Atrybucja ostatnich zmian klimatycznych

Zaobserwowana temperatura z NASA w porównaniu ze średnią z lat 1850–1900 używaną przez IPCC jako punkt odniesienia z okresu przedindustrialnego. Głównym czynnikiem wzrostu globalnych temperatur w epoce przemysłowej jest działalność człowieka, a siły natury zwiększają zmienność.
Część serii o
zmianach klimatu
Changes in global surface temperature over the past 170 years (black line) relative to 1850–1900.
Tło
  • atmosferyczny CO2
  • Efekt cieplarniany
  • Emisja gazów cieplarnianych
  • Wylesianie
    		•
    Wpływy
    Łagodzenie
    Dostosowanie
    Społeczeństwo
    Według lokalizacji

    Wysiłki zmierzające do naukowego ustalenia i przypisania mechanizmów odpowiedzialnych za niedawne globalne ocieplenie i związane z nim zmiany klimatyczne na Ziemi wykazały, że głównym czynnikiem napędzającym jest podwyższony poziom gazów cieplarnianych wytwarzanych przez działalność człowieka, przy czym siły natury zwiększają zmienność. Prawdopodobny zakres ocieplenia powietrza na poziomie powierzchni wywołanego przez człowieka w latach 2010–2019 w porównaniu z poziomami z lat 1850–1900 wynosi od 0,8 ° C do 1,3 ° C, przy czym najlepsze oszacowanie to 1,07 ° C. Jest to zbliżone do obserwowanego w tym czasie ogólnego ocieplenia od 0,9 °C do 1,2 °C, podczas gdy zmiany temperatury w tym czasie prawdopodobnie wynosiły tylko ±0,1 °C z powodu naturalnych sił i ±0,2 °C z powodu zmienności klimatu.

    Według Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) w 2021 r. „Nie ulega wątpliwości, że wpływ człowieka ocieplił atmosferę, oceany i lądy od czasów przedindustrialnych”. Badania nad atrybucją koncentrowały się na zmianach obserwowanych w okresie instrumentalnej rejestracji temperatury , zwłaszcza w ciągu ostatnich 50 lat. Jest to okres, w którym działalność człowieka rozwija się najszybciej i dostępne są obserwacje atmosfery nad powierzchnią . Niektóre z głównych działań człowieka, które przyczyniają się do globalnego ocieplenia to:

    Funkcja gęstości prawdopodobieństwa (PDF) ułamka trendów temperatury powierzchni od 1950 r., przypisywanych działalności człowieka, na podstawie IPCC AR5 10,5

    Oprócz działalności człowieka, niektóre naturalne mechanizmy mogą również powodować zmiany klimatu, w tym na przykład oscylacje klimatu , zmiany aktywności słonecznej i aktywność wulkanów .

    Wiele linii dowodów potwierdza przypisanie niedawnej zmiany klimatu działalności człowieka:

    • Fizyczne zrozumienie systemu klimatycznego : stężenie gazów cieplarnianych wzrosło, a ich właściwości rozgrzewające są dobrze ugruntowane .
    • Historyczne szacunki dotyczące przeszłych zmian klimatu sugerują, że ostatnie zmiany globalnej temperatury powierzchni są niezwykłe.
    • Komputerowe modele klimatyczne nie są w stanie odtworzyć obserwowanego ocieplenia, chyba że uwzględni się emisje gazów cieplarnianych przez człowieka.
    • Same siły naturalne (takie jak aktywność słoneczna i wulkaniczna) nie mogą wyjaśnić obserwowanego ocieplenia.

    Przypisanie przez IPCC niedawnego globalnego ocieplenia działalności człowieka odzwierciedla pogląd społeczności naukowej i jest również wspierane przez 196 innych organizacji naukowych na całym świecie. ( Zobacz też: Konsensus naukowy w sprawie zmian klimatu . )

    Tło

    Energia przepływa między przestrzenią, atmosferą i powierzchnią Ziemi. Rosnące poziomy gazów cieplarnianych przyczyniają się do zachwiania równowagi energetycznej o około +0,9 W/m 2 .
    Główny artykuł: Zmiana klimatu § Przyczyny

    Czynniki wpływające na klimat Ziemi można podzielić na wymuszenia , sprzężenia zwrotne i zmiany wewnętrzne . Wymuszanie to coś, co jest narzucane z zewnątrz na system klimatyczny . Wymuszenia zewnętrzne obejmują zjawiska naturalne, takie jak erupcje wulkanów i zmiany mocy słonecznej. Działalność człowieka może również narzucać wymuszenia, na przykład poprzez zmianę składu atmosfery ziemskiej .

    Wymuszanie radiacyjne jest miarą tego, jak różne czynniki zmieniają równowagę energetyczną planety Ziemia. Dodatnie wymuszenie radiacyjne doprowadzi do ocieplenia powierzchni, az czasem do systemu klimatycznego. Od początku rewolucji przemysłowej w 1750 r. do 2005 r. wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze ( wzór chemiczny : CO 2 ) doprowadził do dodatniego wymuszenia radiacyjnego, uśrednionego dla powierzchni Ziemi , o wartości około 1,66 wata na metr kwadratowy (w skrócie Wm -2 ).

    Sprzężenia zwrotne klimatu mogą wzmacniać lub osłabiać reakcję klimatu na dane wymuszenie. Istnieje wiele mechanizmów sprzężenia zwrotnego w systemie klimatycznym, które mogą wzmacniać ( dodatnie sprzężenie zwrotne ) lub zmniejszać ( ujemne sprzężenie zwrotne ) skutki wymuszania zmiany klimatu.

    System klimatyczny będzie się zmieniać w odpowiedzi na zmiany wymuszeń. System klimatyczny będzie wykazywać wewnętrzną zmienność zarówno w obecności, jak i przy braku nałożonych na niego wymuszeń (patrz ilustracje obok). Ta wewnętrzna zmienność jest wynikiem złożonych interakcji między składnikami systemu klimatycznego, takich jak sprzężenie między atmosferą a oceanem (patrz także późniejsza sekcja dotycząca wewnętrznej zmienności klimatu i globalnego ocieplenia ). Przykładem zmienności wewnętrznej jest oscylacja południowa El Niño .

    Wykrywanie a atrybucja

    W wykrywaniu i przypisywaniu czynniki naturalne obejmują zmiany w mocy Słońca i erupcje wulkanów , a także naturalne tryby zmienności, takie jak El Niño i La Niña. Czynniki ludzkie obejmują emisje gazów cieplarnianych i cząstek stałych zatrzymujących ciepło , a także wycinanie lasów i inne zmiany użytkowania gruntów . Źródło rysunku: NOAA NCDC.

    Wykrywanie i przypisywanie sygnałów klimatycznych, a także ich zdroworozsądkowe znaczenie, ma bardziej precyzyjną definicję w literaturze dotyczącej zmian klimatu, wyrażoną przez IPCC. Wykrycie sygnału klimatycznego nie zawsze oznacza znaczącą atrybucję. Czwarty raport oceniający IPCC mówi, że „jest bardzo prawdopodobne , że działalność człowieka wywarła znaczny wpływ na ocieplenie klimatu netto od 1750 r.”, gdzie „bardzo prawdopodobne” oznacza prawdopodobieństwo większe niż 95%. Detekcja sygnału wymaga wykazania, że ​​obserwowana zmiana różni się istotnie statystycznie od tej, którą można wytłumaczyć naturalną zmiennością wewnętrzną.

    Atrybucja wymaga wykazania, że ​​sygnał jest:

    • jest mało prawdopodobne, aby wynikało to wyłącznie z wewnętrznej zmienności;
    • zgodne z oszacowanymi reakcjami na daną kombinację wymuszeń antropogenicznych i naturalnych
    • niespójne z alternatywnymi, fizycznie wiarygodnymi wyjaśnieniami niedawnej zmiany klimatu, które wykluczają ważne elementy danej kombinacji wymuszeń.

    Kluczowe atrybuty

    Gazy cieplarniane

    Zobacz też: Ilustracyjny model wpływu efektu cieplarnianego na zmiany klimatyczne
    Wpływ ocieplenia (nazywany wymuszaniem radiacyjnym ) różnych czynników przyczyniających się do zmiany klimatu w 2011 r., zgodnie z piątym raportem oceniającym IPCC .
    Ocieplający wpływ atmosferycznych gazów cieplarnianych prawie się podwoił od 1979 r., przy czym dominującymi czynnikami są dwutlenek węgla i metan.

    CO 2 jest absorbowany i emitowany w sposób naturalny w ramach obiegu węgla , poprzez oddychanie zwierząt i roślin , erupcje wulkanów oraz wymianę ocean-atmosfera. Działalność człowieka, taka jak spalanie paliw kopalnych i zmiany w użytkowaniu gruntów (patrz poniżej), uwalnia duże ilości węgla do atmosfery, powodując wzrost stężenia CO 2 w atmosferze.

    Precyzyjne pomiary stężenia CO 2 w atmosferze , zainicjowane przez Charlesa Davida Keelinga w 1958 r., stanowią wzorcowe szeregi czasowe dokumentujące zmieniający się skład atmosfery . Dane te mają status ikony w nauce o zmianach klimatu jako dowód wpływu działalności człowieka na skład chemiczny globalnej atmosfery.

    W maju 2019 r. stężenie CO 2 w atmosferze osiągnęło poziom 415 ppm. Ostatni raz osiągnął ten poziom 2,6–5,3 mln lat temu. Bez interwencji człowieka byłoby to 280 ppm.

    Wraz z CO 2 metan iw mniejszym stopniu podtlenek azotu również są głównymi czynnikami powodującymi efekt cieplarniany . Protokół z Kioto wymienia je wraz z wodorofluorowęglowodorami (HFC), perfluorowęglowodorami (PFC) i sześciofluorkiem siarki (SF 6 ), które są całkowicie sztucznymi gazami, jako czynniki przyczyniające się do wymuszania radiacyjnego. Wykres po prawej stronie przypisuje antropogeniczne emisje gazów cieplarnianych do ośmiu głównych sektorów gospodarki, z których największy udział mają elektrownie (z których wiele spala węgiel lub inne paliwa kopalne ), procesy przemysłowe, paliwa transportowe (ogólnie paliwa kopalne ) oraz odpady rolnicze produktów (głównie metan z fermentacji jelitowej i podtlenek azotu ze stosowania nawozów ).

    Para wodna

    Para wodna jest najbardziej rozpowszechnionym gazem cieplarnianym i w największym stopniu przyczynia się do naturalnego efektu cieplarnianego, pomimo krótkiego czasu życia w atmosferze (około 10 dni). Niektóre działania człowieka mogą wpływać na lokalny poziom pary wodnej. Jednak w skali globalnej stężenie pary wodnej jest kontrolowane przez temperaturę, która wpływa na ogólne tempo parowania i opadów . Dlatego na globalne stężenie pary wodnej nie mają istotnego wpływu bezpośrednie emisje człowieka.

    Zagospodarowanie terenu

    Tempo globalnej utraty pokrywy drzewnej w przybliżeniu podwoiło się od 2001 r., osiągając roczną stratę zbliżoną do obszaru wielkości Włoch.
    Skumulowany wkład zmiany użytkowania gruntów w emisje według regionów.

    Zmiany klimatu przypisuje się użytkowaniu gruntów z dwóch głównych powodów. W latach 1750-2007 około dwie trzecie antropogenicznych CO 2 pochodziło ze spalania paliw kopalnych, a około jedna trzecia emisji ze zmian w użytkowaniu gruntów, głównie z wylesiania . Wylesianie zarówno zmniejsza ilość dwutlenku węgla pochłanianego przez wylesione regiony, jak i bezpośrednio uwalnia gazy cieplarniane wraz z aerozolami poprzez często towarzyszące temu spalanie biomasy .

    Czynnikami wpływającymi na zmianę klimatu w użytkowaniu gruntów są czasami pośrednie skutki działalności człowieka. Na przykład słonie w Afryce generalnie chronią wolno rosnące drzewa, które są dobre do sekwestracji dwutlenku węgla. Gwałtownie spadająca populacja słoni, spowodowana drapieżnictwem człowieka, pośrednio prowadzi do tego, że populacja drzew pochłania mniej dwutlenku węgla.

    Drugim powodem, dla którego zmiany klimatyczne zostały przypisane użytkowaniu gruntów, jest to, że ziemskie albedo jest często zmieniane przez użytkowanie, co prowadzi do wymuszania radiacyjnego . Efekt ten jest bardziej znaczący lokalnie niż globalnie.

    Hodowla i użytkowanie gruntów

    Na całym świecie produkcja zwierzęca zajmuje 70% wszystkich gruntów wykorzystywanych do celów rolniczych lub 30% wolnej od lodu powierzchni lądowej Ziemi. Ponad 18% antropogenicznych emisji gazów cieplarnianych przypisuje się działalności hodowlanej i związanej z hodowlą, takiej jak wylesianie i coraz bardziej paliwochłonne praktyki rolnicze. Konkretne przypisania do sektora hodowlanego obejmują:

    Aerozole

    Konsensus naukowy z niemal całkowitą pewnością przypisuje różne formy zmian klimatycznych, głównie efekt chłodzenia, aerozolom , które są małymi cząsteczkami lub kropelkami zawieszonymi w atmosferze. Kluczowe źródła, którym przypisuje się aerozole antropogeniczne, obejmują:

    Atrybucja zmian klimatycznych XX wieku

    Krzywa Keelinga przedstawia długoterminowy wzrost stężenia dwutlenku węgla (CO 2 ) w atmosferze w latach 1958–2018. Miesięczne pomiary CO 2 pokazują sezonowe oscylacje w trendzie wzrostowym. Każdego roku maksimum występuje późną wiosną na północnej .
    CO 2 od 1880 r. Podczas gdy niewiele dyskutuje się, że nadmiar dwutlenku węgla w epoce przemysłowej pochodził głównie ze spalania paliw kopalnych, przyszła siła lądowych i oceanicznych pochłaniaczy dwutlenku węgla jest obszarem badań.
    Wkład w zmiany klimatu w podziale na sektory gospodarki, według raportu IPCC AR5.

    W ciągu ostatnich 150 lat działalność człowieka uwalniała do atmosfery coraz większe ilości gazów cieplarnianych . Doprowadziło to do wzrostu średniej globalnej temperatury lub globalnego ocieplenia . Istotne są również inne skutki dla człowieka — na przykład uważa się, że aerozole siarczanowe mają działanie chłodzące. Przyczyniają się również czynniki naturalne. Zgodnie z historycznym zapisem temperatur z ostatniego stulecia temperatura powietrza przy powierzchni Ziemi wzrosła o około 0,74 ± 0,18°C (1,3 ± 0,32°F).

    Historycznie ważne pytanie w badaniach nad zmianami klimatycznymi dotyczyło względnego znaczenia działalności człowieka i przyczyn nieantropogenicznych w okresie zapisu instrumentalnego . W drugim raporcie oceniającym (SAR) z 1995 r. IPCC wydał szeroko cytowane stwierdzenie, że „Bilans dowodów sugeruje dostrzegalny wpływ człowieka na globalny klimat”. Wyrażenie „bilans dowodów” sugerowało (angielski) standard dowodowy prawa zwyczajowego wymagany w sądach cywilnych, w przeciwieństwie do sądów karnych: nie tak wysoki, jak „ponad uzasadnioną wątpliwość”. W 2001 r. Trzeci raport oceniający (TAR) doprecyzował to, mówiąc: „Istnieją nowe i mocniejsze dowody na to, że większość ocieplenia obserwowanego w ciągu ostatnich 50 lat można przypisać działalności człowieka”. Czwarte sprawozdanie oceniające z 2007 r. (AR4) potwierdziło to ustalenie:

    • „Antropogeniczne ocieplenie systemu klimatycznego jest powszechne i można je wykryć w obserwacjach temperatury prowadzonych na powierzchni, w swobodnej atmosferze i w oceanach. Dowody na wpływ wpływów zewnętrznych, zarówno antropogenicznych, jak i naturalnych, na system klimatyczny są wciąż gromadzone gromadzić od TRA”.

    Inne ustalenia czwartego raportu oceniającego IPCC obejmują:

    • „Jest niezwykle mało prawdopodobne (<5%), aby globalny wzorzec ocieplenia w ciągu ostatniego półwiecza można było wyjaśnić bez zewnętrznego wymuszenia ( tj . tylko znane naturalne przyczyny zewnętrzne. Ocieplenie wystąpiło zarówno w oceanie, jak iw atmosferze i miało miejsce w czasie, gdy naturalne zewnętrzne czynniki wymuszające prawdopodobnie spowodowały ochłodzenie.
    • „Na podstawie nowych szacunków połączonych sił antropogenicznych spowodowanych gazami cieplarnianymi, aerozolami i zmianami powierzchni ziemi jest bardzo prawdopodobne (> 95%), że działalność człowieka wywarła znaczny wpływ na ocieplenie klimatu netto od 1750 r.”
    • „Jest praktycznie pewne , że antropogeniczne aerozole wytwarzają ujemne wymuszenie radiacyjne netto (wpływ chłodzenia) o większej wielkości na półkuli północnej niż na półkuli południowej ”.

    W ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat na powierzchni Ziemi nastąpiło globalne ocieplenie o około 0,65 ° C (1,17 ° F) (patrz historyczne zapisy temperatur ). Wśród możliwych czynników, które mogą powodować zmiany średniej temperatury na świecie, są wewnętrzna zmienność systemu klimatycznego, wymuszenia zewnętrzne, wzrost stężenia gazów cieplarnianych lub dowolna ich kombinacja. Obecne badania wskazują, że wzrost ilości gazów cieplarnianych, w szczególności CO 2 , jest w większości odpowiedzialny za obserwowane ocieplenie. Dowody przemawiające za tym wnioskiem obejmują:

    • Szacunki wewnętrznej zmienności na podstawie modeli klimatycznych i rekonstrukcje temperatur z przeszłości wskazują, że jest mało prawdopodobne, aby ocieplenie było całkowicie naturalne.
    • Modele klimatyczne wymuszone czynnikami naturalnymi oraz zwiększoną emisją gazów cieplarnianych i aerozoli odtwarzają obserwowane globalne zmiany temperatury; te, które są zmuszone wyłącznie przez czynniki naturalne, nie.
    • Metody „odcisków palców” (patrz poniżej ) wskazują, że wzorzec zmian jest bliższy temu oczekiwanemu w przypadku zmian wymuszonych przez gazy cieplarniane niż w przypadku zmian naturalnych.
    • Płaskowyż ocieplenia od lat czterdziestych do sześćdziesiątych XX wieku można w dużej mierze przypisać ochładzaniu aerozolu siarczanowego.

    Szczegóły dotyczące przypisania

    Ostatnie oceny naukowe wykazały, że większość ocieplenia powierzchni Ziemi w ciągu ostatnich 50 lat była spowodowana działalnością człowieka (zob. również rozdział poświęcony literaturze i opinii naukowej ). Wniosek ten opiera się na wielu liniach dowodowych. Podobnie jak „sygnał” ocieplenia, który stopniowo wyłonił się z „szumów” naturalnej zmienności klimatu, naukowe dowody na wpływ człowieka na globalny klimat zgromadziły się w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat z wielu setek badań. Żadne pojedyncze badanie nie jest „ dymiącym pistoletem ”. Żadne pojedyncze badanie ani żadna kombinacja badań nie podważyła również dużej liczby dowodów potwierdzających wniosek, że działalność człowieka jest głównym motorem niedawnego ocieplenia.

    Pierwsza linia dowodów opiera się na fizycznym zrozumieniu, w jaki sposób gazy cieplarniane zatrzymują ciepło, jak system klimatyczny reaguje na wzrost ilości gazów cieplarnianych oraz jak inne czynniki ludzkie i naturalne wpływają na klimat. Druga linia dowodów pochodzi z pośrednich szacunków zmian klimatu w ciągu ostatnich 1000 do 2000 lat. Zapisy te uzyskuje się z organizmów żywych i ich szczątków (takich jak słoje drzew i koralowce ) oraz z wielkości fizycznych ( takich jak stosunek lżejszych i cięższych izotopów tlenu w rdzeniach lodowych ), które zmieniają się w wymierny sposób wraz ze zmianami klimatycznymi. Wniosek płynący z tych danych jest taki, że globalne temperatury powierzchni w ciągu ostatnich kilku dekad są wyraźnie niezwykłe, ponieważ były wyższe niż kiedykolwiek w ciągu co najmniej ostatnich 400 lat. W przypadku półkuli północnej niedawny wzrost temperatury jest wyraźnie niezwykły w ciągu co najmniej ostatnich 1000 lat (patrz wykres obok).

    Trzecia linia dowodów opiera się na szerokiej, jakościowej zgodności między obserwowanymi zmianami klimatu a komputerowymi symulacjami modelowymi tego, jak klimat powinien się zmieniać w odpowiedzi na działalność człowieka. Na przykład, kiedy modele klimatyczne są uruchamiane z historycznym wzrostem gazów cieplarnianych, pokazują stopniowe ocieplenie powierzchni Ziemi i oceanów, wzrost zawartości ciepła w oceanach i temperatury niższych warstw atmosfery, wzrost globalnego poziomu mórz , cofanie się lodu morskiego i pokrywy śnieżnej, ochładzanie stratosfery , wzrost ilości atmosferycznej pary wodnej oraz zmiany wzorców opadów i ciśnienia na dużą skalę . Te i inne aspekty modelowanych zmian klimatycznych są zgodne z obserwacjami.

    Badania „odcisków palców”.


    Górny panel: Zaobserwowana globalna średnia zmiana temperatury (1870-). Panel dolny: Dane z Czwartej Narodowej Oceny Klimatu są łączone w celu wyświetlenia w tej samej skali, aby podkreślić względne siły sił wpływających na zmiany temperatury. Siły spowodowane przez człowieka coraz bardziej dominowały.

    Wreszcie, istnieją obszerne dowody statystyczne z tak zwanych badań „odcisków palców”. Każdy czynnik wpływający na klimat wytwarza unikalny wzorzec reakcji klimatu, podobnie jak każda osoba ma unikalny odcisk palca. Badania odcisków palców wykorzystują te unikalne sygnatury i umożliwiają szczegółowe porównania modelowanych i obserwowanych wzorców zmian klimatu. Naukowcy opierają się na takich badaniach, aby przypisać obserwowane zmiany klimatu określonej przyczynie lub zbiorowi przyczyn. W prawdziwym świecie zmiany klimatu, które nastąpiły od początku rewolucji przemysłowej, są spowodowane złożoną mieszanką przyczyn ludzkich i naturalnych. Znaczenie każdego indywidualnego wpływu w tej mieszaninie zmienia się w czasie. Oczywiście nie ma wielu Ziem, co pozwoliłoby eksperymentatorowi na zmianę jednego czynnika na raz na każdej Ziemi, pomagając w ten sposób wyizolować różne odciski palców. Dlatego modele klimatyczne służą do badania wpływu poszczególnych czynników na klimat. Na przykład pojedynczy czynnik (taki jak gazy cieplarniane) lub zestaw czynników można zmieniać, a zatem można badać reakcję modelowanego systemu klimatycznego na te indywidualne lub połączone zmiany.

    Projekcje te zostały potwierdzone przez obserwacje (pokazane powyżej). Na przykład, gdy symulacje modeli klimatycznych z ostatniego stulecia obejmują wszystkie główne wpływy na klimat, zarówno wywołane przez człowieka, jak i naturalne, mogą odtworzyć wiele ważnych cech zaobserwowanych wzorców zmian klimatycznych. Po usunięciu wpływów człowieka z eksperymentów modelowych wyniki sugerują, że powierzchnia Ziemi w rzeczywistości nieco się ochłodziła w ciągu ostatnich 50 lat. Wyraźny wniosek z badań odcisków palców jest taki, że obserwowanego ocieplenia w ciągu ostatniego półwiecza nie można wytłumaczyć czynnikami naturalnymi, a zamiast tego jest ono spowodowane głównie przez czynniki ludzkie.

    Kolejny odcisk palca wpływu człowieka na klimat został zidentyfikowany poprzez przyjrzenie się warstwom atmosfery i zbadanie schematu zmian temperatury od powierzchni do stratosfery (patrz rozdział dotyczący aktywności słonecznej ) . Najwcześniejsze prace nad odciskami palców koncentrowały się na zmianach temperatury powierzchni i atmosfery. Następnie naukowcy zastosowali metody odcisków palców do całej gamy zmiennych klimatycznych, identyfikując sygnały klimatyczne wywołane przez człowieka w zawartości ciepła w oceanach, wysokości tropopauzy ( granica między troposferą a stratosferą , która przesunęła się w górę o setki stóp w ostatnich dziesięcioleci), wzorce geograficzne opadów, susz, ciśnienia powierzchniowego i spływów z głównych dorzeczy .

    Badania opublikowane po ukazaniu się czwartego raportu oceniającego IPCC w 2007 r. również wykazały obecność ludzkich odcisków palców we zwiększonym poziomie wilgoci atmosferycznej (zarówno przy powierzchni, jak i na całym obszarze atmosfery), w zmniejszaniu się zasięgu lodu morskiego w Arktyce , oraz we wzorcach zmian temperatur powierzchni Arktyki i Antarktydy .

    Przesłanie z całej tej pracy jest takie, że system klimatyczny opowiada spójną historię coraz bardziej dominującego wpływu człowieka – zmiany temperatury, zasięgu lodu, wilgotności i wzorców cyrkulacji pasują do siebie w fizycznie spójny sposób, jak elementy złożonego puzzle.

    Coraz częściej ten rodzaj pracy z odciskami palców przesuwa swój punkt ciężkości. Jak zauważono, jasne i przekonujące dowody naukowe przemawiają za wyraźnym wpływem człowieka na globalny klimat. Obecnie wiele uwagi poświęca się zmianom klimatycznym w skali kontynentalnej i regionalnej oraz zmiennym, które mogą mieć duży wpływ na społeczeństwa. Na przykład naukowcy ustalili związki przyczynowe między działalnością człowieka a zmianami pokrywy śnieżnej , maksymalną i minimalną ( dzienną ) temperaturą oraz sezonowym czasem spływu w regionach górskich zachodnich Stanów Zjednoczonych. Prawdopodobnie działalność człowieka w znacznym stopniu przyczyniła się do zmian temperatury powierzchni oceanów w huraganów . Naukowcy patrzą również poza fizyczny system klimatyczny i zaczynają wiązać zmiany w rozmieszczeniu i sezonowym zachowaniu gatunków roślin i zwierząt z spowodowanymi przez człowieka zmianami temperatury i opadów.

    Przez ponad dekadę jeden aspekt historii zmian klimatu wydawał się wykazywać znaczącą różnicę między modelami a obserwacjami. W tropikach wszystkie modele przewidywały, że wraz ze wzrostem ilości gazów cieplarnianych troposfera będzie się ocieplać szybciej niż powierzchnia. Obserwacje z balonów meteorologicznych, satelitów i termometrów powierzchniowych wydawały się wykazywać odwrotne zachowanie (szybsze ocieplenie powierzchni niż troposfery). Kwestia ta była przeszkodą w zrozumieniu przyczyn zmian klimatycznych. Obecnie jest to w dużej mierze rozwiązane. satelity i balonu pogodowego były bardzo niepewne . Gdy niepewności w modelach i obserwacjach są odpowiednio uwzględnione, nowsze zestawy danych obserwacyjnych (z lepszym traktowaniem znanych problemów) są zgodne z wynikami modeli klimatycznych.

    Nie oznacza to jednak, że wszystkie pozostałe różnice między modelami i obserwacjami zostały rozwiązane. Zaobserwowane zmiany niektórych zmiennych klimatycznych, takich jak lód morski w Arktyce, niektóre aspekty opadów i wzorce ciśnienia powierzchniowego, wydają się przebiegać znacznie szybciej niż przewidywały modele. Przyczyny tych różnic nie są dobrze poznane. Niemniej jednak ostatecznym wnioskiem płynącym z odcisków palców klimatu jest to, że większość obserwowanych do tej pory zmian jest zgodna ze sobą, a także z naszym naukowym zrozumieniem, w jaki sposób system klimatyczny powinien reagować na wzrost temperatury zatrzymując gazy powstające w wyniku działalności człowieka.

    Ekstremalne zjawiska pogodowe

    refer to caption
    Częstość występowania (oś pionowa) lokalnych anomalii temperatury w okresie czerwiec–lipiec–sierpień (w stosunku do średniej z lat 1951–1980) dla lądu półkuli północnej w jednostkach lokalnego odchylenia standardowego (oś pozioma). Według Hansena i in. (2012) rozkład anomalii przesunął się w prawo w wyniku globalnego ocieplenia, co oznacza, że ​​niezwykle gorące lata stały się bardziej powszechne. Jest to analogiczne do rzutu kostką: chłodne lata obejmują teraz tylko połowę jednej strony sześciościennej kostki, biel pokrywa jedną stronę, czerwień cztery, a wyjątkowo gorąca (czerwono-brązowa) anomalia pokrywa połowę strona.
    Ta sekcja jest fragmentem Extreme Event Attribution .
    Atrybucja zdarzeń ekstremalnych , znana również jako nauka o atrybucji, to stosunkowo nowa dziedzina badań w meteorologii i klimatologii , która próbuje zmierzyć, w jaki sposób trwająca zmiana klimatu bezpośrednio wpływa na ostatnie ekstremalne zjawiska pogodowe. Nauka o atrybucji ma na celu ustalenie, które z ostatnich wydarzeń można wyjaśnić lub powiązać z ocieplającą się atmosferą, a które nie wynikają po prostu z naturalnych zmian .

    Literatura naukowa i opinie

    Główny artykuł: Konsensus naukowy w sprawie zmian klimatu
    Konsensus naukowy w sprawie związku przyczynowego: akademickie badania naukowego porozumienia w sprawie globalnego ocieplenia spowodowanego przez człowieka wśród ekspertów ds. klimatu (2010–2015) odzwierciedlają, że poziom konsensusu koreluje z wiedzą specjalistyczną w dziedzinie nauk o klimacie. Badanie z 2019 roku wykazało, że konsensus naukowy wynosi 100%, a badanie z 2021 roku wykazało, że konsensus przekroczył 99%. Inne badanie z 2021 r. wykazało, że 98,7% ekspertów ds. klimatu wskazało, że Ziemia ociepla się głównie z powodu działalności człowieka.

    Istnieje wiele przykładów opublikowanego i nieformalnego poparcia dla poglądu konsensusu. Jak wspomniano wcześniej, IPCC doszedł do wniosku, że większość obserwowanego globalnego wzrostu średnich temperatur od połowy XX wieku jest „bardzo prawdopodobna” w wyniku działalności człowieka. Wnioski IPCC są zgodne z wnioskami z kilku raportów sporządzonych przez amerykańską Narodową Radę ds. Badań Naukowych . W raporcie opublikowanym w 2009 roku przez amerykański program badań nad zmianami globalnymi stwierdzono, że „[globalne] ocieplenie jest jednoznaczne i przede wszystkim spowodowane przez człowieka”. Szereg organizacji naukowych wydało oświadczenia potwierdzające konsensus:

    • Esej z 2004 roku w Science przeanalizował 928 abstraktów związanych ze zmianami klimatycznymi i stwierdził, że większość doniesień w czasopismach zaakceptowała konsensus .
    • wspólne oświadczenie złożone w 2005 r. przez krajowe akademie nauk G8 oraz Brazylię, Chiny i Indie ;
    • wspólne oświadczenie złożone w 2008 r. przez Sieć Afrykańskich Akademii Nauk .
    • Artykuł z 2010 roku w Proceedings of the National Academy of Sciences wykazał, że spośród około 1000 badaczy, którzy pracują bezpośrednio nad kwestiami klimatycznymi i najczęściej publikują na ten temat, 97% zgadza się, że zachodzą antropogeniczne zmiany klimatu.
    • Artykuł z 2011 roku z George Mason University opublikowany w International Journal of Public Opinion Research , „The Structure of Scientific Opinion on Climate Change”, zebrał opinie naukowców zajmujących się Ziemią, kosmosem, atmosferą, oceanami lub hydrologią. 489 respondentów ankiety — co stanowi prawie połowę wszystkich osób kwalifikujących się zgodnie z określonymi standardami ankiety — pracuje w środowisku akademickim, rządowym i przemysłowym oraz jest członkami czołowych organizacji zawodowych. Badanie wykazało, że 97% z 489 ankietowanych naukowców zgodziło się, że globalne temperatury wzrosły w ciągu ostatniego stulecia. Co więcej, 84% zgodziło się, że obecnie następuje „wywołane przez człowieka ocieplenie cieplarniane”. Tylko 5% nie zgodziło się z poglądem, że działalność człowieka jest istotną przyczyną globalnego ocieplenia.

    Badania detekcji i atrybucji

    Refer to caption
    Ten obraz przedstawia trzy przykłady wewnętrznej zmienności klimatu mierzonej w latach 1950-2012: El Niño – oscylacja południowa, oscylacja arktyczna i oscylacja północnoatlantycka .

    W Czwartym Raporcie Oceniającym IPCC (2007) stwierdzono, że możliwe jest przypisanie szeregu obserwowanych zmian klimatu (patrz skutki globalnego ocieplenia ). Jednak przypisanie okazało się trudniejsze w przypadku oceny zmian w mniejszych regionach (mniej niż w skali kontynentu) iw krótkich okresach czasu (mniej niż 50 lat). W większych regionach uśrednianie zmniejsza naturalną zmienność klimatu, ułatwiając wykrywanie i przypisywanie.

    • W 1996 roku w artykule w Nature zatytułowanym „Poszukiwanie wpływu człowieka na strukturę termiczną atmosfery” Benjamin D. Santer i in. napisał: „Obserwowane wzorce przestrzenne zmian temperatury w wolnej atmosferze w latach 1963-1987 są podobne do tych przewidywanych przez najnowocześniejsze modele klimatyczne uwzględniające różne kombinacje zmian stężenia dwutlenku węgla, antropogenicznego aerozolu siarczanowego i stratosferycznego ozonu. Stopień podobieństwa wzorców między modelami i obserwacjami wzrasta w tym okresie. Jest prawdopodobne, że trend ten jest częściowo spowodowany działalnością człowieka, chociaż pozostaje wiele niepewności, szczególnie w odniesieniu do szacunków naturalnej zmienności”.
    • Artykuł z 2002 roku w Journal of Geophysical Research mówi: „Nasza analiza sugeruje, że ocieplenie z początku XX wieku można najlepiej wytłumaczyć kombinacją ocieplenia spowodowanego wzrostem emisji gazów cieplarnianych i siłami natury, pewnym ochłodzeniem spowodowanym innymi czynnikami antropogenicznymi oraz znaczną , ale nie jest to nieprawdopodobne, wkład wewnętrznej zmienności. W drugiej połowie stulecia stwierdziliśmy, że ocieplenie jest w dużej mierze spowodowane zmianami gazów cieplarnianych, przy czym zmiany w siarczanach i być może aerozolu wulkanicznym kompensują około jednej trzeciej ocieplenia.
    • Przegląd badań wykrywania i atrybucji z 2005 roku przeprowadzony przez International Ad hoc Detection and Attribution Group wykazał, że „naturalne czynniki, takie jak zmienność słoneczna i aktywność wulkaniczna, są co najwyżej częściowo odpowiedzialne za zmiany temperatury na dużą skalę obserwowane w ciągu ostatniego stulecia i że znaczną część ocieplenia w ciągu ostatnich 50 lat można przypisać wzrostowi emisji gazów cieplarnianych. Tak więc ostatnie badania potwierdzają i wzmacniają wniosek zawarty w trzecim raporcie oceniającym IPCC, że „większość globalnego ocieplenia w ciągu ostatnich 50 lat jest prawdopodobnie spowodowana wzrostem w gazach cieplarnianych”.
    • Barnett i współpracownicy (2005) twierdzą, że obserwowanego ocieplenia oceanów „nie można wytłumaczyć naturalną wewnętrzną zmiennością klimatu ani wymuszaniem słonecznym i wulkanicznym, ale jest ono dobrze symulowane przez dwa antropogenicznie wymuszone modele klimatyczne”, stwierdzając, że „jest to spowodowane przez człowieka, wniosek odporny na obserwacyjne pobieranie próbek i różnice w modelach”.
    • Dwa artykuły w czasopiśmie Science z sierpnia 2005 r. rozwiązują problem, widoczny w czasach TAR, dotyczący trendów temperatur w troposferze (zobacz także sekcję dotyczącą badań „odcisków palców” ). Wersja zapisu w UAH zawierała błędy, aw zapisie radiosondy istnieją dowody na fałszywe trendy ochładzania, szczególnie w tropikach. zobacz satelitarne pomiary temperatury ; oraz raport US CCSP z 2006 roku.
    • Wielokrotne niezależne rekonstrukcje zapisu temperatury z ostatnich 1000 lat potwierdzają, że koniec XX wieku jest prawdopodobnie najcieplejszym okresem w tym czasie (patrz poprzedni rozdział - szczegóły dotyczące atrybucji ).

    Aktywność słoneczna

    The graph shows the solar irradiance without a long-term trend. The 11-year solar cycle is also visible. The temperature, in contrast, shows an upward trend.
    Natężenie promieniowania słonecznego (żółty) wykreślone z temperaturą (czerwony) od 1880 roku.
    Modelowana symulacja wpływu różnych czynników (w tym gazów cieplarnianych, promieniowania słonecznego) pojedynczo i łącznie, pokazująca w szczególności, że aktywność słoneczna powoduje niewielkie i prawie równomierne ocieplenie, w przeciwieństwie do tego, co obserwujemy.

    Maksimum plam na Słońcu występuje, gdy pole magnetyczne Słońca załamuje się i odwraca w ramach jego przeciętnego 11-letniego cyklu słonecznego (22 lata dla całkowitego przywrócenia z północy na północ).

    Klimatolodzy przyjrzeli się roli Słońca w ostatnich zmianach klimatycznych. Od 1978 r. promieniowanie słoneczne jest mierzone przez satelity znacznie dokładniej niż było to możliwe wcześniej z powierzchni. Pomiary te wskazują, że całkowite natężenie promieniowania słonecznego Słońca nie wzrosło od 1978 r., więc ocieplenia w ciągu ostatnich 30 lat nie można bezpośrednio przypisać wzrostowi całkowitej energii słonecznej docierającej do Ziemi (patrz wykres powyżej, po lewej). W ciągu trzech dekad od 1978 roku połączenie aktywności słonecznej i wulkanicznej prawdopodobnie miało niewielki wpływ na ochłodzenie klimatu.

    Modele klimatyczne zostały wykorzystane do zbadania roli Słońca w ostatnich zmianach klimatu. Modele nie są w stanie odtworzyć gwałtownego ocieplenia obserwowanego w ostatnich dziesięcioleciach, jeśli biorą pod uwagę jedynie zmiany całkowitego natężenia promieniowania słonecznego i aktywności wulkanicznej. Modele są jednak w stanie symulować obserwowane XX-wieczne zmiany temperatury, jeśli uwzględniają wszystkie najważniejsze czynniki zewnętrzne, w tym wpływy człowieka i siły natury. Jak już stwierdzono, Hegerl i in. (2007) doszli do wniosku, że wymuszanie emisji gazów cieplarnianych „z dużym prawdopodobieństwem” spowodowało większość obserwowanego globalnego ocieplenia od połowy XX wieku. Dochodząc do tego wniosku, Hegerl i in. (2007) dopuszczają możliwość niedoszacowania w modelach klimatycznych wpływu wymuszania słonecznego.

    Rola aktywności słonecznej w zmianach klimatu została również obliczona w dłuższych okresach przy użyciu „zastępczych” zestawów danych, takich jak słoje drzew . Modele wskazują, że wymuszenia słoneczne i wulkaniczne mogą wyjaśniać okresy względnego ciepła i zimna między rokiem 1000 a 1900 ne, ale do odtworzenia ocieplenia z końca XX wieku potrzebne są wymuszenia wywołane przez człowieka.

    Kolejny dowód na to, że słońce spowodowało niedawne zmiany klimatu, pochodzi z obserwacji zmian temperatur na różnych poziomach ziemskiej atmosfery.

    Modele i obserwacje (patrz rysunek powyżej, w środku) pokazują, że gaz cieplarniany powoduje ocieplenie dolnej atmosfery na powierzchni (zwanej troposferą ) , ale ochłodzenie górnej atmosfery (zwanej stratosferą ) . Zubożenie warstwy ozonowej przez chemiczne czynniki chłodnicze spowodowało również efekt chłodzenia w stratosferze. Gdyby Słońce było odpowiedzialne za obserwowane ocieplenie, można by się spodziewać ocieplenia troposfery na powierzchni i ocieplenia w górnej części stratosfery, ponieważ zwiększona aktywność słoneczna uzupełniłaby ozon i tlenki azotu . Stratosfera ma odwrotny gradient temperatury niż troposfera, więc gdy temperatura troposfery ochładza się wraz z wysokością, stratosfera rośnie wraz z wysokością. Komórki Hadleya to mechanizm, dzięki któremu ozon wytwarzany w równiku w tropikach (najwyższy obszar promieniowania UV w stratosferze) przemieszcza się na biegun. Globalne modele klimatyczne sugerują, że zmiana klimatu może rozszerzyć komórki Hadleya i popchnąć strumień odrzutowy na północ, rozszerzając w ten sposób region tropików i powodując ogólnie cieplejsze i bardziej suche warunki na tych obszarach.

    Poglądy bez konsensusu

    Zobacz też: Negowanie zmian klimatu i atmosfery pozaziemskie

    Habibullo Abdussamatov (2004), kierownik badań kosmicznych w Obserwatorium Astronomicznym Pułkowo w Petersburgu w Rosji, argumentował, że Słońce jest odpowiedzialne za ostatnio obserwowane zmiany klimatu. Dziennikarze źródeł wiadomości canada.com (Solomon, 2007b), National Geographic News (Ravilious, 2007) i LiveScience (Than, 2007) donieśli o historii ocieplenia na Marsie . W artykułach tych cytowano Abdussamatowa. Stwierdził, że ocieplenie na Marsie jest dowodem na to, że globalne ocieplenie na Ziemi jest spowodowane zmianami na Słońcu.

    Ravilious (2007) zacytował dwóch naukowców, którzy nie zgadzali się z Abdussamatovem: Amato Evana, klimatologa z University of Wisconsin-Madison w USA, oraz Colina Wilsona, fizyka planetarnego z Oxford University w Wielkiej Brytanii. Według Wilsona „Wahania na orbicie Marsa są główną przyczyną zmian klimatu w obecnej erze” (patrz także wymuszanie orbitalne ). Than (2007) zacytował Charlesa Longa, fizyka klimatu z Pacific Northwest National Laboratories w USA, który nie zgadzał się z Abdussamatovem.

    Than (2007) wskazał na pogląd Benny'ego Peisera , antropologa społecznego z Liverpool John Moores University w Wielkiej Brytanii. W swoim biuletynie Peiser zacytował blog, który komentował ocieplenie obserwowane na kilku ciałach planetarnych w Układzie Słonecznym . Należą do nich księżyc Neptuna Tryton , Jowisz , Pluton i Mars. W e-mailowym wywiadzie dla Thana (2007) Peiser stwierdził, że:

    „Myślę, że to intrygujący zbieg okoliczności, że trendy ocieplenia zaobserwowano na wielu bardzo różnych ciałach planetarnych w naszym Układzie Słonecznym (...) Być może to tylko przypadek”.

    Than (2007) dostarczył alternatywnych wyjaśnień, dlaczego ocieplenie wystąpiło na Trytonie, Plutonie, Jowiszu i Marsie.

    Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (US EPA, 2009) odpowiedziała na publiczne komentarze dotyczące przypisania zmian klimatu. Wielu komentatorów argumentowało, że niedawne zmiany klimatu można przypisać zmianom natężenia promieniowania słonecznego. Według US EPA (2009) ta atrybucja nie została poparta przez większość literatury naukowej . Powołując się na prace IPCC (2007), US EPA wskazała na niski udział promieniowania słonecznego w wymuszaniu radiacyjnym od początku rewolucji przemysłowej w 1750 r. W tym okresie (1750 do 2005 r.) szacowany udział promieniowania słonecznego na wymuszenie radiacyjne wynosiło 5% wartości połączonego wymuszenia radiacyjnego z powodu wzrostu stężenia atmosferycznego dwutlenku węgla, metanu i podtlenku azotu (patrz wykres obok).

    Wpływ promieni kosmicznych

    Henrik Svensmark zasugerował, że magnetyczna aktywność Słońca odchyla promienie kosmiczne i że może to wpływać na powstawanie jąder kondensacji chmur , a tym samym mieć wpływ na klimat. Witryna ScienceDaily poinformowała o badaniu z 2009 r., które dotyczyło wpływu ziemskiego pola magnetycznego na zmiany klimatu w przeszłości. Geofizyk Mads Faurschou Knudsen, który jest współautorem badania, stwierdził, że wyniki badania potwierdzają teorię Svensmarka. Autorzy badania przyznali również, że CO 2 odgrywa ważną rolę w zmianach klimatycznych.

    Konsensus w sprawie promieni kosmicznych

    Pogląd, że promienie kosmiczne mogą zapewnić mechanizm, za pomocą którego zmiany aktywności słonecznej wpływają na klimat, nie znajduje poparcia w literaturze. Salomon i in. (2007) stwierdzają:

    [..] szeregi czasowe promieniowania kosmicznego nie wydają się odpowiadać globalnemu całkowitemu zachmurzeniu po 1991 r. ani globalnemu zachmurzeniu niskiego poziomu po 1994 r. Wraz z brakiem udowodnionego mechanizmu fizycznego i prawdopodobieństwem innych czynników sprawczych wpływających na zmiany w zachmurzeniu powoduje to, że związek między galaktycznymi zmianami wywołanymi promieniowaniem kosmicznym w aerozolu a formowaniem się chmur jest kontrowersyjny

    Badania przeprowadzone przez Lockwooda i Fröhlicha (2007) oraz Sloana i Wolfendale'a (2008) nie wykazały związku między ociepleniem w ostatnich dziesięcioleciach a promieniowaniem kosmicznym. Pierce i Adams (2009) wykorzystali model do symulacji wpływu promieni kosmicznych na właściwości chmur. Doszli do wniosku, że hipotetyczny wpływ promieni kosmicznych był zbyt mały, aby wyjaśnić niedawne zmiany klimatyczne. Pierce i Adams (2009) zauważyli, że ich odkrycia nie wykluczają możliwego związku między promieniowaniem kosmicznym a zmianami klimatycznymi i zalecili dalsze badania.

    Erlykin i in. (2009) stwierdzili, że dowody wykazały, że powiązania między zmianami słonecznymi a klimatem były raczej pośredniczone przez bezpośrednie zmiany nasłonecznienia niż przez promienie kosmiczne, i doszli do wniosku: „Stąd w ramach naszych założeń wpływ zmiennej aktywności słonecznej, albo przez bezpośrednie napromieniowania słonecznego lub przez zmienne natężenie promieniowania kosmicznego, musi być mniejsze niż 0,07°C od 1956 r., czyli mniej niż 14% obserwowanego globalnego ocieplenia”. Carslaw (2009) i Pittock (2009) dokonali przeglądu najnowszej i historycznej literatury w tej dziedzinie i nadal stwierdzają, że związek między promieniami kosmicznymi a klimatem jest wątły, chociaż zachęcają do dalszych badań. US EPA (2009) skomentowała badania przeprowadzone przez Duplissy i in. (2009):

    Eksperymenty CLOUD w CERN są interesującymi badaniami, ale nie dostarczają rozstrzygających dowodów na to, że promienie kosmiczne mogą służyć jako główne źródło zasiewania chmur . Wstępne wyniki eksperymentu (Duplissy i in., 2009) sugerują, że chociaż istniały pewne dowody na zarodkowanie za pośrednictwem jonów, w przypadku większości obserwowanych zdarzeń zarodkowania wkład procesów jonowych wydawał się niewielki. Eksperymenty te wykazały również trudności w utrzymaniu wystarczająco czystych warunków i stabilnych temperatur, aby zapobiec fałszywym wybuchom aerozolu. Nic nie wskazuje na to, że wcześniejsze eksperymenty Svensmark mogły nawet odpowiadać kontrolowanym warunkom eksperymentu CERN. Stwierdzamy, że wyniki Svensmark dotyczące zasiewania chmur nie zostały jeszcze wykazane, aby były solidne lub wystarczające, aby istotnie zmienić wnioski z literatury oceniającej, zwłaszcza biorąc pod uwagę obfitość najnowszej literatury, która jest sceptyczna co do powiązania promieniowania kosmicznego z klimatem

    Zobacz też

    Notatki

    Źródła należące do domeny publicznej

    Linki zewnętrzne

    Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Attribution_of_recent_climate_change&oldid=1140933422 ”