Globalne ocieplenie w 2016 roku

December 30, 2016

Koniec grudnia to tradycyjnie czas podsumowań, wykorzystam zatem tę okazję do reaktywowania bloga i krótkiego omówienia kontekstu związanego z najcieplejszym rokiem w historii obserwacji.

Najważniejszą, i być może nową dla niektórych niedowiarków wiadomością jest oczywiście to, że globalne ocieplenie wciąż, niestety, postępuje. W ubiegłym roku emisja dwutlenku węgla ze spalania węgla, ropy i gazu ziemnego wyniosła około 36 miliardów ton, a ze względu na trwające El Niño większa niż w ostatnich latach była też emisja z wylesiania, co w połączeniu z mniejszym niż zwykle pochłanianiem dwulenku węgla przez lądową biosferę skutkowało rekordowo wysokim tempem przyrostu koncentracji tego gazu w atmosferze [1].

Emisje antropogeniczne dwutlenku węgla: ze spalania węgla, ropy i gazu ziemnego oraz produkcji cementu (czarny), oraz wylesiania i użytkowania gruntów (brązowy).

W efekcie, przez cały rok 2016 średnia globalna koncentracja CO₂ pozostawała powyżej granicy 400 ppm. Poprzednim razem, gdy zawartość dwutlenku węgla w atmosferze była na podobnym poziomie — a miało to miejsce kilka milionów lat temu, w pliocenie — Ziemia była planetą o cieplejszym klimacie, z zieloną Grenlandią i poziomem wszechoceanu wyższym o 20-30 metrów [2].

Zmiany koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze odtworzone z rdzeni lodowych.

Mechanizm, dzięki któremu wzrost zawartości dwutlenku węgla powoduje globalną zmianę klimatu, jest od dawna dobrze poznany. CO₂ to gaz cieplarniany, a jego wyższa koncentracja powoduje zwiększenie absorpcji promieniowania podczerwonego i wzmocnienie efektu cieplarnianego, przy obecnej koncentracji (403 ppm) o około 1,95 ± 0,2 W/m² w porównaniu do tysiącleci przed rozpoczęciem epoki przemysłowej [3]. Wzmocniony efekt cieplarniany (nie tylko przez dwutlenek węgla, ale też i inne gazy cieplarniane¹¹ Metan, podtlenek azotu oraz freony, w sumie dodatkowy 1 W/m².) oznacza, że ucieczka ciepła z powierzchni i dolnych warstw atmosfery planety w przestrzeń kosmiczną jest utrudniona, zatem więcej energii (w postaci promieniowania słonecznego) dociera do Ziemi, niż ją opuszcza (jako promieniowanie długofalowe — tzn. podczerwień).

Powstała w ten sposób nierównowaga radiacyjna powoduje gromadzenie się energii w systemie klimatycznym i ocieplenie planety. Wzrost temperatury atmosfery, zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna, sprawia że emituje ona więcej promieniowania podczerwonego, ułatwiając ucieczkę ciepła w kosmos. Jednocześnie, cieplejsza atmosfera zawiera więcej pary wodnej, która również wzmacnia efekt cieplarniany, powodując dalszy wzrost temperatury [4].

Średnie zmiany zawartości pary wodnej w atmosferze (60°S-60°N).

O tym, że Ziemia naprawdę otrzymuje od Słońca więcej energii niż wypromieniowuje w kosmos, można przekonać się mierząc temperaturę głębin oceanicznych. Pomiary takie, wykonane przez 3800 automatycznych boi oceanicznych międzynarodowego projektu Argo, wskazują że w ciągu ostatniej dekady Ziemia pochłaniała średnio 0,72 ± 0,09 W/m² [5].

Jednocześnie wiemy, że przyczyną nierównowagi radiacyjnej nie jest wzrost aktywności słonecznej: ilość promieniowania słonecznego też mierzymy z dużą precyzją, a starannie skalibrowane ze sobą obserwacje prowadzone przez kilka generacji satelitów wskazują, że Słońce świeci obecnie nieco słabiej, niż w latach dziewięćdziesiątych i osiemdziesiątych [6].

Rekonstrukcja zmian irradiancji słonecznej w oparciu o pomiary satelitarne z ostatnich 36 lat.

Ocieplenie mierzone jest również na powierzchni planety. Wartość średniej globalnej temperatury, obliczana przez kilka niezależnych ośrodków zajmujących się badaniem klimatu, osiągnęła w 2016 roku najwyższą w historii obserwacji wartość; bijąc w ten sposób ustanowiony w poprzednim roku rekord, który z kolei pobił rekord ustawiony rok wcześniej [7].

Zmiany średniej temperatury globalnej w analize NASA GISS.

Taka sekwencja rekordów jest skutkiem nałożenia się na siebie długoterminowego trendu ocieplenia — spowodowanego wzrastającą koncentracją gazów cieplarnianych — oraz naturalnej zmienności klimatycznej, przede wszystkim atmosferyczno-oceanicznej oscylacji ENSO, której ciepła faza, zwana El Niño, rozpoczęła się wiosną 2015 roku. W krótkich, kilku-kilkunastoletnich skalach czasowych naturalna zmienność klimatu może wzmacniać, albo osłabiać wzrost temperatury planety spowodowany emisją gazów cieplarnianych, jednakże w dłuższych okresach antropogeniczne ocieplenie dominuje.

Z tego też powodu średnia roczna temperatura globalna jest w 2016 roku około 0,3°C powyżej poziomu z 1998 i 0,6°C powyżej poziomu z 1987 roku. Oba lata były w swoim czasie najcieplejsze w historii obserwacji, w obu przypadkach następowały po silnym El Niño, i oba rekordy zostały w ciągu ostatnich dekad wielokrotnie pobite.

Rok 2016 przyniósł też, mam nadzieję, śmierć popularnego wśród denialistów klimatycznych mitu, że “od roku 1998 średnia roczna temperatura na naszym globie spada” (Rafał Ziemkiewicz), “od prawie 20 lat powierzchnia Ziemi się nie ociepla” (Agnieszka Kołakowska), “temperatura od stycznia 1997 nie rośnie” (Andrzej Szczęśniak), albo że “po 2000 r. następuje stabilizacja, a nawet lekkie obniżenie temperatury globalnej” (to prof. Leszek Marks). Nie powinno być wielkim zaskoczeniem, że w konfrontacji pobożnych życzeń z prawami fizyki ponownie wygrały te ostatnie.

Przypisy

1. Le Quéré, et al (2016): Global Carbon Budget 2016. 2. Miller, et al (2012): High tide of the warm Pliocene: Implications of global sea level for Antarctic deglaciation. 3. Etminan, et al (2016): Radiative forcing of carbon dioxide, methane, and nitrous oxide: A significant revision of the methane radiative forcing. 4. Gordon, et al (2013): An observationally based constraint on the water-vapor feedback. 5. Desbruyères, et al (2016a): Global and Full-depth Ocean Temperature Trends during the early 21st century from Argo and Repeat Hydrography, Desbruyères, et al (2016b): Observational Advances in Estimates of Oceanic Heating, Desbruyères, et al (2016c): Deep and abyssal ocean warming from 35 years of repeat hydrography 6. Dewitte, Nevens (2016): The Total Solar Irradiance Climate Data Record, Coddington, et al (2016): A Solar Irradiance Climate Data Record. 7. World Meteorological Organisation (2016): Provisional WMO Statement on the Status of the Global Climate in 2016.