Czułość klimatu jest to odpowiedź globalnej temperatury Ziemi na podwojenie stężenia dwutlenku węgla. Obliczamy ją od umownego okresu w 1750 r., gdy rozpoczęto spalać paliwa kopalne. Wówczas średnia globalna koncentracja (stężenie) dwutlenku węgla wynosiła 280 ppm (parts per milion). Dziś wynosi 415 ppm. W latach 2070-2100 przy kontynuacji scenariusza wysokich emisji gazów cieplarnianych (GHG) wyniosłaby ona 560 ppm.
Prawdopodobnie średnia czułości klimatu wówczas będzie wyższa niż 3 stopnie Celsjusza, która taka była podczas ustalania V Raportu Oceny IPCC w latach 2013-14. Obecnie trwa jeszcze weryfikacja VI Raportu Oceny IPCC (2021-2022), po którego zakończeniu pod koniec 2022 roku, najprawdopodobniej zostanie w końcu ustalona nowa wyższa średnia czułości klimatu.
—-
Według wspomnianego V Raportu IPCC modele klimatyczne projektu porównywania modeli sprzężonych (CMIP5 – Coupled Model Intercomparison Project) pokazują równowagową czułość klimatu (ECS – Equilibrium Climate Sensitivity) wynoszącą 3 stopnie Celsjusza powyżej okresu przedprzemysłowego..
—-
—-
Rys.1. Zakres równowagowej czułości klimatu (ECS – Equilibrium Climate Sensitivity) z nowego badania dla wyników podstawowych (czarny kolor), z piątego raportu oceny IPCC (AR5 – Assessment Report 5) (niebieski kolor), ostatniej generacji projektu porównywania połączonych modeli sprzężonych klimatu w fazie 5 (CMIP5 – Coupled Model Intercomparision Project) (żółty kolor) oraz nowych sprzężonych modeli klimatycznych w fazie 6 (CMIP6) (pomarańczowy kolor).
W przypadku wyników badań Sherwooda i in. oraz z AR5, prawdopodobną czułość klimatu (zakres 66%) pokazują grube słupki, natomiast bardzo prawdopodobną czułość (zakres 90%) przedstawiają cienkie słupki.
Wykres według Carbon Brief przy użyciu Highcharts.
—-
Zespół naukowy pod kierownictwem Stevena Sherwooda, profesora meteorologii fizycznej i dynamiki klimatu atmosferycznego na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii w Sydney, obliczył na podstawie własnych modeli, metod statystycznych oraz miar: równowagowej czułości klimatu (ECS) i przejściowej reakcji klimatycznej (TCR – Transient Reaction Climate), że czułość klimatu może mieć przedział w zakresie 2,6-4,1 stopni Celsjusza. A więc, najwyższa czułość klimatu przy najwyższym ówczesnym badanym scenariuszu emisji RCP 8.5, to 4,1 °C , a nie 4,5 °C , o którym mówiono już nie tylko w V Raporcie IPCC z 2013 roku, ale i nawet w IV z 2007 roku.
Do obliczeń równowagowej czułości klimatu (ECS) oraz przejściowej reakcji klimatycznej (TCR) wykorzystano szeroki zestaw modeli klimatycznych GCM (Global Climate Model), biorąc pod uwagę szereg sprzężeń zwrotnych, zwłaszcza związanych z chmurami.
—-
Jedna z pierwszych prac naukowych na temat modeli najnowszej generacji CMIP6 ukazała się w 2016 roku.
Wykonawcami jej jest zespół badawczy Veroniki Eyring badaczki z Niemieckiego Centrum Lotniczego (DLR) oraz Instytutu Fizyki Atmosfery w Oberpfaffenhofen w Niemczech.
Naukowcy pokazali w swojej pracy wyższy wskaźnik czułości klimatu, który wyniósł prawie 6 stopni Celsjusza w stosunku do okresu przedprzemysłowego.
Piotr Florek pracujący na co dzień w brytyjskim Met Office Hadley Centre pisze na łamach serwisu Nauka o klimacie w artykule „Wyższa czułość klimatu w nowym raporcie IPCC”:
Dla klimatologów nie jest wielkim zaskoczeniem, że wysoka czułość jest powiązana z klimatycznymi sprzężeniami zwrotnymi, i że główną rolę przynajmniej w części modeli (np. amerykańskiej rodzinie CESM2, kanadyjskim CanESM5, francuskich CNRM-CM6-1 i CNRM-ESM2-1 oraz brytyjskich HadGEM3-GC3.1 i UKESM1) odgrywają tutaj zmiany zachmurzenia na ocieplającej się planecie, oraz wpływ, jaki na tworzenie się chmur mają drobne cząsteczki zwane aerozolem, zarówno naturalnego, jak i antropogenicznego pochodzenia.
—-
—-
Rys.2. Schemat eksperymentalnego projektu CMIP/CMIP6 i 21 zatwierdzonych przez CMIP6 MIP. (Graham Simpkins, 2017).
—-
W serwisie Carbon Brief dowiadujemy się na temat schematu projektu eksperymentalnego CMIP/CMIP6 na temat diagnostycznych, ewaluacyjnych i charakterystycznych cech klimatu (DECK – Diagnosis, Evaluation, Characterization of Klima):
Eksperymenty w CMIP6 obejmują podstawowe symulacje „diagnostyczne” (zwane DECK ), w których CO2 wzrasta o 1% rocznie lub nagle czterokrotnie, lub gdzie wymuszane zmiany klimatyczne pozostają względnie niezmienione przez długi czas. Obejmują one historyczne przebiegi napędzane obserwowanymi zmianami CO2 i innymi czynnikami klimatycznymi oraz scenariusze przyszłych emisji w XXI wieku i później.
Ponadto istnieją 22 specjalistyczne eksperymenty (23, w tym scenariusze przyszłych emisji), w których grupy zajmujące się modelowaniem mogą wziąć udział. Eksperymenty te – zwane porównawczymi projektami modeli (MIP – Model Intercomparison Projects) – dostarczają użytecznych ocen zmian klimatu poza tymi w podstawowej diagnostyce i symulacje historyczne. Na przykład w eksperymencie GeoMIP różne grupy modelujące symulują wpływ różnych typów geoinżynierii na klimat. Na poniższym rysunku pokazano procedury MIP zawarte w CMIP6.
Poniżej zostały wymienione procedury MIP zawarte w CMIP6 – opisane na rys.32.:
Projekt porównywania modeli aerozoli i chemii (AerChemMIP)
Projekt porównawczy dla połączonego klimatycznego cyklu węglowego (CMIP4)
Projekt porównywania modeli usuwania dwutlenku węgla (CDRMIP)
Projekt porównywania modeli sprzężeń zwrotnych w chmurze (CFMIP)
Projekt porównywania modeli detekcji i atrybucji (DAMIP)
Dekadalny projekt prognozy klimatycznej (DCPP)
Projekt porównywania modeli wymuszonych przez anomalię strumienia (FAFMIP)
Projekt porównywania modeli geoinżynieryjnych (GeoMIP)
Globalny projekt porównawczy modeli monsunów (GMMIP)
Projekt porównywania modeli o wysokiej rozdzielczości (HighResMIP)
Projekt porównywania modeli lądolodu dla CMIP6 (ISMIP6)
Wilgotność powierzchni ziemi, śniegu i gleby (LS3MIP)
Projekt porównywania modeli użytkowania gruntów (LUMIP)
Projekt porównywania modeli oceanicznych (OMIP)
Projekt porównywania polarnych modeli amplifikacji (PAMIP)
Projekt porównawczy modelowania paleoklimatycznego (PMIP)
Projekt porównywania modeli wymuszania radiacyjnego (RFMIP)
Projekt porównania modeli scenariuszy (ScenarioMIP)
Projekt porównawczy modeli sił wulkanicznych (VolMIP)
Skoordynowany regionalny eksperyment zmniejszania skali klimatu (CORDEX)
Projekt porównywania modeli dynamiki i zmienności (DynVarMIP)
Projekt porównywania modeli lodu morskiego (SIMIP)
Rada Doradcza ds. Usług Podatności, Oddziaływania, Adaptacji i Klimatu (VIACS AB)
—-
Przed pojawieniem się VI Raportu Oceny IPCC, ukazała się bardzo niedawno jeszcze jedna bardzo ważna praca naukowa na temat wyższej czułości klimatu, opracowana na podstawie tego samego zestawu modeli.
Najnowszy model CMIP6, zaprezentowany przez instytucję badawczą Met Office HadCRUT, który ukazał się w VI Raporcie IPCC jesienią w 2021 roku, już pokazuje zakres czułości klimatu od stosunkowo niskich wartości 1,8 °C do wysokich wartości 5,6 °C. Zakres tej czułości klimatu omówił Mark D. Zelinka, wraz ze swoimi współpracownikami z Narodowego Laboratorium (Lawrence Livermore National Laboratory) w Kalifornii:
Dotkliwość zmian klimatu jest ściśle związana z tym, jak bardzo Ziemia się ociepla w odpowiedzi na wzrost emisji gazów cieplarnianych. Tutaj dowiadujemy się, że reakcja temperaturowa na nagły czterokrotny wzrost atmosferycznego dwutlenku węgla znacznie wzrosła w najnowszej generacji globalnych modeli klimatycznych. Dzieje się tak głównie dlatego, że jest coraz niższa zawartość wody w chmurach i bardzo silnie zmniejsza się ich zasięg wraz z postępującym globalnym ociepleniem, powodując zwiększoną absorpcję światła słonecznego przez planetę – wzmacniające sprzężenie zwrotne, które ostatecznie skutkuje jeszcze większym ociepleniem.
Różnice w fizycznej reprezentacji chmur w modelach napędzają tę zwiększoną czułość w porównaniu z poprzednią generacją modeli. Istotne jest ustalenie, czy najnowsze modele, które przypuszczalnie lepiej prezentują system klimatyczny niż ich poprzednicy.
—-
Referencje:
Forster P. et al., 2020 ; Guest post: Why low-end ‘climate sensitivity’ can now be ruled out ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/guest-post-why-low-end-climate-sensitivity-can-now-be-ruled-out
Sherwood S. C. et al., 2020 ; An Assessment of Earth’s Climate Sensitivity Using Multiple Lines of Evidence ; Reviews of Geophysics ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019RG000678
Eyring V. et al., 2016 ; Overview of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) experimental design and organization ; Geoscience Model Development ; https://gmd.copernicus.org/articles/9/1937/2016/gmd-9-1937-2016.pdf
Florek P., 2019 ; Wyższa czułość klimatu w nowym raporcie IPCC? ; Nauka o klimacie ; https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/wyzsza-czulosc-klimatu-w-nowym-raporcie-ipcc-384/
Hausfather Z., 2019 ; CMIP6: the next generation of climate models explained ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/cmip6-the-next-generation-of-climate-models-explained
Zelinka M. D. et al., 2021 ; Causes of Higher Climate Sensitivity in CMIP6 Models ; Geophysical Research Letters ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019GL085782