Fyfe et al. o spowolnieniu globalnego ocieplenia

March 23, 2016

|

W swoim tekście o prawdzie naukowej i rzekomych oszustwach klimatologów prof. Turski wspomniał o opublikowanym niedawno w Nature Climate Change artykule “Making sense of the early-2000s warming slowdown”. Artykuł ten, autorstwa kilkunastu naukowców z USA, Kanady, Wielkiej Brytanii, Australii i Japonii, jest po części podsumowaniem badań dotyczących przyczyn spowolnienia wzrostu temperatur w ostatnich kilkunastu latach, a po części próbą uporządkowania chaosu terminologicznego panującego w literaturze przedmiotu i polemiką z niektórymi pojawiającymi się w niej tezami.

Na początek obrazek.

Miesięczne anomalie temperatury globalnej w seriach obserwacyjnych Met Office i NOAA.

Wykresy przedstawiają zmiany temperatury planety w ujęciu miesięcznym, według analiz dwóch ośrodków klimatologicznych: amerykańskiej NOAA NCEI, oraz brytyjskiej Met Office. “Spowolnienie” (hiatus, slowdown, etc.) wokół którego toczy się dyskusja omawiana w artykule Fyfe et al. [1] dotyczy okresu początku XXI wieku – choć precyzyjna definicja zależała od tego, jak kto sobie wybierał punkty początkowe i końcowe.

W szerszym kontekście, u źródeł dyskusji o “zatrzymanie globalnego ocieplenia” leży problem oszacowania czułości systemu klimatycznego na wymuszenia radiacyjne. Na przykład: o ile podniesie się średnia temperatura planety, jeśli zwiększymy dwukrotnie koncentrację dwutlenku węgla w atmosferze? I w jakim tempie ten wzrost temperatury nastąpi?

Ponieważ stan atmosfery jest z jednej strony zależny od warunków początkowych (czyli, mówiąc obrazowo: pogoda jest chaotyczna), a z drugiej silnie ograniczony warunkami brzegowymi (czyli: klimat jest przewidywalny), zachowanie takiego indeksu jak średnia globalna temperatura jest kombinacją sygnału i szumu. Więcej na ten temat pisałem niedawno w blognotce o atrybucji globalnego ocieplenia, więc tutaj tylko przypomnę że sygnałem jest wieloletni trend, będący konsekwencją stopniowego wzmacniania efektu cieplarnianego, a szum to naturalna zmienność klimatyczna wynikająca z interakcji pomiędzy oceanami i amosferą.

Z tego też powodu nie spodziewamy się, że ocieplenie spowodowane wzrostem zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze będzie przebiegać w jednostajnym tempie. Dla przykładu, 26 lat temu IPCC tak pisało o tym w swoim pierwszym raporcie [2]

Because of long-period couplings between different components of the climate system, for example between ocean and atmosphere, the Earth’s climate would still vary without being perturbed by any external influences. This natural variability could act to add to, or subtract from, any human-made warming, on a century time-scale this would be less than changes expected from greenhouse gas increases.

Gdybyśmy zatem obserwowali ocieplający się klimat przez kilka, czy kilkanaście dedad, możemy oczekiwać że mniej więcej połowa krótkoterminowych trendów temperatury będzie miała niższą wartość niż trend długoterminowy, oraz że niektóre krótkoterminowe trendy będą miały wartość bliską zeru, albo nawet ujemną. Graficzny przykład syntetycznej serii o własnościach podobnych do indeksów temperatury globalnej pokazuję poniżej: linia czerwona to trend długoterminowy o wartości 0,75 °C na stulecie, linie niebieskie to trendy 15-letnie, z których około 12% ma wartości ujemne.

Oczywiście, im większa wariancja serii w stosunku do wartości trendu długoterminowego, i im krótszy rozpatrywany okres, tym większy rozrzut wartości trendów. Spowolnienie globalnego ocieplenia nie jest zatem istotne samo w sobie, tylko w odniesieniu do naszych oczekiwań, dotyczących zarówno amplitudy naturalnej zmienności klimatycznej, jak i spodziewanego wzrostu temperatur wynikającego z wzrostu zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze.

Oczekiwania te formułuujemy między innymi w oparciu o przewidywania modeli systemu ziemskiego, zwanych popularnie modelami klimatu. Jeden z typów symulacji polega na wystartowaniu modelu w stanie “przedindustrialnym” (odpowiadającym przełomowi XVIII i XIX wieku), po czym pozwala mu się swobodnie reagować, przez kolejnych kilkaset lat, na zmiany składu atmosfery, a także inne czynniki jak deforestacja i wymuszona ludzką działalnością zmiana pokrywy roślinnej planety, oraz takie naturalne zjawiska jak wybuchy wulkanów, wahania aktywności słonecznej czy powolne zmiany orbity Ziemi.

Ponieważ modele klimatu generują własną, syntetyczną pogodę, więc symulowane przez nie ocieplenie w XX i XXI wieku też nie przebiega w jednakowym tempie. Przypomnę obrazek który już kiedyś pokazywałem, demonstrujący obecności kilkunastoletnich okresów spowolnionego ocieplenia albo wręcz ochłodzenia, nałożonych na długoterminowy trend wzrostowy.

Kolor szary – 10 symulacji eksperymentu Hist + RCP 4.5 australijskiego modelu CSIRO-Mk3.6.0. Kolorem niebieskim zaznaczono te przebiegi modelu (pomiędzy rokiem 1994 a 2085), w których trend temperatur globalnych był niższy niż 0,10°C na dekadę przez co najmniej 16 lat. Kolor pomarańczowy to 5 serii analiz historycznych zmian temperatury globalnej: Met Office, NOAA NCEI, Cowtana i Waya, Berkeley Earth i NASA GISS.

Przy pomocy modeli klimatu możemy wielokrotnie, z nieznacznie zmienionymi warunkami początkowymi, zasymulować zmiany klimatu w XX i poczatku XXI wieku, po czym ocenić na ile nasz model zgodny jest z obserwacjami, to znaczy z jakim prawdopodobieństwem trendy zaobserwowane mogą pochodzić z rozkładu wygenerowanego przez model.11 Nie różni się to zbytnio od zwykłych testów hipotez statystycznych, tyle że zamiast modelu statystycznego używamy modelu fizycznego do zbadania własności rozkładu.

Problem spowolnienia ocieplenia dotyczył jednak nie tylko zgodności pomiędzy przewidywaniami teoretycznymi a obserwacjami, ale przede wszystkim jego fizycznych przyczyn. Nawet jeśli modele klimatu generowałyby krótkoterminowe trendy temperatur o wartościach zbliżonych do zera, albo ujemnych, wciąż interesowałoby nas dlaczego tak się dzieje. Odpowiedź “to tylko naturalna zmienność klimatu” przestała naukowcom wystarczać kilkanaście lat temu.

Tak się bowiem szczęśliwie złożyło, że akurat w tym czasie klimatolodzy uzyskali dostęp do narzędzi umożliwiających dokładniejsze zbadania tej kwestii: większe wiązki symulacji, pozwalające na lepszą charakteryzację zmienności klimatycznej; nowe typy eksperymentów numerycznych, tak zwanych prognoz dekadowych, w których modele są inicjalizowane ze stanu zbliżonego do rzeczywistego; oraz nowe dane obserwacyjne oceanów i atmosfery.

Jaki jest więc werdykt Johna Fyfe i jego współautorów, którzy w ciągu ostatnich kilku lat zajmowali się tym ciekawem problemem badawczym, i w sumie opublikowali kilkanaście artykułów dotyczących spowolnienia ocieplenia?

A large body of scientific evidence — amassed before and since the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC AR5) — indicates that the so-called surface warming slowdown, also sometimes referred to in the literature as the hiatus, was due to the combined effects of internal decadal variability and natural forcing (volcanic and solar) superimposed on human-caused warming. Given the intense political and public scrutiny that global climate change now receives, it has been imperative for scientists to provide a timely explanation of the warming slowdown, and to place it in the context of ongoing anthropogenic warming. Despite recently voiced concerns, we believe this has largely been accomplished.

O niektórych z tych badań już kiedyś pisałem, więc tylko przypomnę najważniejsze z nich.

1. Kilka grup naukowców niezależnie wykazało [3], że sposób konstrukcji najbardziej popularnych serii temperatury globalnej zaniża rzeczywiste tempo ocieplenia. Główną tego przyczyną było niewystarczające pokrycie obserwacjami obszarów położonych na wysokich szerokościach geograficznych, które z powodu zjawiska “polarnego wzmocnienia” ocieplały się znacznie szybciej niż średnia globalna. Ocieplenie zaniżały też nieuwzględnione wcześniej zmiany metod pomiaru temperatury oceanów przez statki [4].

2. Ze względu na instytucjonalną inercję charakteryzującą każdą dziedzinę nauki, większość symulacji historycznej zmiany klimatu przeprowadzanych w ramach projektu CMIP5 kończyła się w roku 2005,44 Eksperymenty historicalExt obejmujące okres do roku 2012 były opcjonalną częścią projektu CMIP5. więc późniejsze lata pochodzić musiały z prognoz opartych o scenariusze RCP. Jedną z tego konsekwencji było to, że ostatnią erupcją wulkaniczną w tych sumulacjach była Mt Pinatubo z 1991 roku, a aktywność słoneczna na trochę wyższym poziomie niż rzeczywisty. Oba czynniki skutkowały zawyżoną wartością wymuszeń radiacyjnych i w konsekwencji nieco szybszym tempem ocieplenia [5].

3. Pomiary temperatur głębin oceanicznych przez boje programu Argo zademonstrowały, że w okresie spowolnienia ocieplenia na powierzchni planety system klimatyczny wciąż akumulował energię [6]; udało się też wykazać, że wiąże się to z wzmocnioną cyrkulacją równoleżnikową atmosfery nad tropikalnym Pacyfikiem [7].

Ten ostatni fakt oznaczał, że spowolnienie ocieplenia nie będzie trwało wiecznie. W styczniu 2014 roku magazyn Nature, podsumowując dotychczasowy stan badań zacytował między innymi prorocze słowa Kevina Trenbertha:

At present, strong tropical trade winds are pushing ever more warm water westward towards Indonesia, fuelling storms such as November’s Typhoon Haiyan, and nudging up sea levels in the western Pacific; they are now roughly 20 centimetres higher than those in the eastern Pacific. Sooner or later, the trend will inevitably reverse. “You can’t keep piling up warm water in the western Pacific,” Trenberth says. “At some point, the water will get so high that it just sloshes back.” And when that happens, if scientists are on the right track, the missing heat will reappear and temperatures will spike once again.

I to się właśnie zdarzyło rok temu, kiedy nadeszło El Niño którego skutki wciąż możemy obserwować.

Tyle część przeglądowa artykułu Fyfe et al, pora przejść do cześci polemicznej. W “Prawdzie naukowej” prof. Turski streszczał ją następująco:

Od wielu lat chłopcami do bicia byli ci badacze, którzy zwrócili uwagę na fakt, że globalne ocieplenie w ciągu kilkunastu ostatnich lat zwolniło tempo i to pomimo istotnego wzrostu emisji gazów cieplarnianych. Gigant badawczy NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) w USA i naukowcy z nim związani nie szczędzili środków, by udowodnić, delikatnie mówiąc, nicość intelektualną tych, którzy o tym spowolnieniu ośmielali się mówić i pisać. Tuż przed ostatnim wystąpieniem prezydenta Obamy na konferencji klimatycznej w Paryżu czołowy ekspert NOAA opublikował artykuł miażdżący zwolenników spowolnienia. 26 lutego 2016 r. na łamach elektronicznego wydania najmodniejszego czasopisma naukowego Nature, w jego części Climate Change, ukazała się publikacja 11 autorów, w tym samego Michaela E. Manna, zatytułowana Próba zrozumienia spowolnienia ocieplenia w początkach lat 2000. Artykuł ten przyznaje rację sponiewieranym moralnie autorom tezy o spowolnieniu, przyznaje, że jest ono znaczące i że jego związek z emisją gazów cieplarnianych powinien być dogłębniej zbadany.

Ze sformułowań użytych przez prof. Turskiego wynika że nie czytał żadnego z artykułów, które przywołuje, przypominam, jako dowód oszustw popełnianych przez klimatologów. Praca Fyfe et al. nie ukazała się na łamach tygodnika Nature, tylko miesięcznika Nature Climate Change, które jest osobnym czasopismem NPG, oddzielnie indeksowanym, i z własnym impact factorem.55 Co łatwo odkryć jeśli się ma subskrypcję na Nature, ale już nie na inne czasopisma NPG. Artykuł Karla et al. [4] nie został opublikowany “tuż przed ostatnim wystąpieniem prezydenta Obamy na konferencji klimatycznej w Paryżu”, tylko pół roku wcześniej.66 A jego rękopis wysłano do Science rok wcześniej.

Nie do końca rozumiem też, jakich “sponiewieranych moralnie autorów” ma na myśli prof. Turski, skoro, jak mowa w samym artykule Fyfe et al., ten problem badawczy był omawiany w literaturze naukowej od roku 2009, a jego bibliografia liczona jest w dziesiątkach artykułów.

Być może prof. Turski sugeruje, że “artykuł ten przyznaje rację” pseudonaukowej publicystyce, którą można było spotkać w prasie codziennej i masowych mediach, a w której utrzymywano, że “globalne ocieplenie skończyło się w roku 1998” (2006, emerytowany geolog Bob Carter), że pierwszych oznak nadchodzącej epoki lodowej należy oczekiwać już w latach 2012-2015 (2008, emerytowany radiolog Zbigniew Jaworowski), albo że “do roku 2030 czeka nas globalne ochłodzenie” (2010, emerytowany geolog Don Easterbrook).77 Z tej trójki tylko Easterbrook dożył falsyfikacji swojej prognozy.

Jeśli tak, to w kwestii oceny tych twierdzeń nic się nie zmieniło: były one bzdurne 10 czy 6 lat temu, i wciąż pozostają bzdurami.88 Np. nawet już pomijając to, że absurdem było przedstawianie trendu 8-letniego jako dowodu na to że globalne ocieplenie się skończyło, w okresie o którym pisał Bob Carter jego wartość była dodatnia i wynosiła około 0,16 °C na dekadę.

Fyfe z kolegami czynią natomiast następujące dwie uwagi:

1. Polemizując z analizą Lewandowskiego, Risbey i Oreskes [8] wskazują, że nawet jeśli spowolnienie ocieplenia z początku XXI wieku jest podobne do wcześniejszych wahań dekadowych trendów temperatury, różni się od nich tym, że jego przyczyną jest przede wszystkim niewymuszona zmienność klimatu, a nie np. antropogeniczne aerozole siarczane, jak w latach 1950-tych i 1960-tych.

2. Z podobnych przyczyn wniosek Karla et al. [4], że w latach 2000-2014 Ziemia ocieplała się w podobnym tempie co wcześniej w latach 1950-1999, mimo że prawdziwy z czysto statystycznego punktu widzenia, jest mylący tego względu, że oba okresy różnią się tempem przyrostu antropogenicznego wymuszenia radiacyjnego (a zatem i spodziewanego ocieplenia). Bardziej odpowiednim dla porównań byłby późniejszy okres 1972-2001, kiedy już wdrożono w krajach zachodnich programy ochrony jakości powietrza, wskutek czego ilość związków siarki uwalnianych do atmosfery przestała przyrastać, i wyraźniejszy stał się wpływ gazów cieplarnianych na klimat. Przy takim porównaniu, trend temperatur z początku XXI wieku jest wyraźnie niższy99 Ale nie “znacząco różny” w sensie statystycznym. od tego z trzech poprzedzających dekad, z powodów wymienionych powyżej.

Zmiany średniej temperatury globalnej według danych NOAA NCEI. Kolorem szarym zaznaczono trendy 15-letnie, inne kolory dotyczą okresów wymienionych w tekście. Zaznaczono też prawdopodobny zakres wartości anomalii temperatury która zostanie osiągnięta w roku 2016.

Tam gdzie prof. Turski widzi oszustwa klimatologów, naukowcy na których się powołuje dostrzegają raczej ciekawy problem badawczy

We do not believe that warming has ceased, but we consider the slowdown to be a recent and visible example of a basic science question that has been studied for at least twenty years: what are the signatures of (and the interactions between) internal decadal variability and the responses to external forcings, such as increasing GHGs or aerosols from volcanic eruptions?

dodając, że badania nad “spowolnieniem” zwiększyła naszą wiedzę o naturalnej zmienności klimatycznej

Research into the nature and causes of the slowdown has triggered improved understanding of observational biases, radiative forcing and internal variability. This has led to widespread recognition that
modulation by internal variability is large enough to produce a significantly reduced rate of surface temperature increase for a decade or even more — particularly if internal variability is augmented by the externally driven cooling caused by a succession of volcanic eruptions. The legacy of this new understanding will certainly outlive the recent warming slowdown.

Niestety, osobnym, i nierozwiązanym jeszcze problemem, jest spowodowanie by osoby, które tak jak prof. Turski zabierają autorytatywnie głos w temacie globalnego ocieplenia, zechciały się najpierw z tym dorobkiem badawczym klimatologii zapoznać.

Przypisy

1. Fyfe, et al. (2016), “Making sense of the early-2000s warming slowdown”, Nature Climate Change 6, 224–228 (link).
2. IPCC (1990), “Policymakers Summary”, Report prepared for Intergovernmental Panel on Climate Change by Working Group I, xxvii, (link).
3. Simmons, et al. (2010), “Low-frequency variations in surface atmospheric humidity, temperature, and precipitation: Inferences from reanalyses and monthly gridded observational data sets”, Journal of Geophysical Research: Atmospheres Volume 115, Issue D1, 16 (link); Cowtan i Way (2014), “Coverage bias in the HadCRUT4 temperature series and its impact on recent temperature trends”, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society Volume 140, Issue 683, 1935–1944 (link).
4. Karl, et al. (2015), “Possible artifacts of data biases in the recent global surface warming hiatus”, Science Volume 348, Issue 6242, 1469–1472 (link).
5. Schmidt, Shindell i Tsigaridis (2014), “Reconciling warming trends”, Nature Geoscience, 7, no. 3, 158–16 (link).
6. Np. Roemmich, et al. (2015), “Unabated planetary warming and its ocean structure since 2006”, Nature Climate Change 5, 240–245 (link); Wijffels, et al. (2016), “Ocean temperatures chronicle the ongoing warming of Earth”, Nature Climate Change 6, 116–118 (link); Smith, et al. (2015), “Earth’s energy imbalance since 1960 in observations and CMIP5 models”, Geophysical Research Letters Volume 42, Issue 4, 1205–1213 (link).
7. England, et al. (2014), “Recent intensification of wind-driven circulation in the Pacific and the ongoing warming hiatus”, Nature Climate Change 4, 222–227 (link).
8. Lewandowsky, Risbey i Oreskes (2015), “On the definition and identifiability of the alleged hiatus in global warming”, Scientific Reports 5, 16784 (link).

Podaj dalej → Twitter Facebook Google+
Fyfe et al. o spowolnieniu globalnego ocieplenia - March 23, 2016 - Doskonale Szare