A extensão da contribuição humana para o aquecimento global moderno é um tópico muito debatido nos círculos políticos, especialmente nos Estados Unidos.

Durante uma recente audiência no congresso, Rick Perry, o secretário de energia dos Estados Unidos, observou que “se levantar e dizer que 100% do aquecimento global é devido à atividade humana, eu acho que à primeira vista, é simplesmente indefensável ”.

No entanto, a ciência sobre a contribuição humana para o aquecimento moderno é bastante clara. As emissões e atividades humanas causaram cerca de 100% do aquecimento observado desde 1950, de acordo com o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC ) quinto relatório de avaliação.

Aqui, o Carbon Brief examina como cada um dos principais fatores que afetam o clima da Terra influenciaria as temperaturas isoladamente – e como seus efeitos combinados prevêem quase perfeitamente mudanças de longo prazo na temperatura global.

A análise do Carbon Brief descobriu que em:

• Desde 1850, quase todo o aquecimento de longo prazo pode ser explicado pelas emissões de gases de efeito estufa e outras atividades humanas.
• Se apenas as emissões de gases de efeito estufa estivessem aquecendo o planeta , esperaríamos ver cerca de um terço a mais de aquecimento do que realmente ocorreu. Eles são compensados pelo resfriamento de aerossóis atmosféricos produzidos pelo homem.
• Os aerossóis devem diminuir significativamente até 2100, trazendo o aquecimento total de todos os fatores para mais perto do aquecimento dos gases de efeito estufa apenas.
• Natural a variabilidade no clima da Terra provavelmente não desempenhará um papel importante no aquecimento a longo prazo.

Animação de Rosamund Pearce para Carbon Brief. Imagens via Alamy Stock Photo.

Quanto aquecimento é causado pelos humanos?

Em seu quinto relatório de avaliação de 2013, o IPCC declarou em seu resumo para os legisladores que é “extremamente provável que mais da metade do aumento observado na temperatura média da superfície global “de 1951 a 2010 foi causado pela atividade humana. Por” extremamente provável “, significava que havia entre 95% e 100% de probabilidade de que mais da metade do aquecimento moderno foi devido aos humanos.

Esta declaração um tanto complicada tem sido freqüentemente mal interpretada como implicando que a responsabilidade humana pelo aquecimento moderno está em algum lugar entre 50% e 100%. Na verdade, como apontou o Dr. Gavin Schmidt da NASA, a melhor estimativa implícita do IPCC era que os humanos eram responsáveis por cerca de 110% do aquecimento observado (variando de 72% a 146%), com fatores naturais isolados levando a um leve resfriamento nos últimos 50 anos.

Da mesma forma, a recente quarta avaliação do clima nacional dos EUA descobriu que entre 93% a 123% do aquecimento observado em 1951-2010 foi devido a atividades humanas.

Estas conclusões levaram a alguma confusão sobre como mais de 100% do aquecimento observado poderia ser atribuído à atividade humana. Uma contribuição humana de mais de 100% é possível porque a mudança climática natural associada aos vulcões e à atividade solar provavelmente teria resultado em um leve resfriamento nos últimos 50 anos, compensando parte do aquecimento associado às atividades humanas.

‘Forças’ que mudam o clima

Os cientistas medem os vários fatores que afetam a quantidade de energia que atinge e permanece no clima da Terra. Eles são conhecidos como “forças radiativas”.

Essas forças incluem gases de efeito estufa, que prendem o calor de saída, aerossóis – tanto de atividades humanas quanto erupções vulcânicas – que refletem a luz solar que entra e influenciam a formação de nuvens, mudanças na produção solar , mudanças na refletividade da superfície da Terra associadas ao uso da terra e muitos outros fatores.

Para avaliar o papel de cada força diferente nas mudanças de temperatura observadas, o Carbon Brief adaptou um modelo estatístico de clima simples desenvolvido pelo Dr. Karsten Haustein e seus colegas da Universidade de Oxford e da Universidade de Leeds. Este modelo encontra a relação entre as forças climáticas humanas e naturais e a temperatura que melhor corresponde às temperaturas observadas, tanto globalmente quanto sobre áreas terrestres.

A figura abaixo mostra o papel estimado de cada força climática diferente na mudança das temperaturas da superfície global desde o início dos registros em 1850 – incluindo gases de efeito estufa (linha vermelha), aerossóis (azul escuro e), uso da terra (azul claro), ozônio (rosa), solar (amarelo) e vulcões (laranja).

Os pontos pretos mostram as temperaturas observadas no projeto de temperatura da superfície da Terra de Berkeley, enquanto a linha cinza mostra o aquecimento estimado a partir da combinação de todos os diferentes tipos de forçantes

A combinação de todas as forças radiativas geralmente combina muito bem com as mudanças de longo prazo nas temperaturas observadas. Existe alguma variabilidade de ano para ano, principalmente de eventos El Niño, que não é impulsionada por mudanças nas forças. Também há períodos de 1900-1920 e 1930-1950 em que alguns desacordos maiores são evidentes entre o aquecimento projetado e o observado, tanto neste modelo simples quanto em modelos climáticos mais complexos.

O gráfico destaca que, de todos as forças radiativas analisadas, apenas os aumentos nas emissões de gases de efeito estufa produzem a magnitude do aquecimento experimentado nos últimos 150 anos.

Se apenas as emissões de gases de efeito estufa estivessem aquecendo o planeta, esperaríamos ver cerca de um terço a mais de aquecimento do que realmente ocorreu.

Então, quais papéis todos os outros fatores desempenham?

O aquecimento extra dos gases de efeito estufa está sendo compensado pelo dióxido de enxofre e outros produtos da combustão de combustíveis fósseis que formar aerossóis atmosféricos. Os aerossóis na atmosfera refletem a radiação solar que chega de volta ao espaço e aumentam a formação de nuvens altas e reflexivas, resfriando a Terra.

O ozônio é um gás de efeito estufa de vida curta que retém o calor que sai e aquece a Terra. O ozônio não é emitido diretamente, mas é formado quando o metano, o monóxido de carbono, os óxidos de nitrogênio e os compostos orgânicos voláteis se decompõem na atmosfera. Aumentos no ozônio são diretamente atribuíveis às emissões humanas desses gases.

Na alta atmosfera, as reduções no ozônio associadas aos clorofluorcarbonos (CFCs) e outros halocarbonos que destroem a camada de ozônio tiveram um efeito de resfriamento modesto. Os efeitos líquidos das mudanças combinadas do ozônio atmosférico inferior e superior aqueceram modestamente a Terra em alguns décimos de grau.

Mudanças na forma como a terra é usada alteram a refletividade da superfície da Terra. Por exemplo, substituir uma floresta por um campo geralmente aumenta a quantidade de luz solar refletida de volta para o espaço, particularmente em regiões com neve. O efeito líquido do clima das mudanças no uso da terra desde 1850 é um resfriamento modesto.

Os vulcões têm um efeito de resfriamento de curto prazo no clima devido à injeção de aerossóis de sulfato na alta estratosfera, onde podem permanecer no ar por alguns anos, refletindo a luz solar que entrava de volta ao espaço. No entanto, quando os sulfatos voltam para a superfície, o efeito de resfriamento dos vulcões desaparece. A linha laranja mostra o impacto estimado dos vulcões no clima, com grandes picos descendentes em temperaturas de até 0,4 C associadas a grandes erupções.

Finalmente, a atividade solar é medida por satélites nas últimas décadas e estimada com base na contagem de manchas solares em um passado mais distante. A quantidade de energia solar que chega à Terra flutua modestamente em um ciclo de cerca de 11 anos. Tem havido um ligeiro aumento na atividade solar geral desde 1850, mas a quantidade de energia solar adicional que chega à Terra é pequena em comparação com outras forças radiativas examinadas.

Nos últimos 50 anos, a energia solar atingiu o Na verdade, a Terra diminuiu ligeiramente, enquanto as temperaturas aumentaram dramaticamente.

Forças humanas correspondem ao aquecimento observado

A precisão deste modelo depende da precisão das estimativas de forçamento radiativo. Alguns tipos de forçantes radiativos, como o das concentrações atmosféricas de CO2, podem ser medidos diretamente e têm incertezas relativamente pequenas. Outros, como aerossóis, estão sujeitos a incertezas muito maiores devido à dificuldade de medir com precisão seus efeitos na formação de nuvens.

Eles são contabilizados na figura abaixo, que mostra forçantes naturais combinados (linha azul) e forçamentos humanos (linha vermelha) e as incertezas que o modelo estatístico associa a cada um. Essas áreas sombreadas são baseadas em 200 estimativas diferentes de forçantes radiativas, incorporando pesquisas que tentam estimar uma faixa de valores para cada uma. As incertezas nos fatores humanos aumentam após 1960, impulsionadas em grande parte pelos aumentos nas emissões de aerossol após esse ponto.

No geral, o aquecimento associado a todas as forças humanas concorda muito bem com o aquecimento observado, mostrando que cerca de 104% do total desde o início do período “moderno” em 1950 vem de atividades humanas (e 103% desde 1850), valor semelhante ao informado pelo IPCC.Forças naturais combinadas mostram um resfriamento modesto, principalmente impulsionado por erupções vulcânicas.

O modelo estatístico simples usado para esta análise por Carbon Brief difere de modelos climáticos muito mais complexos geralmente usados por cientistas para avaliar a impressão digital humana no aquecimento . Os modelos climáticos não simplesmente “ajustam” as forças às temperaturas observadas. Os modelos climáticos também incluem variações na temperatura ao longo do espaço e do tempo e podem ser responsáveis por diferentes eficácias das forças radiativas em diferentes regiões da Terra.

No entanto, Ao analisar o impacto de diferentes forçantes nas temperaturas globais, os modelos climáticos complexos geralmente encontram resultados semelhantes a modelos estatísticos simples. A figura abaixo, do Quinto Relatório de Avaliação do IPCC, mostra a influência de diferentes fatores na temperatura no período de 1950 a 2010. As temperaturas observadas são mostradas em preto, enquanto a soma das forças humanas é mostrada em laranja.

Isso sugere que apenas as forças humanas teriam resultado em aproximadamente 110% do aquecimento observado. O IPCC também incluiu a magnitude estimada da variabilidade interna ao longo desse período nos modelos, que eles sugerem ser relativamente pequena e comparável à das forças naturais.

Como disse a professora Gabi Hegerl da Universidade de Edimburgo ao Carbon Brief : “O relatório do IPCC tem uma estimativa que basicamente diz que o melhor palpite é nenhuma contribuição sem tanta incerteza.”

As áreas de terra estão aquecendo mais rápido

As temperaturas da terra aumentaram consideravelmente mais rápido do que temperaturas médias globais durante o século passado, com temperaturas atingindo cerca de 1,7 ° C acima dos níveis pré-industriais nos últimos anos. O registro da temperatura da terra também é anterior ao registro da temperatura global, embora o período anterior a 1850 esteja sujeito a incertezas.

As forças radiativas humanas e naturais podem ser comparadas às temperaturas da terra usando o modelo estatístico. A magnitude das forças humanas e naturais será um pouco diferente entre a temperatura terrestre e global s. Por exemplo, erupções vulcânicas parecem ter uma influência maior na terra, já que as temperaturas da terra tendem a responder mais rápido a mudanças rápidas nas forçantes.

A figura abaixo mostra a contribuição relativa de cada forçante radiativa diferente para as temperaturas terrestres desde 1750.

A combinação de todas as forçantes geralmente corresponde às temperaturas observadas muito bem, com variabilidade de curto prazo em torno da linha cinza impulsionada principalmente pelo El Niño e eventos La Niña. Há uma variação mais ampla nas temperaturas anteriores a 1850, refletindo as incertezas muito maiores nos registros de observação que remontam.

Ainda há um período por volta de 1930 e 1940 em que as observações excedem o que o modelo prevê, embora o as diferenças são menos pronunciadas do que nas temperaturas globais e a divergência de 1900-1920 está praticamente ausente nos registros de terras.

Erupções vulcânicas no final dos anos 1700 e início dos anos 1800 se destacam nitidamente no registro terrestre. A erupção do Monte Tambora na Indonésia em 1815 pode ter resfriado as temperaturas da terra em massivos 1,5 ° C, embora os registros na época estivessem limitados a partes do Hemisfério Norte e seja, portanto, difícil tirar uma conclusão firme sobre os impactos globais. Em geral, os vulcões parecem resfriar as temperaturas terrestres em quase o dobro das temperaturas globais.

O que pode acontecer no futuro?

O Carbon Brief usou o mesmo modelo para projetar futuras mudanças de temperatura associado a cada fator de forçamento. A figura abaixo mostra observações até 2017, junto com forçamentos radiativos pós-2017 futuros de RCP6.0, um cenário de aquecimento futuro de médio a alto.

Quando fornecido com as forças radiativas para o cenário RCP6.0, o modelo estatístico simples mostra um aquecimento de cerca de 3C em 2100, quase idêntico ao aquecimento médio que modelos climáticos encontram.

Espera-se que o forçamento radiativo futuro de CO2 continue a aumentar se as emissões aumentarem.Os aerossóis, por outro lado, são projetados para atingir os níveis atuais e diminuir significativamente até 2100, impulsionados em grande parte por preocupações com a qualidade do ar. Essa redução de aerossóis aumentará o aquecimento geral, trazendo o aquecimento total de todas as forças radiativas para mais perto do aquecimento dos gases de efeito estufa apenas. Os cenários de RCP não assumem nenhuma erupção vulcânica futura específica, pois o tempo delas é desconhecido, enquanto a produção solar continua seu ciclo de 11 anos.

Esta abordagem também pode ser aplicada às temperaturas da terra, como mostrado na figura abaixo de. Aqui, as temperaturas da terra são mostradas entre 1750 e 2100, com forçantes pós-2017 também de RCP6.0.

Espera-se que a terra aqueça cerca de 30% mais rápido do que o globo como um todo, já que a taxa de aquecimento dos oceanos é amortecida pela absorção do calor do oceano. Isso é visto nos resultados do modelo, onde a terra aquece em cerca de 4C em 2100 em comparação com 3C globalmente no cenário RCP6.0.

Há uma ampla gama de aquecimento futuro possível a partir de diferentes cenários RCP e diferentes valores para a sensibilidade do sistema climático, mas todos mostram um padrão semelhante de diminuição das emissões de aerossóis futuras e um papel maior para forçar os gases de efeito estufa nas temperaturas futuras.

O papel da variabilidade natural

Embora as forças naturais do sol e dos vulcões não pareçam ter um papel importante no aquecimento a longo prazo, também há variabilidade natural associada aos ciclos do oceano e variações na absorção de calor do oceano.

Como a grande maioria dos a energia aprisionada pelos gases de efeito estufa é absorvida pelos oceanos, e não pela atmosfera, as mudanças na taxa de absorção de calor dos oceanos podem ter grandes impactos na temperatura da superfície. Alguns pesquisadores argumentaram que os ciclos multidecadais, como a Oscilação Multidecadal do Atlântico (AMO) e a Oscilação Decadal do Pacífico (PDO), podem desempenhar um papel no aquecimento em escala decadal.

Enquanto fatores humanos explicam tudo isso -termo aquecimento, existem alguns períodos específicos que parecem ter aquecido ou resfriado mais rápido do que pode ser explicado com base em nossas melhores estimativas de forçamento radiativo. Por exemplo, a modesta incompatibilidade entre a estimativa baseada no forçamento radiativo e as observações durante meados de 1900 pode ser uma evidência de um papel para a variabilidade natural durante esse período.

Vários pesquisadores examinaram o potencial para a variação natural variabilidade para impactar as tendências de aquecimento de longo prazo. Eles descobriram que geralmente desempenha um papel limitado. Por exemplo, o Dr. Markus Huber e o Dr. Reto Knutti do Instituto de Ciências Atmosféricas e Climáticas (IAC) em Zurique encontraram uma contribuição máxima possível da variabilidade natural de cerca de 26% (+/- 12%) nos últimos 100 anos e 18% (+/- 9%) nos últimos 50 anos.

Knutti disse ao Carbon Brief:

“Nunca poderemos governar completamente que a variabilidade natural é maior do que pensamos atualmente. Mas esse é um argumento fraco: você pode, é claro, nunca descartar o desconhecido desconhecido. A questão é se há forte, ou mesmo qualquer evidência para isso. E a resposta é não, na minha opinião.

Os modelos obtêm a variabilidade de temperatura de curto prazo aproximadamente certa. Em muitos casos, eles até têm muito. E, a longo prazo, não podemos ter certeza, porque as observações são limitadas. Mas a resposta forçada explica muito as observações, então não há evidências do século 20 de que estamos perdendo algumas ething…

Mesmo se os modelos subestimarem a variabilidade interna por um fator de três, é extremamente improvável que a variabilidade interna pudesse produzir uma tendência tão grande quanto a observada. ”

Da mesma forma, o Dr. Martin Stolpe e colegas, também no IAC, analisaram recentemente a função da variabilidade natural multidecadal nos oceanos Atlântico e Pacífico. Eles descobriram que “menos de 10% do aquecimento global observado durante a segunda metade do século 20 é causado pela variabilidade interna nessas duas bacias oceânicas, reforçando a atribuição da maior parte do aquecimento observado a forças antropogênicas”.

A variabilidade interna provavelmente terá um papel muito maior nas temperaturas regionais. Por exemplo, na produção de períodos excepcionalmente quentes no Ártico e nos EUA na década de 1930. No entanto, seu papel em influenciar mudanças de longo prazo nas temperaturas globais da superfície parece para ser limitado.

Conclusão

Embora existam fatores naturais que afetam o clima da Terra, a influência combinada de vulcões e mudanças na atividade solar teria resultado no resfriamento ao invés do aquecimento do últimos 50 anos.

O aquecimento global testemunhado nos últimos 150 anos corresponde quase perfeitamente ao que se espera das emissões de gases de efeito estufa e de outras atividades humanas, tanto no modelo simples examinado aqui quanto em modelos climáticos mais complexos. A melhor estimativa da contribuição humana para o aquecimento moderno é de cerca de 100%.

Algumas incertezas permanecem devido ao papel da variabilidade natural, mas os pesquisadores sugerem que as flutuações do oceano e fatores semelhantes provavelmente não são a causa de mais do que uma pequena fração do aquecimento global moderno.

Metodologia

O modelo estatístico simples usado neste artigo foi adaptado do Global Warming Index publicado por Haustein et al (2017). Por sua vez, é baseado no modelo de Otto et al (2015).

O modelo estima as contribuições para as mudanças climáticas observadas e remove o impacto das flutuações naturais de ano para ano por uma regressão linear múltipla das temperaturas e respostas estimadas às causas naturais totais e induzidas pelo homem nas mudanças climáticas. As respostas forçantes são fornecidas pelo modelo climático simples padrão fornecido no Capítulo 8 do IPCC (2013), mas o tamanho dessas respostas é estimado pelo ajuste às observações. Os forçamentos são baseados nos valores do IPCC (2013) e foram atualizados para 2017 usando dados da NOAA e ECLIPSE. 200 variações dessas forças foram fornecidas pelo Dr. Piers Forster, da Universidade de Leeds, refletindo a incerteza nas estimativas de força. Uma planilha do Excel contendo o modelo também é fornecida.

O modelo foi adaptado calculando as respostas de força para cada uma das diferentes forças climáticas principais, em vez de simplesmente forças humanas e naturais totais, usando o registro Berkeley da Terra para observações. O tempo de decaimento da resposta térmica usado na conversão de forçantes em respostas de forçante foi ajustado para um ano em vez de quatro anos para forçantes vulcânicas para refletir melhor o tempo de resposta rápido presente nas observações. Os efeitos dos eventos El Niño e La Niña (ENSO) foram removidos das observações usando uma abordagem adaptada de Foster e Rahmstorf (2011) e o índice Kaplan El Niño 3.4 ao calcular a resposta da temperatura vulcânica, como a sobreposição entre vulcões e ENSO de outra forma complica as estimativas empíricas.

A resposta da temperatura para cada forçamento individual foi calculada escalando suas respostas de forçamento pelo total de coeficientes humanos ou naturais do modelo de regressão. O modelo de regressão também foi executado separadamente para as temperaturas do solo. As respostas de temperatura para cada forçamento entre 2018 e 2100 foram estimadas usando dados de forçamento de RCP6.0, normalizados para corresponder à magnitude dos forçamentos observados no final de 2017.

As incertezas na resposta total da temperatura humana e natural total foram estimado usando uma análise de Monte Carlo de 200 séries de forçantes diferentes, bem como as incertezas nos coeficientes de regressão estimados. O código Python usado para executar o modelo foi arquivado no GitHub e está disponível para download.

Os dados observacionais de 2017 mostrados nas figuras são baseados na média dos primeiros 10 meses do ano e provavelmente serão bastante semelhante ao valor anual final.