten i å tvinge estimater. Et Excel-regneark som inneholder deres modell er også gitt.

Modellen ble tilpasset ved å beregne tvangssvar for hver av de forskjellige store klimatvingene i stedet for bare total menneskelig og naturlig kraft, ved hjelp av Berkeley Earth-posten for observasjoner. Nedbrytningstiden for termisk respons som ble brukt til å konvertere tvang til tvangssvar ble justert til å være ett år i stedet for fire år for vulkansk tvinging for bedre å gjenspeile den raske responstiden som er tilstede i observasjoner. Effekten av El Niño og La Niña (ENSO) hendelser ble fjernet fra observasjonene ved hjelp av en tilnærming tilpasset fra Foster og Rahmstorf (2011) og Kaplan El Niño 3.4 indeksen når man beregner vulkansk temperaturrespons, som ellers overlapp mellom vulkaner og ENSO ellers kompliserer empiriske estimater.

Temperaturresponsen for hver enkelt tvang ble beregnet ved å skalere deres tvangssvar med de totale menneskelige eller naturlige koeffisientene fra regresjonsmodellen. Regresjonsmodellen ble også kjørt separat for landtemperaturer. Temperaturrespons for hver tvang mellom 2018 og 2100 ble estimert ved hjelp av tvangsdata fra RCP6.0, normalisert for å matche størrelsen på observerte krafter på slutten av 2017.

Usikkerhet i total menneskelig og total naturlig temperaturrespons var estimert ved hjelp av en Monte Carlo-analyse av 200 forskjellige tvangsserier, samt usikkerhet i de estimerte regresjonskoeffisientene. Python-koden som ble brukt til å kjøre modellen, er arkivert med GitHub og tilgjengelig for nedlasting.

Observasjonsdata fra 2017 vist i figurene er basert på gjennomsnittet av de første 10 månedene av året og vil sannsynligvis være ganske lik den ultimate årlige verdien.

Dette innlegget ble publisert 13. desember 2017 16:59