Amploarea contribuției umane la încălzirea globală modernă este un subiect puternic dezbătut în cercurile politice, în special în SUA.

În timpul unei recente audieri a Congresului, Rick Perry, secretarul energetic al SUA, a remarcat că „să mă ridic în picioare și să spunem că 100% din încălzirea globală se datorează activității umane, cred că pe fața sa, este doar nedefenabil „.

Cu toate acestea, știința privind contribuția umană la încălzirea modernă este destul de clară. Emisiile și activitățile umane au cauzat aproximativ 100% din încălzirea observată din 1950, potrivit Grupului interguvernamental pentru schimbări climatice (IPCC) ) al cincilea raport de evaluare.

Aici Carbon Brief examinează modul în care fiecare dintre factorii majori care afectează clima Pământului ar influența temperaturile izolat – și modul în care efectele combinate ale acestora prevăd aproape perfect modificările pe termen lung ale temperaturii globale.

Analiza Carbon Brief o găsește la:

• Din 1850, aproape toată încălzirea pe termen lung poate fi explicată prin emisiile de gaze cu efect de seră și alte activități umane.
• Dacă numai emisiile de gaze cu efect de seră ar încălzi planeta , ne-am aștepta să vedem aproximativ o treime mai multă încălzire decât a avut loc de fapt. Acestea sunt compensate prin răcirea de la aerosolii atmosferici produși de om.
• Se preconizează că aerosolii vor scădea semnificativ până în 2100, aducând încălzirea totală de la toți factorii mai aproape de încălzirea numai din gazele cu efect de seră.
• Naturale variabilitatea climatului Pământului este puțin probabil să joace un rol major în încălzirea pe termen lung.

Animație de Rosamund Pearce pentru Carbon Brief. Imagini prin intermediul Stock Photo Stock.

Câtă încălzire este cauzată de oameni?

În al cincilea raport de evaluare din 2013, IPCC a declarat în rezumatul său pentru factorii de decizie politică că este „extrem de probabil ca mai mult de jumătate din creșterea observată a temperaturii medii globale a suprafeței ”din 1951 până în 2010 a fost cauzată de activitatea umană. Prin„ extrem de probabil ”, a însemnat că există o probabilitate între 95% și 100% ca mai mult de jumătate din încălzirea modernă să fie datorită oamenilor.

Această afirmație oarecum complicată a fost deseori interpretată greșit ca implicând că responsabilitatea umană pentru încălzirea modernă se situează undeva între 50% și 100%. De fapt, după cum a subliniat doctorul Gavin Schmidt de la NASA, cea mai bună presupunere a IPCC a fost că oamenii au fost responsabili pentru aproximativ 110% din încălzirea observată (variind de la 72% la 146%), cu factori naturali în izolare care duc la o ușoară răcire peste în ultimii 50 de ani.

În mod similar, recenta a patra evaluare națională a climei din SUA a constatat că între 93% și 123% din încălzirea observată în 1951-2010 s-a datorat activităților umane.

Aceste concluzii au dus la o oarecare confuzie cu privire la modul în care mai mult de 100% din încălzirea observată ar putea fi atribuită activității umane. O contribuție umană mai mare de 100% este posibilă, deoarece schimbările climatice naturale asociate vulcanilor și activității solare ar fi condus cel mai probabil la o ușoară răcire în ultimii 50 de ani, compensând o parte din încălzirea asociată cu activitățile umane.

„Forțări” care schimbă clima

Oamenii de știință măsoară diferiții factori care afectează cantitatea de energie care ajunge și rămâne în climatul Pământului. Acestea sunt cunoscute sub numele de „forțaje radiative”.

Aceste forțări includ gaze cu efect de seră, care captează căldura ieșită, aerosoli – atât din activitățile umane, cât și din erupțiile vulcanice – care reflectă lumina soarelui care intră și influențează formarea norilor, modificările producției solare. , modificări ale reflectivității suprafeței Pământului asociate cu utilizarea terenului și mulți alți factori.

Pentru a evalua rolul fiecărei forțări diferite în modificările de temperatură observate, Carbon Brief a adaptat un model de climat statistic simplu dezvoltat de Dr. Karsten Haustein și colegii săi de la Universitatea din Oxford și Universitatea din Leeds. Acest model găsește relația dintre forțările climatice umane și naturale și temperatura care se potrivesc cel mai bine la temperaturile observate, atât la nivel global, cât și în zonele terestre.

Figura de mai jos arată rolul estimat al diferitelor forțe climatice în schimbarea temperaturilor globale la suprafață de când au început înregistrările în 1850 – inclusiv gaze cu efect de seră (linia roșie), aerosoli (albastru închis) e), utilizarea terenului (albastru deschis), ozon (roz), solar (galben) și vulcani (portocaliu).

Punctele negre arată temperaturile observate din proiectul de temperatură a suprafeței Pământului Berkeley, în timp ce linia gri arată încălzirea estimată din combinația tuturor diferitelor tipuri de forțări

Combinația tuturor forțelor radiative se potrivește, în general, destul de bine cu modificările pe termen lung ale temperaturilor observate. Există o anumită variabilitate de la an la an, în primul rând din evenimentele El Niño, care nu este determinată de schimbările forțelor. Există, de asemenea, perioade din anii 1900-1920 și 1930-1950 în care unele dezacorduri mai mari sunt evidente între încălzirea proiectată și observată, atât în acest model simplu, cât și în modelele climatice mai complexe.

Graficul evidențiază faptul că, dintre toate forțele radiative analizate, doar creșterile emisiilor de gaze cu efect de seră produc magnitudinea încălzirii experimentate în ultimii 150 de ani.

Dacă numai emisiile de gaze cu efect de seră ar încălzi planeta, ne-am aștepta să vedem aproximativ o treime mai multă încălzire decât a avut loc de fapt.

Deci, ce rol joacă toți ceilalți factori?

Încălzirea suplimentară a gazelor cu efect de seră este compensată de dioxidul de sulf și alte produse de combustie fosilă care formează aerosoli atmosferici. Aerosolii din atmosferă reflectă radiațiile solare primite înapoi în spațiu și cresc formarea norilor înalți, reflectanți, răcind Pământul.

Ozonul este un gaz cu efect de seră de scurtă durată care captează căldura ieșită și încălzește Pământul. Ozonul nu este emis direct, ci se formează atunci când metanul, monoxidul de carbon, oxizii de azot și compușii organici volatili se descompun în atmosferă. Creșterile ozonului sunt direct atribuibile emisiilor umane ale acestor gaze.

În atmosfera superioară, reducerile de ozon asociate cu clorofluorocarburi (CFC) și alte halocarburi care epuizează stratul de ozon au avut un efect de răcire modest. Efectele nete ale modificărilor combinate ale ozonului atmosferic inferior și superior au încălzit modest Pământul cu câteva zecimi de grad.

Modificările modului de utilizare a pământului modifică reflectivitatea suprafeței Pământului. De exemplu, înlocuirea unei păduri cu un câmp va crește, în general, cantitatea de lumină solară reflectată înapoi în spațiu, în special în regiunile cu zăpadă. Efectul climatic net al schimbărilor de utilizare a terenului începând cu 1850 este o răcire modestă.

Vulcanii au un efect de răcire pe termen scurt asupra climei datorită injecției lor de aerosoli sulfatici în stratosferă, unde pot rămâne în aer de câțiva ani, reflectând lumina soarelui înapoi în spațiu. Cu toate acestea, odată ce sulfații se îndreaptă înapoi la suprafață, efectul de răcire al vulcanilor dispare. Linia portocalie arată impactul estimat al vulcanilor asupra climei, cu vârfuri mari în jos la temperaturi de până la 0,4C asociate cu erupții majore.

În cele din urmă, activitatea solară este măsurată de sateliți în ultimele decenii și estimată pe baza numărului de pete solare din trecutul mai îndepărtat. Cantitatea de energie care ajunge pe Pământ de la soare fluctuează modest pe un ciclu de aproximativ 11 ani. A existat o ușoară creștere a activității solare globale din anii 1850, dar cantitatea de energie solară suplimentară care ajunge pe Pământ este mică în comparație cu alte forțaje radiative examinate.

În ultimii 50 de ani, energia solară a atins Pământul a scăzut ușor, în timp ce temperaturile au crescut dramatic.

Forțele umane se potrivesc încălzirii observate

Acuratețea acestui model depinde de acuratețea estimărilor forțării radiative. Unele tipuri de forțare radiativă, de exemplu, din concentrațiile atmosferice de CO2 pot fi măsurate direct și au incertitudini relativ mici. Alții, cum ar fi aerosolii, sunt supuși unor incertitudini mult mai mari din cauza dificultății de a măsura cu precizie efectele lor asupra formării norilor.

Acestea sunt prezentate în figura de mai jos, care prezintă forțări naturale combinate (linia albastră) și forțele umane (linia roșie) și incertitudinile pe care modelul statistic le asociază cu fiecare. Aceste zone umbrite se bazează pe 200 de estimări diferite ale forțelor radiative, încorporând cercetări care încearcă să estimeze o gamă de valori pentru fiecare. Incertitudinile privind factorii umani cresc după 1960, determinate în mare parte de creșterea emisiilor de aerosoli după acel moment.

În general, încălzirea asociată cu toate forțările umane este destul de bine cu încălzirea observată, arătând că aproximativ 104% din total de la începutul perioadei „moderne” în 1950 provine din activități umane (și 103% din 1850), care este similară cu valoarea raportată de IPCC.Forțele naturale combinate arată o răcire modestă, în primul rând determinată de erupții vulcanice.

Modelul statistic simplu utilizat pentru această analiză de Carbon Brief diferă de modelele climatice mult mai complexe utilizate în general de oamenii de știință pentru a evalua amprenta umană la încălzire. . Modelele climatice nu se potrivesc pur și simplu forțelor la temperaturile observate. Modelele climatice includ, de asemenea, variații ale temperaturii în spațiu și timp și pot explica diferitele eficacități ale forțelor radiative în diferite regiuni ale Pământului.

Cu toate acestea, atunci când se analizează impactul diferitelor forțări asupra temperaturilor globale, modelele climatice complexe găsesc, în general, rezultate similare cu modelele statistice simple.Figura de mai jos, din al cincilea raport de evaluare al IPCC, arată influența diferiților factori asupra temperaturii pentru perioada 1950 – 2010. Temperaturile observate sunt afișate în negru, în timp ce suma forțelor umane este prezentată în portocaliu.

Acest lucru sugerează că forțările umane ar fi avut ca rezultat aproximativ 110% din încălzirea observată. IPCC a inclus, de asemenea, magnitudinea estimată a variabilității interne în acea perioadă în modele, pe care le sugerează că este relativ mică și comparabilă cu cea a forțelor naturale.

După cum spune prof. Gabi Hegerl de la Universitatea din Edinburgh, Carbon Brief : „Raportul IPCC are o estimare care, în principiu, spune că cea mai bună presupunere nu este o contribuție, cu o incertitudine nu prea mare.”

Zonele terestre se încălzesc mai repede

Temperaturile solului s-au încălzit considerabil mai repede decât temperaturile medii globale din ultimul secol, cu temperaturi de peste 1,7C peste nivelurile preindustriale din ultimii ani. Înregistrarea temperaturii terenului se întoarce, de asemenea, în timp decât înregistrarea temperaturii globale, deși perioada anterioară anului 1850 este mult mai mare incertitudini.

Atât forțele radiative umane, cât și cele naturale pot fi asortate cu temperaturile solului folosind modelul statistic. Magnitudinea forțărilor umane și naturale va diferi puțin între temperatura solului și cea globală s. De exemplu, erupțiile vulcanice par să aibă o influență mai mare asupra uscatului, deoarece temperaturile solului vor răspunde mai repede la schimbările rapide ale forțelor.

Figura de mai jos arată contribuția relativă a fiecărui forțare radiativă diferită la temperaturile solului. începând cu 1750.

Combinația tuturor forțelor se potrivește, în general, cu temperaturile observate destul de bine, cu variabilitate pe termen scurt în jurul liniei gri condusă în principal de El Niño și evenimente La Niña. Există o variație mai largă a temperaturilor înainte de 1850, reflectând incertitudinile mult mai mari din înregistrările de observație care se află în trecut.

Există încă o perioadă în jurul anilor 1930 și 1940 în care observațiile depășesc ceea ce prezice modelul, deși diferențele sunt mai puțin pronunțate decât la temperaturile globale, iar divergența 1900-1920 este în mare parte absentă în evidențele funciare.

Erupțiile vulcanice de la sfârșitul anilor 1700 și începutul anilor 1800 se remarcă brusc în evidența funciară. Erupția Muntelui Tambora din Indonezia în 1815 ar fi putut să răcească temperaturile solului cu o temperatură masivă de 1,5C, deși înregistrările de la acea vreme erau limitate la părți ale emisferei nordice și, prin urmare, este greu de tras o concluzie fermă cu privire la impacturile globale. În general, vulcanii par să răcească temperaturile solului de aproape două ori mai mult decât temperaturile globale.

Ce se poate întâmpla în viitor?

Carbon Brief a folosit același model pentru a proiecta schimbările de temperatură viitoare asociat cu fiecare factor de forțare. Figura de mai jos prezintă observații până în 2017, împreună cu forțările radiative viitoare post-2017 de la RCP6.0, un scenariu de încălzire viitoare mediu-înalt.

Când este furnizat cu forțele radiative pentru scenariul RCP6.0, modelul statistic simplu arată încălzirea în jurul valorii de 3C până în 2100, aproape identică cu încălzirea medie pe care modelele climatice descoperă.

Forțarea radiativă viitoare din CO2 este de așteptat să crească în continuare dacă cresc emisiile.Pe de altă parte, se preconizează că aerosolii vor atinge vârful la nivelurile actuale și vor scădea semnificativ până în 2100, determinat în mare parte de îngrijorările legate de calitatea aerului. Această reducere a aerosolilor va spori încălzirea generală, aducând încălzirea totală din toate forțele radiative, mai aproape de încălzirea numai din gazele cu efect de seră. Scenariile RCP nu presupun nicio erupție vulcanică specifică în viitor, deoarece calendarul acestora este incognoscibil, în timp ce producția solară continuă ciclul său de 11 ani.

Această abordare poate fi aplicată și temperaturilor solului, așa cum se arată în figură de mai jos. Aici, temperaturile terenului sunt afișate între 1750 și 2100, cu forțări post-2017 și de la RCP6.0.

Se așteaptă ca pământul să se încălzească cu aproximativ 30% mai repede decât globul în ansamblu, deoarece rata de încălzire a oceanelor este amortizată de absorbția căldurii oceanelor. Acest lucru este văzut în rezultatele modelului, unde terenul se încălzește cu aproximativ 4C până în 2100 comparativ cu 3C la nivel global în scenariul RCP6.0.

Există o gamă largă de încălzire viitoare posibilă din diferite scenarii RCP și valori diferite pentru sensibilitatea sistemului climatic, dar toate arată un model similar de scădere a emisiilor viitoare de aerosoli și un rol mai mare pentru forțarea gazelor cu efect de seră la temperaturile viitoare.

Rolul variabilității naturale

În timp ce forțările naturale de la sol și vulcani nu par să joace un rol important în încălzirea pe termen lung, există, de asemenea, variabilitatea naturală asociată cu ciclurile oceanice și variațiile de absorbție a căldurii oceanice.

Deoarece marea majoritate a energia captată de gazele cu efect de seră este absorbită mai degrabă de oceane decât de atmosferă, modificările ratei de absorbție a căldurii oceanice pot avea impacturi mari asupra temperaturii suprafeței. Unii cercetători au susținut că ciclurile multidecadale, cum ar fi oscilația multidecadală atlantică (AMO) și oscilația decadică a Pacificului (DOP), pot juca un rol în încălzirea la scară decenală.

În timp ce factorii umani explică tot timpul -încălzire la termen, există unele perioade specifice care par să se fi încălzit sau răcit mai repede decât se poate explica pe baza celor mai bune estimări ale forțării radiative. De exemplu, nepotrivirea modestă dintre estimarea bazată pe forțare radiativă și observațiile de la mijlocul anilor 1900 ar putea fi dovada unui rol pentru variabilitatea naturală în acea perioadă.

Un număr de cercetători au examinat potențialul de variabilitatea de a avea impact asupra tendințelor de încălzire pe termen lung. Au descoperit că, în general, joacă un rol limitat. De exemplu, dr. Markus Huber și dr. Reto Knutti de la Institutul pentru științe atmosferice și climatice (IAC) din Zurich au găsit o contribuție maximă posibilă a variabilității naturale de aproximativ 26% (+/- 12%) în ultimii 100 de ani și 18% (+/- 9%) în ultimii 50 de ani.

Knutti spune Carbon Brief:

„Nu putem niciodată să guvernăm complet Afirmați că variabilitatea naturală este mai mare decât credem în prezent. Dar acesta este un argument slab: nu puteți, desigur, să excludeți niciodată necunoscutul necunoscut. Întrebarea este dacă există dovezi puternice sau chiar vreo dovadă. Și răspunsul este nu, în opinia mea.

Modelele obțin variabilitatea temperaturii pe termen scurt aproximativ corectă. În multe cazuri, chiar au prea multe. Și pe termen lung, nu putem fi siguri, deoarece observațiile sunt limitate. Dar răspunsul forțat explică destul de mult observațiile, deci nu există dovezi din secolul al XX-lea că ne lipsesc som ething …

Chiar dacă s-a constatat că modelele subestimează variabilitatea internă cu un factor de trei, este extrem de puțin probabil ca variabilitatea internă să producă o tendință la fel de mare ca cea observată. ”

În mod similar, dr. Martin Stolpe și colegii săi, de asemenea la IAC, au analizat recent rolul de variabilitate naturală multidecadală atât în oceanele Atlanticului, cât și în Oceanul Pacific. Ei au descoperit că „mai puțin de 10% din încălzirea globală observată în a doua jumătate a secolului al XX-lea este cauzată de variabilitatea internă în aceste două bazine oceanice, consolidând atribuirea majorității încălzirii observate forțelor antropice”.

Variabilitatea internă va avea probabil un rol mult mai mare la temperaturile regionale. De exemplu, în producerea perioadelor neobișnuit de calde în Arctica și SUA în anii 1930. Cu toate acestea, apare rolul său în influențarea modificărilor pe termen lung ale temperaturilor globale ale suprafeței să fie limitat.

Concluzie

Deși există factori naturali care afectează clima Pământului, influența combinată a vulcanilor și modificările activității solare ar fi dus la răcire și nu la încălzire peste ultimii 50 de ani.

Încălzirea globală din ultimii 150 de ani se potrivește aproape perfect cu ceea ce se așteaptă din emisiile de gaze cu efect de seră și din alte activități umane, atât în modelul simplu examinat aici, cât și în modelele climatice mai complexe. Cea mai bună estimare a contribuției umane la încălzirea modernă este de aproximativ 100%.

O anumită incertitudine rămâne din cauza rolului variabilității naturale, dar cercetătorii sugerează că fluctuațiile oceanelor și factori similari sunt puțin probabil să fie cauza mai multor decât o mică fracțiune din încălzirea globală modernă.

Metodologie

Modelul statistic simplu utilizat în acest articol este adaptat din Indexul de încălzire globală publicat de Haustein și colab. (2017). La rândul său, se bazează pe modelul Otto et al (2015).

Modelul estimează contribuțiile la schimbările climatice observate și elimină impactul fluctuațiilor naturale de la an la an printr-o regresie liniară multiplă temperaturile și răspunsurile estimate la factorii naturali total induși de om și la totalul schimbărilor climatice. Răspunsurile forțate sunt furnizate de modelul climatic simplu standard dat în capitolul 8 din IPCC (2013), dar dimensiunea acestor răspunsuri este estimată prin potrivirea observațiilor. Forțările se bazează pe valorile IPCC (2013) și au fost actualizate până în 2017 folosind datele de la NOAA și ECLIPSE. 200 de variante ale acestor forțări au fost furnizate de Dr. Piers Forster de la Universitatea din Leeds, reflectând incertitudinea în forțarea estimărilor. De asemenea, este furnizată o foaie de calcul Excel care conține modelul lor.

Modelul a fost adaptat prin calcularea răspunsurilor de forțare pentru fiecare dintre diferitele forțări climatice majore, mai degrabă decât forțări umane și naturale totale, folosind înregistrarea Berkeley Earth pentru observații. Timpul de descompunere a răspunsului termic utilizat în conversia forțelor în răspunsurile forțate a fost ajustat la un an mai degrabă decât la patru ani pentru forțările vulcanice pentru a reflecta mai bine timpul de răspuns rapid prezent în observații. Efectele evenimentelor El Niño și La Niña (ENSO) au fost eliminate din observații folosind o abordare adaptată din Foster și Rahmstorf (2011) și indicele Kaplan El Niño 3.4 la calcularea răspunsului la temperatură vulcanică, deoarece suprapunerea dintre vulcani și ENSO altfel complică estimările empirice.

Răspunsul la temperatură pentru fiecare forțare individuală a fost calculat prin scalarea răspunsurilor de forțare a acestora la coeficienții umani sau naturali totali din modelul de regresie. Modelul de regresie a fost, de asemenea, rulat separat pentru temperaturile terenului. Răspunsurile la temperatură pentru fiecare forțare între 2018 și 2100 au fost estimate folosind datele de forțare de la RCP6.0, normalizate pentru a se potrivi cu magnitudinea forțelor observate la sfârșitul anului 2017.

Incertitudinile în răspunsul total la temperatura umană și totală au fost estimată utilizând o analiză Monte Carlo a 200 de serii de forțare diferite, precum și incertitudinile în coeficienții de regresie estimate. Codul Python utilizat pentru a rula modelul este arhivat cu GitHub și disponibil pentru descărcare.

Datele observaționale din 2017 prezentate în cifre se bazează pe media primelor 10 luni ale anului și este probabil să fie destul de similar cu valoarea anuală finală.