Analýza:

Míra lidského podílu na současném globálním oteplování je v politických kruzích, zejména v USA, velmi diskutovaným tématem.

Při nedávném slyšení v Kongresu Rick Perry, americký ministr energetiky, poznamenal, že „postavit se a říci, že 100 % globálního oteplování je způsobeno lidskou činností, je podle mě na první pohled prostě neobhajitelné“.

Vědecké poznatky o podílu člověka na moderním oteplování jsou však zcela jasné. Podle páté hodnotící zprávy Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) způsobily emise a činnost člověka přibližně 100 % oteplování pozorovaného od roku 1950.

Zde Carbon Brief zkoumá, jak by každý z hlavních faktorů ovlivňujících zemské klima ovlivnil teplotu samostatně – a jak jejich kombinované účinky téměř dokonale předpovídají dlouhodobé změny globální teploty.

Analýza společnosti Carbon Brief zjistila, že:

• Od roku 1850 lze téměř veškeré dlouhodobé oteplování vysvětlit emisemi skleníkových plynů a dalšími lidskými činnostmi.
• Pokud by planetu oteplovaly pouze emise skleníkových plynů, očekávali bychom asi o třetinu větší oteplení, než k jakému skutečně došlo. Jsou kompenzovány ochlazením způsobeným lidmi produkovanými atmosférickými aerosoly.
• Aerosolů by mělo do roku 2100 výrazně ubýt, čímž by se celkové oteplení způsobené všemi faktory přiblížilo oteplení způsobenému pouze skleníkovými plyny.
• Přirozená proměnlivost zemského klimatu pravděpodobně nebude hrát v dlouhodobém oteplování významnou roli.

Animace Rosamunda Pearce pro Carbon Brief. Obrázky pořízené prostřednictvím služby Alamy Stock Photo.

Kolik je oteplování způsobeno člověkem?“

V páté hodnotící zprávě z roku 2013 IPCC ve svém shrnutí pro tvůrce politik uvedl, že je „velmi pravděpodobné, že více než polovina pozorovaného nárůstu průměrné globální povrchové teploty“ v letech 1951-2010 byla způsobena lidskou činností. Výrazem „mimořádně pravděpodobné“ mínil, že existuje pravděpodobnost mezi 95 % a 100 %, že více než polovina moderního oteplování byla způsobena člověkem.

Toto poněkud zmatené tvrzení bylo často nesprávně interpretováno tak, že odpovědnost člověka za moderní oteplování leží někde mezi 50 % a 100 %. Ve skutečnosti, jak upozornil Dr. Gavin Schmidt z NASA, podle naznačeného nejlepšího odhadu IPCC je člověk zodpovědný za přibližně 110 % pozorovaného oteplování (v rozmezí od 72 % do 146 %), přičemž přírodní faktory izolovaně vedly k mírnému ochlazení za posledních 50 let.

Podobně i nedávné čtvrté národní hodnocení klimatu v USA zjistilo, že 93 až 123 % pozorovaného oteplování v letech 1951-2010 bylo způsobeno lidskou činností.

Tyto závěry vedly k určitým nejasnostem ohledně toho, jak by více než 100 % pozorovaného oteplování mohlo být přičítáno lidské činnosti. Podíl člověka vyšší než 100 % je možný, protože přirozené změny klimatu spojené se sopkami a sluneční aktivitou by s největší pravděpodobností vedly k mírnému ochlazení za posledních 50 let, což by kompenzovalo část oteplení spojeného s lidskou činností.

„Forcing“, který mění klima

Vědci měří různé faktory, které ovlivňují množství energie, jež se dostane do zemského klimatu a zůstane v něm. Označují je jako „radiační vlivy“.

Tyto vlivy zahrnují skleníkové plyny, které zachycují vycházející teplo, aerosoly – jak z lidské činnosti, tak ze sopečných erupcí – které odrážejí dopadající sluneční světlo a ovlivňují tvorbu mraků, změny slunečního záření, změny odrazivosti zemského povrchu související s využíváním půdy a mnoho dalších faktorů.

Pro posouzení role jednotlivých různých vlivů na pozorované změny teploty upravil Carbon Brief jednoduchý statistický klimatický model, který vyvinul Dr. Karsten Haustein se svými kolegy z University of Oxford a University of Leeds. Tento model nalezl vztah mezi lidskými i přírodními klimatickými vlivy a teplotou, který nejlépe odpovídá pozorovaným teplotám, a to jak globálně, tak pouze nad pevninou.

Následující obrázek ukazuje odhadovanou roli jednotlivých různých klimatických vlivů na změnu globálních povrchových teplot od počátku záznamů v roce 1850 – včetně skleníkových plynů (červená čára), aerosolů (tmavě modrá), využití půdy (světle modrá), ozónu (růžová), slunce (žlutá) a sopek (oranžová).

Černé tečky znázorňují pozorované teploty z projektu Berkeley Earth surface temperature, zatímco šedá čára ukazuje odhadované oteplení z kombinace všech různých typů vlivů

Globální průměrné teploty povrchu z Berkeley Earth (černé tečky) a modelovaný vliv různých radiačních vlivů (barevné čáry), stejně jako kombinace všech vlivů (šedá čára) pro období od roku 1850 do roku 2017. Podrobnosti viz metody na konci článku. Graf vytvořil Carbon Brief pomocí Highcharts.

Kombinace všech radiačních příčin obecně poměrně dobře odpovídá dlouhodobým změnám pozorovaných teplot. Existuje určitá meziroční variabilita, především v důsledku událostí El Niño, která není způsobena změnami ve forkingu. Existují také období 1900-1920 a 1930-1950, kde jsou patrné některé větší neshody mezi předpokládaným a pozorovaným oteplením, a to jak v tomto jednoduchém modelu, tak ve složitějších klimatických modelech.

Kartogram zdůrazňuje, že ze všech analyzovaných radiačních faktorů pouze zvýšení emisí skleníkových plynů způsobuje takový rozsah oteplení, jaký byl zaznamenán za posledních 150 let.

Pokud by planetu oteplovaly pouze emise skleníkových plynů, očekávali bychom asi o třetinu větší oteplení, než k jakému skutečně došlo.

Jakou roli tedy hrají všechny ostatní faktory?

Dodatečné oteplení způsobené skleníkovými plyny je kompenzováno oxidem siřičitým a dalšími produkty spalování fosilních paliv, které tvoří atmosférické aerosoly. Aerosoly v atmosféře jednak odrážejí přicházející sluneční záření zpět do vesmíru, jednak zvyšují tvorbu vysokých, odrazivých mraků, a tím ochlazují Zemi.

Ozon je skleníkový plyn s krátkou životností, který zachycuje vycházející teplo a ohřívá Zemi. Ozon není emitován přímo, ale vzniká při rozkladu metanu, oxidu uhelnatého, oxidů dusíku a těkavých organických látek v atmosféře. Zvýšení ozonu lze přímo přičíst lidským emisím těchto plynů.

V horních vrstvách atmosféry mělo snížení ozonu spojené s chlorofluorouhlovodíky (CFC) a dalšími halogenovanými uhlovodíky, které poškozují ozonovou vrstvu, mírný ochlazující účinek. Čisté účinky kombinovaných změn ozonu v dolních a horních vrstvách atmosféry mírně oteplily Zemi o několik desetin stupně.

Změny ve způsobu využívání půdy mění odrazivost zemského povrchu. Například nahrazení lesa polem obecně zvýší množství slunečního světla odraženého zpět do vesmíru, zejména v zasněžených oblastech. Čistý klimatický účinek změn ve využívání půdy od roku 1850 je mírné ochlazení.

Vulkány mají krátkodobý ochlazující účinek na klima díky tomu, že vypouštějí síranové aerosoly vysoko do stratosféry, kde mohou zůstat ve výškách po dobu několika let a odrážet přicházející sluneční světlo zpět do vesmíru. Jakmile se však sulfáty snesou zpět k povrchu, ochlazující účinek sopek zmizí. Oranžová čára ukazuje odhadovaný vliv sopek na klima, přičemž s velkými erupcemi jsou spojeny velké skoky teplot směrem dolů až o 0,4 °C.

Sluneční aktivita se měří pomocí družic v posledních několika desetiletích a odhaduje se na základě počtu slunečních skvrn ve vzdálenější minulosti. Množství energie přicházející ze Slunce na Zemi mírně kolísá v cyklu přibližně 11 let. Od padesátých let 19. století došlo k mírnému nárůstu celkové sluneční aktivity, ale množství dodatečné sluneční energie dopadající na Zemi je ve srovnání s ostatními zkoumanými radiačními vlivy malé.

Za posledních 50 let sluneční energie dopadající na Zemi ve skutečnosti mírně poklesla, zatímco teploty dramaticky vzrostly.

Sluneční vlivy odpovídají pozorovanému oteplování

Přesnost tohoto modelu závisí na přesnosti odhadů radiačních vlivů. Některé typy radiačního působení, jako například působení koncentrace CO2 v atmosféře, lze měřit přímo a mají relativně malou nejistotu. Jiné, jako například aerosoly, podléhají mnohem větším nejistotám vzhledem k obtížnosti přesného měření jejich vlivu na tvorbu mraků.

Ty jsou zohledněny v následujícím obrázku, který ukazuje kombinované přírodní příčiny (modrá čára) a příčiny způsobené člověkem (červená čára) a nejistoty, které statistický model s každou z nich spojuje. Tyto stínované oblasti vycházejí z 200 různých odhadů radiačních příčin, přičemž zahrnují výzkum, který se snaží odhadnout rozsah hodnot pro každou z nich. Nejistoty lidských faktorů se zvyšují po roce 1960, což je způsobeno zejména nárůstem emisí aerosolů po tomto datu.

Globální průměrné povrchové teploty z Berkeley Earth (černé body) a modelovaný vliv všech kombinovaných přírodních (modrá čára) a lidských (červená čára) radiačních faktorů s jejich příslušnými nejistotami (stínované oblasti) pro období od roku 1850 do roku 2017. Zobrazena je také kombinace všech přírodních a lidských vlivů (šedá čára). Podrobnosti viz metody na konci článku. Graf vytvořil Carbon Brief pomocí Highcharts.

Oteplování spojené se všemi lidskými vlivy se celkově poměrně dobře shoduje s pozorovaným oteplováním a ukazuje, že přibližně 104 % celkového oteplení od počátku „moderního“ období v roce 1950 pochází z lidské činnosti (a 103 % od roku 1850), což je podobná hodnota, jakou uvádí IPCC. Kombinované přírodní vlivy vykazují mírné ochlazení, které je způsobeno především sopečnými erupcemi.

Jednoduchý statistický model použitý pro tuto analýzu časopisu Carbon Brief se liší od mnohem složitějších klimatických modelů, které vědci obvykle používají k posouzení vlivu člověka na oteplování. Klimatické modely jednoduše „nepřizpůsobují“ vlivy na pozorované teploty. Klimatické modely zahrnují také změny teploty v prostoru a čase a mohou zohlednit různou účinnost radiačních faktorů v různých oblastech Země.

Při analýze vlivu různých faktorů na globální teploty však komplexní klimatické modely obecně dosahují podobných výsledků jako jednoduché statistické modely. Následující obrázek z páté hodnotící zprávy IPCC ukazuje vliv různých faktorů na teplotu v období 1950-2010. Pozorované teploty jsou znázorněny černě, zatímco součet antropogenních vlivů je znázorněn oranžově.

To naznačuje, že samotné lidské vlivy by vedly k přibližně 110 % pozorovaného oteplení. IPCC do modelů zahrnul také odhadovanou velikost vnitřní variability v tomto období, která je podle nich relativně malá a srovnatelná s velikostí přirozených vnějších vlivů.

Jak říká pro Carbon Brief profesor Gabi Hegerl z Edinburské univerzity: „

Pozemní oblasti se oteplují rychleji

Teploty na pevnině se v minulém století oteplovaly podstatně rychleji než průměrné globální teploty, přičemž v posledních letech dosáhly přibližně 1,7 C nad předindustriální úroveň. Záznamy o teplotách na pevnině také sahají dále do minulosti než záznamy o globálních teplotách, ačkoli období před rokem 1850 je zatíženo mnohem většími nejistotami.

Pomocí statistického modelu lze teplotám na pevnině přiřadit jak lidské, tak přírodní radiační vlivy. Velikost lidských a přírodních radiačních vlivů se bude u pozemních a globálních teplot poněkud lišit. Například se zdá, že větší vliv na pevninu mají sopečné erupce, protože teploty na pevnině pravděpodobně rychleji reagují na rychlé změny forkingu.

Následující obrázek ukazuje relativní příspěvek jednotlivých různých radiačních forkingů k teplotám na pevnině od roku 1750.

Průměrné teploty povrchu pevniny z Berkeley Earth (černé tečky) a modelovaný vliv různých radiačních forkingů (barevné čáry), jakož i kombinace všech forkingů (šedá čára) pro období od roku 1750 do roku 2017. Graf vytvořil Carbon Brief pomocí Highcharts.

Kombinace všech vlivů obecně poměrně dobře odpovídá pozorovaným teplotám, přičemž krátkodobá variabilita kolem šedé čáry je způsobena především událostmi El Niño a La Niña. V teplotách před rokem 1850 jsou větší rozdíly, což odráží mnohem větší nejistoty v pozorovacích záznamech tak daleko zpět.

Stále existuje období kolem let 1930 a 1940, kdy pozorování převyšují to, co předpovídá model, ačkoli rozdíly jsou méně výrazné než u globálních teplot a odchylka v letech 1900-1920 v pozemních záznamech většinou chybí.

Volkanické erupce na konci 17. století a na začátku 19. století v pozemních záznamech ostře vystupují. Erupce hory Tambora v Indonésii v roce 1815 mohla ochladit teploty na pevnině o mohutných 1,5 °C, ačkoli tehdejší záznamy byly omezeny na části severní polokoule, a proto je těžké vyvodit jednoznačný závěr o globálních dopadech. Obecně se zdá, že sopky ochlazují teploty na pevnině téměř dvakrát více než globální teploty.

Co se může stát v budoucnu?

Carbon Brief použil stejný model k projekci budoucích teplotních změn spojených s jednotlivými faktory. Na obrázku níže jsou zobrazena pozorování do roku 2017 spolu s budoucími radiačními vlivy po roce 2017 podle scénáře RCP6.0, tedy scénáře středního až vysokého budoucího oteplování.

Globální průměrné povrchové teploty z Berkeley Earth (černé body) a modelovaný vliv různých radiačních faktorů (barevné čáry) pro období 1850 až 2100. Radiační vlivy po roce 2017 převzaty z RCP6.0. Graf vytvořil Carbon Brief pomocí Highcharts.

Pokud jsou k dispozici radiační vlivy pro scénář RCP6.0, jednoduchý statistický model ukazuje oteplení o přibližně 3C do roku 2100, což je téměř totožné s průměrným oteplením, které zjistily klimatické modely.

Očekává se, že v budoucnu se radiační vlivy z CO2 budou nadále zvyšovat, pokud dojde ke zvýšení emisí. Naproti tomu se předpokládá, že aerosoly dosáhnou vrcholu na dnešní úrovni a do roku 2100 výrazně poklesnou, což je z velké části způsobeno obavami o kvalitu ovzduší. Tento pokles aerosolů zvýší celkové oteplení, čímž se celkové oteplení způsobené všemi radiačními vlivy přiblíží oteplení způsobenému pouze skleníkovými plyny. Scénáře RCP nepředpokládají žádné konkrétní budoucí sopečné erupce, protože jejich načasování není známo, zatímco sluneční výkon pokračuje ve svém jedenáctiletém cyklu.

Tento přístup lze použít i pro teploty na pevnině, jak ukazuje následující obrázek. Zde jsou znázorněny teploty na pevnině v období 1750 až 2100, přičemž po roce 2017 budou použity i příznivé vlivy RCP6.0.

Průměrné teploty povrchu pevniny z Berkeley Earth (černé tečky) a modelovaný vliv různých radiačních příčin (barevné čáry) pro období 1750 až 2100. Radiační vlivy po roce 2017 převzaty z RCP6.0. Graf vytvořil Carbon Brief pomocí Highcharts.

Očekává se, že pevnina se bude oteplovat asi o 30 % rychleji než celá zeměkoule, protože rychlost oteplování nad oceány je tlumena pohlcováním tepla oceány. To je vidět na modelových výsledcích, kde se pevnina do roku 2100 oteplí přibližně o 4C oproti 3C globálně ve scénáři RCP6.0.

Existuje široký rozsah možného budoucího oteplení podle různých scénářů RCP a různé hodnoty citlivosti klimatického systému, ale všechny ukazují podobný vzorec poklesu budoucích emisí aerosolů a větší roli vlivu skleníkových plynů na budoucí teploty.

Úloha přirozené proměnlivosti

Ačkoli se zdá, že přirozené vlivy slunečního záření a sopek nehrají v dlouhodobém oteplování velkou roli, existuje také přirozená proměnlivost spojená s oceánskými cykly a změnami v příjmu tepla oceánem.

Jelikož převážná většina energie zachycené skleníkovými plyny je absorbována oceány, nikoli atmosférou, mohou mít změny v rychlosti příjmu tepla oceánem potenciálně velký vliv na teplotu povrchu. Někteří vědci tvrdí, že v oteplování v desetiletém měřítku mohou hrát roli vícedekádové cykly, jako je Atlantická vícedekádová oscilace (AMO) a Pacifická dekádová oscilace (PDO).

Ačkoli lidské faktory vysvětlují veškeré dlouhodobé oteplování, existují některá specifická období, která se zřejmě oteplovala nebo ochlazovala rychleji, než lze vysvětlit na základě našich nejlepších odhadů radiačního působení. Například mírný nesoulad mezi odhadem založeným na radiačním působení a pozorováním v polovině 20. století může být důkazem toho, že v tomto období hrála roli přirozená variabilita.

Řada vědců zkoumala potenciál přirozené variability ovlivnit dlouhodobé trendy oteplování. Zjistili, že obecně hraje omezenou roli. Například Dr. Markus Huber a Dr. Reto Knutti z Institutu pro vědy o atmosféře a klimatu (IAC) v Curychu zjistili, že maximální možný příspěvek přirozené variability činí přibližně 26 % (+/- 12 %) za posledních 100 let a 18 % (+/- 9 %) za posledních 50 let.

Knutti pro Carbon Brief uvedl:

„Nikdy nemůžeme zcela vyloučit, že přirozená variabilita je větší, než si v současnosti myslíme. Ale to je slabý argument: nikdy samozřejmě nemůžete vyloučit neznámou neznámou. Otázkou je, zda pro to existují silné, nebo dokonce nějaké důkazy. A odpověď je podle mého názoru záporná.

Modely uvádějí krátkodobou variabilitu teplot přibližně správně. V mnoha případech mají dokonce příliš mnoho. A u dlouhodobých si nemůžeme být jisti, protože pozorování jsou omezená. Ale vynucená odezva do značné míry vysvětluje pozorování, takže neexistuje žádný důkaz z 20. století, že nám něco uniká…

I kdyby se ukázalo, že modely podhodnocují vnitřní variabilitu trojnásobně, je velmi nepravděpodobné, že by vnitřní variabilita mohla způsobit tak velký trend, jaký byl pozorován.“

Podobně Dr. Martin Stolpe a jeho kolegové, rovněž z IAC, nedávno analyzovali roli vícedekádové přirozené variability v Atlantiku i Tichém oceánu. Zjistili, že „méně než 10 % pozorovaného globálního oteplování během druhé poloviny 20. století je způsobeno vnitřní variabilitou v těchto dvou oceánských povodích, což posiluje přisuzování většiny pozorovaného oteplování antropogenním vlivům.“

Vnitřní variabilita má pravděpodobně mnohem větší roli v regionálních teplotách. Například při vytváření neobvykle teplých období v Arktidě a USA ve 30. letech 20. století. Její role při ovlivňování dlouhodobých změn globálních povrchových teplot se však zdá být omezená.

Závěr

Přestože existují přírodní faktory, které ovlivňují zemské klima, kombinovaný vliv sopek a změn sluneční aktivity by v posledních 50 letech vedl spíše k ochlazení než k oteplení.

Globální oteplení, jehož jsme byli svědky v posledních 150 letech, téměř dokonale odpovídá tomu, co se očekává od emisí skleníkových plynů a dalších lidských činností, a to jak v jednoduchém modelu, který jsme zde zkoumali, tak ve složitějších klimatických modelech. Nejlepší odhad lidského příspěvku k modernímu oteplování je přibližně 100 %.

Nějaká nejistota zůstává kvůli roli přirozené proměnlivosti, ale vědci naznačují, že kolísání oceánů a podobné faktory pravděpodobně nejsou příčinou více než malého zlomku moderního globálního oteplování.

Metodika

Jednoduchý statistický model použitý v tomto článku je převzat z Indexu globálního oteplování, který publikovali Haustein et al (2017). Na druhé straně vychází z modelu Otto et al (2015).

Model odhaduje příspěvky k pozorovaným změnám klimatu a odstraňuje vliv přirozených meziročních výkyvů pomocí vícenásobné lineární regrese pozorovaných teplot a odhadovaných reakcí na celkové lidmi způsobené a celkové přírodní faktory změny klimatu. Reakce na vlivy jsou poskytovány standardním jednoduchým klimatickým modelem uvedeným v kapitole 8 IPCC (2013), ale velikost těchto reakcí je odhadována na základě shody s pozorováními. Forcingy vycházejí z hodnot IPCC (2013) a byly aktualizovány do roku 2017 na základě údajů z NOAA a ECLIPSE. Dr. Piers Forster z University of Leeds poskytl 200 variant těchto forcingů, které odrážejí nejistotu v odhadech forcingů. K dispozici je rovněž tabulka v programu Excel obsahující jejich model.

Model byl upraven tak, že byly vypočteny odezvy na vlivy pro každý z různých hlavních klimatických faktorů, a nikoli pouze celkový součet lidských a přírodních faktorů, přičemž pro pozorování byly použity záznamy z Berkeley Earth. Doba rozpadu tepelné odezvy použitá při přepočtu forcingů na forcingové odezvy byla upravena na jeden rok místo čtyř let pro vulkanické forcingy, aby lépe odrážela rychlou dobu odezvy přítomnou v pozorováních. Vliv událostí El Niño a La Niña (ENSO) byl z pozorování odstraněn pomocí přístupu převzatého od Fostera a Rahmstorfa (2011) a Kaplanova indexu El Niño 3,4 při výpočtu sopečné teplotní odezvy, protože překrývání mezi vulkány a ENSO jinak komplikuje empirické odhady.

Teplotní odezva pro každý jednotlivý forcing byla vypočtena škálováním jejich forcing odezvy celkovými lidskými nebo přírodními koeficienty z regresního modelu. Regresní model byl rovněž proveden zvlášť pro teploty na pevnině. Teplotní odezvy pro jednotlivé vlivy mezi lety 2018 a 2100 byly odhadnuty pomocí údajů o vlivech z RCP6.0, normalizovaných tak, aby odpovídaly velikosti pozorovaných vlivů na konci roku 2017.

Nejistoty v celkové lidské a celkové přírodní teplotní odezvě byly odhadnuty pomocí analýzy Monte Carlo 200 různých řad vlivů, stejně jako nejistoty v odhadnutých regresních koeficientech. Kód v jazyce Python použitý ke spuštění modelu je archivován na serveru GitHub a je k dispozici ke stažení.

Pozorované údaje z roku 2017 uvedené na obrázcích vycházejí z průměru prvních 10 měsíců roku a jsou pravděpodobně dosti podobné konečné roční hodnotě.

.