W badaniach dynamiki lądolodu Grenlandii ważną kwestią jest obliczanie do końca wieku prawdopodobnych scenariuszy, dotyczących utraty ilości masy lodu oraz wzrostu poziomu morza. Te metody badawcze przeprowadza się wielokrotnie za pomocą skomplikowanych i dokładnych symulacji komputerowych.
—
Fot. Pokrywa lodowa Grenlandii stopniała w rekordowym tempie w 2019 r. (Źródło: Instytut Oceanograficzny Woods Hole: Matt Osman)
—
Bardzo interesująca na ten temat jest praca, przedstawiona przez zespól naukowy pod kierownictwem norweskiego badacza Stefana Hofera z Wydziału Nauk o Ziemi w Oslo, na temat porównania dwóch zestawów modeli klimatycznych: CMIP5 (zawartego w byłym V Raporcie Oceny IPCC (AR5 – 5 Assesment Report) ) oraz CMIP6 (zawartego w obecnym VI Raporcie Oceny IPCC (AR6 – 6 Assesment Report), w których zbadano wpływ dwóch podobnych scenariuszy emisji gazów cieplarnianych 1:
a) według AR5 – łagodniejszego scenariusza niższych emisji RCP4.5
b) według AR6 – ostrzejszego scenariusza wyższych emisji SSP2-4.5
Aby osiągnąć wysoką rozdzielczość przestrzenną w projekcie Prognozowanie wzrostu poziomu morza: od pokryw lodowych do lokalnych implikacji (PROTECT – PROjecTing sEa-level rise: from iCe sheets to local implicaTions), naukowcy w badaniu posłużyli się regionalnym modelem klimatycznym (RCM – Regional Climate Model). A konkretniej belgijsko-francuskim regionalnym modelem atmosferycznym (MAR – Modéle Atmosphérique Régional), który jako pierwszy wyraźnie zamodelował ważne procesy biegunowe, takie jak bilans masy powierzchni (SMB – Surface Mass Balance), właściwości śniegu i transfer radiacyjny.
W tym badaniu model MAR został zastosowany po to aby zredukować 11 projekcji scenariuszy wysokich emisji GHG:
a) sześć projekcji CMIP5 dla starego RCP8.5
b) pięć projekcji CMIP6 dla nowego SSP5-8.5
—
Rys.1. Porównanie bilansu masy powierzchni Grenlandii między zmniejszonymi symulacjami CMIP5 i CMIP6 MAR (Stefan Hofer i in., 2020).
—
Na zdjęciu powyżej, na panelu lewym (a), pokazany został zintegrowany roczny bilans masy powierzchni (SMB – Surface Mass Balance), który objął całą pokrywę lodową Grenlandii na podstawie sześciu wymuszonych symulacji modelu MAR z zestawu CMIP5 (niebieski) i pięciu symulacji MAR z zestawu CMIP6 (pomarańczowy) w gigatonach rocznie (Gt/rok). Ciemnoniebieska linia reprezentuje średnią ze wszystkich symulacji CMIP5 MAR (6, RCP8.5), a ciemnopomarańczowa to średnia ze wszystkich symulacji CMIP6 MAR (5, SSP585). Poszczególne przebiegi są pokazane w jaśniejszych kolorach. Panel lewy (b) pokazuje to samo, ale dla skumulowanych anomalii pokrywy lodowej Grenlandii (GrIS – Greenland Ice Sheet) SMB w gigatonach (Gt), w oparciu o średnią z symulacji z lat 1961–1990.
Dokonując przeskalowań w rozdzielczości przestrzennej modeli, naukowcy oszacowali, że całościowy skumulowany wzrost topnienia pokrywy lodowej Grenlandii (GRIS – Greenland Ice Sheet) do 2100 roku będzie wynosił 60% przy dodatkowym ekwiwalencie poziomu morza (SLE – Sea Leel Equivalent) – wzrost o około 8 cm większy dla nowszego zestawu modeli CMIP6 niż dla CMIP5.
A więc, jeśli w modelu CMIP5 wzrost poziomu morza do końca 2100 roku wyniósłby 10 cm, tak w modelu CMIP6 wyniósłby on już 18 cm, oczywiście rozpatrując scenariusze emisji RCP8.5 bądź SSP5-8.5. Ponadto w symulacjach CMIP6 sezon topnienia ma wydłużyć się aż o 22 dni.
Podsumowując temat przeskalowań modelowych pokrywy lodowej Grenlandii, W projekcie: chmury i klimat w fazie mieszanej (MC2 – Mixed-phase clouds and climate), Hofer i współautor badania Xavier Fettweis z Uniwersytetu w Liège położyli też nacisk na rozwiązanie problemów z nieprawidłowym odwzorowaniem budowy chmur w globalnych modelach klimatu. Ich zdaniem chmury są mocno niedoszacowane w znaczeniu także pośredniego wpływu na wzrost poziomu morza, gdyż od stopnia zachmurzenia zależy też wzrost temperatury powietrza i nasłonecznienia, które mają niebagatelny wpływ na ilość stopionego lodu na Grenlandii, który spływa prosto do oceanu.
Omówiony wcześniej parametr bilansu masy powierzchniowej SMB (Surface Mass Balance) pokrywy lodowej Grenlandii, od 1 września do 31 sierpnia 2019/2020, był dodatni, pomimo tego, że akumulacja śniegu i lodu wówczas przeważała nad ablacją śniegu i lodu. Jednak od końca wiosny, przez całe lato, był on silnie ujemny, a ablacja wtenczas mocno przeważała nad akumulacją.
Naukowcy na powyższym rysunku pokazali, że w przeciwieństwie do starych modeli CMIP5 nowsze modele CMIP6 mają wyższą czułość klimatu i wykrywają wiele istotnych, ale złożonych dodatnich sprzężeń zwrotnych, np. w postaci niskiego albedo chmur czy lodu, a także większy stopień amplifikacji arktycznej (AA – Arctic Amplification).
Wprawdzie podczas okresu 1981-2010 różnice pomiędzy zestawami modeli CMIP5 i CMIP6 nie są takie duże. Ale już w badanym okresie czasu 2071-2100 dla lądolodu Grenlandii, w symulacji modeli CMIP6, widać prawie o 50% wyższe wartości ubytku lodu, czyli niższe wartości SMB niż w symulacji modeli CMIP5.
—
Rys.2. Różnica w pokryciu lodem morskim w letnich miesiącach: czerwiec, lipiec, sierpień (JJA) między pięcioma modelami CMIP6 i sześcioma modelami CMIP5, przedstawiona na podstawie symulacji modelu atmosferycznego (MAR – Modéle Atmosphérique Régional), dla średniej (2071-2100) (Stefan Hofer i in., 2020).
—
I im wyższy był scenariusz emisji, czyli SSP5-8.5 w porównaniu z RCP8.5, tym wyższe zostały pokazane wartości zmian klimatu w postaci jeszcze szybszego kurczenia się pokrywy lodowej Grenlandii.
Np. szczytowe dzienne topnienie w symulacjach CMIP5 wyniosło 15 gigaton (miliardów ton) dziennie (Gt/dzień), podczas gdy w CMIP6 już było to 23 Gt/dzień.
W rozmowie z Carbon Brief, Hofer powiedział również o znacznie wyższym poziomie morza z powodu przyspieszonego topnienia pokrywy lodowej Grenlandii pod wpływem dalszego wzrostu temperatury globalnej 2:
Nasze wyniki dla scenariuszy ekstremalnie wysokich emisji (RCP8.5 i SSP5-8.5) pokazują, że w zestawie modeli CMIP5, dla scenariusza emisji RCP8.5, wkład Grenlandii we wzrost poziomu morza wyniósłby około 9,9 cm, ale w zestawie modeli CMIP6 dla scenariusza SSP5-8.5 wkład ten wyniósłby już 17,8 cm. To około 80% wyższy udział, pomimo tego samego lub podobnego wymuszania radiacyjnego z emisji antropogenicznych w scenariuszu ekstremalnie wysokiej emisji.
Ogólnie naukowcy w swojej pracy na temat porównania obu zestawów modeli CMIP5 i CMIP6 napisali:
W naszych przyszłych prognozach CMIP6 identyfikujemy wzrost globalnej temperatury o +0,6°C, a jeszcze większy wzrost o +1,3°C w Arktyce pod koniec XXI wieku. Korzystając ze statystycznego związku między anomaliami temperatury Grenlandii w modelu globalnej cyrkulacji (GCM – Global Circulation Model) a rocznym bilansem masy powierzchni (SMB – Surface Mass Balance) z naszych symulacji w wysokiej rozdzielczości, stwierdzamy wyraźniejszą utratę masy pokrywy lodowej Grenlandii (GrIS – Greenland Ice Sheet) we wszystkich scenariuszach CMIP6 w porównaniu z CMIP5. Nasze wyniki podkreślają, że GrIS może potencjalnie szybciej tracić lód w ocieplającym się klimacie niż sugerowały poprzednie szacunki oparte na CMIP5.
—
Referencje:
- Hofer S. et al., 2020 ; Greater Greenland Ice Sheet contribution to global sea level rise in CMIP6 ; Nature Communications ; https://www.nature.com/articles/s41467-020-20011-8
- Tandon A., 2020 ; New climate models suggest faster melting of the Greenland Ice Sheet ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/new-climate-models-suggest-faster-melting-of-the-greenland-ice-sheet