Czy współczesne ocieplenie klimatu jest spowodowane rosnącą koncentracją CO2 w atmosferze?

Transkrypt

1 Czy współczesne ocieplenie klimatu jest spowodowane rosnącą koncentracją CO2 w atmosferze? Jan Degirmendžić Katedra Geografii Fizycznej Wydział Nauk Geograficznych Uniwersytetu Łódzkiego

2 Plan prezentacji Proces 1 Wzrost koncentracji CO2 w atmosferze Proces 2 Wzrost temperatury atmosfery Opis zależności między w/w procesami w świetle następujących faktów 1. Dodatnie wymuszenie radiacyjne CO2. 2. Zmiana bilansu radiacyjnego systemu Ziemia-atmosfera studia empiryczne. 3. Antropogeniczny sygnał w globalnym ociepleniu według matematycznych modeli klimatu. 4. Sprzężenia zwrotne między CO2 i temperaturą. 5. Problem opóźnienia sygnału CO2 względem temperatury skala geologiczna, skala współczesnego ocieplenia. 6. Wpływ innych czynników na wzrost temperatury atmosfery aerozole i efekt urbanizacji, aktywność Słońca (promieniowanie kosmiczne). 7. Konkluzja próba odpowiedzi na pytanie zawarte w tytule wykładu.

3 Czy człowiek jest odpowiedzialny za współczesne ocieplenie klimatu? Czy wzrost koncentracji CO2 w atmosferze jest konsekwencją antropogenicznej emisji CO2? EMISJA CO2 KONCENTRACJA W ATMOSFERZE TEMPERATURA Obserwatorium Mauna Loa (Hawaje) Czy wzrost temperatury atmosfery jest spowodowany wzrostem koncentracji CO2 w atmosferze?

4 Czy koncentracja CO2 w atmosferze rośnie? Koncentracja CO2 w atmosferze (ppmv) na podstawie rdzeni lodowych oraz stacji Mauna Loa (Hawaje) źródło: Scripps CO2 Program, Scripps Institution of Oceanography, La Jolla, CA

5 Czy atmosfera Ziemi staje się rzeczywiście cieplejsza? Anomalie średniej rocznej temperatury (oc) płk. płn. (czerwony) i płd. (niebieski) źródło: National Aeronautics and Space Administration, Goddard Institute for Space Studies

6 Hipoteza: wzrost temperatury atmosfery jest spowodowany wzrostem koncentracji CO2 w atmosferze Fakty (z którymi konfrontujemy hipotezę)

7 Fakt 1 z atmosferycznym CO2 związane jest dodatnie wymuszenie radiacyjne gaz ten wywołuje wzrost temperatury atmosfery Wymuszenia radiacyjne związane z gazami oraz aerozolami źródło: IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change 2007

8 Fakt 2 zaobserwowano spadek natężenia promieniowania emitowanego przez Ziemię w pasmach pochłaniania gazów cieplarnianych Różnica natężenia promieniowania długofalowego uchodzącego w kosmos (rok 1997 minus 1970). W pasmach pochłaniania CO2 i CH4 obserwuje się wyraźny spadek emisji. źródło:

9 Fakt 3 matematyczne modele klimatu wskazują, że bez udziału czynników antropogenicznych współczesne ocieplenie nie mogłoby zaistnieć Wiązka szarych krzywych (temperatura według modeli z uwzględnieniem czynników antropogenicznych), czarna krzywa obserwowany przebieg temperatury Tak jak lewy panel, tyle, że bez udziału czynników antropogenicznych. źródło: Haman K., 2008, Naturalne i antropogeniczne przyczyny zmian klimatu. Nauka, nr 1/2008

10 Fakt 4 sprzężenia zwrotne między CO a temperaturą Istota mechanizmu ocieplania klimatu sprzężenia zwrotne2 Problem polega na tym, że CO2 wpływa na temperaturę, ale w tym samym czasie również temperatura modyfikuje poziom CO2. CO2 źródło: T

11 Dygresja na temat istoty sprzężenia zwrotnego Sprzężenie dodatnie między głośnikiem a mikrofonem CO2 T atmosfery T oceanu CO2 Sygnał na wyjściu zasila sygnał na wejściu, więc pojęcie przyczyny i skutku traci sens Efekt podgrzanej wody mineralnej

12 Fakt 4 Sprzężenie CO2 temperatura powierzchni oceanu pochłanianie CO2 przez ocean poziom CO2 w atmosferze Wzrost temperatury oceanu powinien korelować z obniżeniem zdolności oceanu do pochłaniania CO2 z atmosfery źródło:

13 Fakt 4, cd. inne sprzężenia zwrotne między CO2 a temperaturą Przykłady: T Fotosynteza CO2 (ujemne sprzężenie) T Ekosystemy lądowe CO2 (dodatnie sprzężenie) SST (temperatura oceanu) fitoplankton CO2 (dodatnie sprzężenie) Zakłada się, że przeważają dodatnie sprzężenia w rezultacie wpływ strumienia CO2 na temperaturę jest wzmacniany źródło: Scheffer M. i in., 2006, Positive feedback between global warming and atmospheric CO2 concentration inferred from past climate change. Geophys. Res. Lett., v. 33, L10702, p. 1-4.

14 Fakt 4, cd. sprzężenie między CO2 a temperaturą Sprzężenie T CO2 wynosi od 1,07 do 2,93*, co oznacza, że możliwe jest kilkukrotne zwiększenie tempa globalnego ocieplenia klimatu, w porównaniu do tempa ocieplenia bez udziału sprzężeń zwrotnych. Możemy stwierdzić, że część współczesnego ocieplenia klimatu wynika z samego ocieplania *źródło:

15 Fakt 5 polemika z tezą: sygnał CO2 opóźnia się względem zmian temperatury o ~800 lat, co dowodzi, że CO2 nie jest odpowiedzialny za zmiany klimatu Koncentracja CO2 i temperatura powietrza w okresie ostatnich lat (rdzeń Vostok)

16 Fakt 5, cd. 800-letnie opóźnienie sygnału CO2 względem temperatury powietrza Koncentracja CO2 i 40Ar (proporcjonalny do sygnału temperatury) w okresie przejścia między glacjałem a interglacjałem III Propozycja mechanizmu: czynnik inicjujący (zmiany orbitalne teoria Milankovitcha + wzmocnienie) T ocean/ekosystemy lądowe CO2 źródło:

17 Fakt 5, cd. polemika z tezą sygnał CO2 opóźnia się względem zmian temperatury o ~800 lat, co dowodzi, że CO2 nie jest odpowiedzialny za zmiany klimatu Początkowa zmiana poziomu CO2 w okresach przejściowych między glacjałem i interglacjałem została wywołana zmianą temperatury. Dalsze etapy ocieplania klimatu związane były także z wpływem CO2. Takie mechanizmy nie wykluczają w najmniejszym stopniu możliwości wpływu antropogenicznego CO2 na współczesne ocieplenie.

18 Fakt 6 opóźnienie sygnału CO2 względem temperatury w okresie współczesnego ocieplenia klimatu T CO2 Anomalie globalnej koncentracji CO2 i globalnej temperatury odjęto trend Analiza współzależności serii temperatury i CO2 dowodzi, że istnieje kilkumiesięczne opóźnienie reakcji CO2 na zmiany temperatury, co sugeruje, że temperatura jest przyczyną zmian koncentracji CO2 źródło: Scripps Institution of Oceanography, La Jolla, CA, Charles David Keeling Tyler Prize Presentation

19 Fakt 6, cd. opóźnienie sygnału CO2 względem temperatury (wyjaśnienia szuka się znów w oceanie ) Opóźnienie CO2: 5 miesięcy względem temperatury powietrza (KUO et al., 1990, Coherence established between atmospheric carbon dioxide and global temperature. Nature, 343), 6 miesięcy względem SST (Roy W. Spencer 6-miesięcy względem temperatury (Ray Tomes miesięcy względem temperatury (Frank Lansner, Flat Ice Core CO2-graph during 1000 years, white paper), opóźnienie sygnału CO2 względem temperatury maskuje wpływ CO2 na temperaturę, (Ulrych T. J., Woodbury A. D., An Occam's razor view of th lead-lag dispute in global warming, white paper), opóźnienie rośnie wraz ze wzrostem udziału sprzężeń zwrotnych (Lindzen R. S., 1990, Some Coolness concerning global warming. BAMS, v. 71, no.3). Globalne miesięczne anomalie temperatury powierzchni oceanu Istnieje możliwość, że rosnąca temperatura oceanu (SST) może powodować wzrost CO2 w atmosferze

20 Fakt 7 wpływ innych czynników na ocieplanie klimatu (Słońce + aerozole, efekt miejskiej wyspy ciepła) SŁOŃCE Wpływ miejskiej wyspy ciepła: 0,02oC / 100 lat (wg IPCC 2007) Wpływ aerozoli: gazy cieplarniane mogłyby spowodować wzrost temperatury nawet o 60% większy od obserwowanego ocieplenie zostało osłabione wskutek bezpośredniego i pośredniego wpływu aerozoli. źródło:

21 Fakt 7, cd. wpływ innych czynników na ocieplanie klimatu (aktywność Słońca dobrze koreluje z temperaturą) Długość cyklu słonecznego (niebieski) i temperatura powietrza na płk. płn. źródło:

22 Fakt 7, cd. wpływ innych czynników na ocieplanie klimatu (aktywność Słońca dobrze koreluje z temperaturą) Im krótszy cykl ~11-letni tym Słońce bardziej aktywne źródło: Baliunas, S., Soon, W., 1995, Are Variations in the Length of the Activity Cycle Related to Changes in Brightness in Solar-Type Stars?, Astrophysical Journal, v. 450.

23 Fakt 7, cd. wpływ innych czynników na ocieplanie klimatu (promieniowanie kosmiczne (GCR) brakujący element układanki) Słaby wiatr słoneczny silne GCR spadek GCR Silny wiatr słoneczny słabe GCR Spadek zachmurzenia źródło:

24 Człowiek czy czynniki naturalne wpływają na współczesne ocieplanie klimatu? Czynnik zewnętrzny aktywność Słońca (zmiana długości ~11-letniego cyklu) Emisja antropogeniczna CO2 Natężenie promieniowania kosmicznego Zaburzenie równowagi strumieni CO2 Zachmurzenie (nad oceanami) Anomalie temperatury powierzchni oceanu Wymiana CO2 ocean atmosfera Wzrost temperatury atmosfery (modyfikowany przez sprzężenia zwrotne) Wzrost CO2 w atmosferze Wzrost temperatury powietrza (modyfikowany przez sprzężenia zwrotne)

25 Podsumowanie Mało prawdopodobne jest występowanie prostej zależności między wzrostem CO2 w atmosferze (jako przyczyną) a wzrostem temperatury (jako skutkiem). Prawdopodobne jest, że antropogeniczny strumień CO2, poprzez zmiany temperatury powietrza i oceanu, modyfikuje strumienie naturalne CO2, które wzmacniają obserwowany wzrost temperatury. Możliwe jest także oddziaływanie aktywności Słońca na temperaturę atmosfery Ziemi.

26 Dziękuję za uwagę