Analyysi: Carbon Brief

Ihmisen osuuden laajuudesta nykyaikaisessa ilmaston lämpenemisessä käydään kiivasta keskustelua poliittisissa piireissä, erityisesti Yhdysvalloissa.

Yhdysvaltojen energiaministeri Rick Perry totesi hiljattain kongressin kuulemistilaisuudessa, että ”se, että nousemme seisomaan ja sanomme, että ilmaston lämpeneminen johtuu 100-prosenttisesti ihmisen toiminnasta, on mielestäni päällisin puolin puolustuskelvotonta.”

Tiede ihmisen osuudesta nykyaikaiseen ilmaston lämpenemiseen on kuitenkin varsin selkeää. Hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin (IPCC) viidennen arviointiraportin mukaan ihmisen päästöt ja toimet ovat aiheuttaneet noin 100 prosenttia vuodesta 1950 lähtien havaitusta lämpenemisestä.

Tässä Carbon Brief tarkastelee, miten kukin maapallon ilmastoon vaikuttavista tärkeimmistä tekijöistä vaikuttaisi lämpötiloihin erikseen – ja miten niiden yhteisvaikutukset ennustavat lähes täydellisesti pitkän aikavälin muutoksia maapallon lämpötilassa.

Carbon Briefin analyysissä todetaan, että:

• Vuoden 1850 jälkeen lähes kaikki pitkän aikavälin lämpeneminen voidaan selittää kasvihuonekaasupäästöillä ja muulla ihmisen toiminnalla.
• Jos kasvihuonekaasupäästöt yksin lämmittäisivät maapalloa, odottaisimme noin kolmanneksen suurempaa lämpenemistä kuin todellisuudessa on tapahtunut. Niitä kompensoi ihmisen tuottamien ilmakehän aerosolien aiheuttama viileneminen.
• Aerosolien ennustetaan vähenevän merkittävästi vuoteen 2100 mennessä, jolloin kaikkien tekijöiden aiheuttama kokonaislämpeneminen olisi lähempänä pelkkien kasvihuonekaasujen aiheuttamaa lämpenemistä.
• Maailman luonnollisella vaihtelulla ei todennäköisesti ole merkittävää roolia pitkäaikaisessa lämpenemisessä.

Animaatio: Rosamund Pearce for Carbon Brief. Kuvat Alamy Stock Photon kautta.

Minkä verran lämpeneminen on ihmisen aiheuttamaa?

IPCC totesi vuoden 2013 viidennessä arviointiraportissaan poliittisille päättäjille tarkoitetussa yhteenvedossaan, että on ”erittäin todennäköistä, että yli puolet maapallon keskimääräisen pintalämpötilan havaitusta noususta” vuosina 1951-2010 johtui ihmisen toiminnasta. ”Erittäin todennäköisellä” se tarkoitti, että 95-100 prosentin todennäköisyydellä yli puolet nykyaikaisesta lämpenemisestä johtui ihmisestä.

Tämä hieman mutkikas lausunto on usein tulkittu väärin siten, että ihmisen vastuu nykyaikaisesta lämpenemisestä on jossain 50-100 prosentin välillä. Itse asiassa, kuten NASA:n tohtori Gavin Schmidt on huomauttanut, IPCC:n implisiittinen paras arvaus oli, että ihmiset olivat vastuussa noin 110 prosentista havaitusta lämpenemisestä (vaihteluväli 72 prosentista 146 prosenttiin), ja luonnolliset tekijät yksinään johtivat lievään viilenemiseen viimeisten 50 vuoden aikana.

Vastaavasti Yhdysvaltojen hiljattain julkaistussa neljännessä kansallisessa ilmastoarviossa todettiin, että 93-123 prosenttia vuosien 1951-2010 havaitusta lämpenemisestä johtui ihmisen toiminnasta.

Nämä johtopäätökset ovat johtaneet hämmennykseen siitä, miten yli 100 prosenttia havaitusta lämpenemisestä voisi johtua ihmisen toiminnasta. Ihmisen yli 100 prosentin osuus on mahdollinen, koska tulivuoriin ja auringon toimintaan liittyvä luonnollinen ilmastonmuutos olisi todennäköisesti johtanut lievään viilenemiseen viimeisten 50 vuoden aikana, mikä olisi kompensoinut osan ihmisen toimintaan liittyvästä lämpenemisestä.

”Voimatekijät”, jotka muuttavat ilmastoa

Tutkijat mittaavat eri tekijöitä, jotka vaikuttavat maapallon ilmastoon pääsevän ja sinne jäävän energian määrään. Niitä kutsutaan ”säteilypakotteiksi”.

Näihin pakotteisiin kuuluvat kasvihuonekaasut, jotka sitovat lähtevää lämpöä, aerosolit – sekä ihmisen toiminnasta että tulivuorenpurkauksista peräisin olevat – jotka heijastavat tulevaa auringonvaloa ja vaikuttavat pilvien muodostumiseen, muutokset auringon säteilytehossa, maanpinnan heijastuskyvyn muutokset, jotka liittyvät maankäyttöön, ja monet muut tekijät.

Arvioidakseen kunkin eri pakottavan tekijän osuutta havaittuihin lämpötilan muutoksiin Carbon Brief mukautti yksinkertaista tilastollista ilmastomallia, jonka tohtori Karsten Haustein ja hänen kollegansa Oxfordin yliopistossa ja Leedsin yliopistossa kehittivät. Tämä malli löytää sekä ihmisen aiheuttamien että luonnollisten ilmastopakotteiden ja lämpötilan välisen suhteen, joka vastaa parhaiten havaittuja lämpötiloja sekä maailmanlaajuisesti että pelkästään maa-alueilla.

Alla olevassa kuvassa esitetään kunkin ilmastopakotteen arvioitu merkitys maapallon pintalämpötilojen muutoksessa siitä lähtien, kun mittaukset aloitettiin vuonna 1850 – mukaan luettuina kasvihuonekaasut (punainen viiva), aerosolit (tummansininen), maankäyttö (vaaleansininen), otsoni (vaaleanpunainen), auringonpaisteiden aiheuttamat kaasupäästöt (keltainen) ja tulivuorten aiheuttamat kaasupäästöt (oranssi).

Mustat pisteet kuvaavat Berkeley Earth -pintalämpötilaprojektista saatuja havaittuja lämpötiloja, kun taas harmaa viiva kuvaa kaikkien erityyppisten pakotteiden yhdistelmästä johtuvaa arvioitua lämpenemistä

Maailmanlaajuiset keskimääräiset pintalämpötilat Berkeley Earth -pintalämpötilaprojektista saaduista tiedoista (mustat pisteet) ja erityyppisten säteilyä aiheuttavien pakotteiden mallinnettu vaikutus (värilliset viivat) sekä kaikkien pakotteiden yhdistelmästä johtuva lämpenemislämpötila (harmaa viiva) vuosilta 1850-2017. Lisätietoja on artikkelin lopussa olevissa menetelmissä. Kaavio on laadittu Carbon Briefin toimesta Highchartsin avulla.

Kaikkien säteilypakotteiden yhdistelmä vastaa yleensä melko hyvin havaittujen lämpötilojen pidemmän aikavälin muutoksia. Vuodesta toiseen esiintyy jonkin verran vaihtelua, joka johtuu pääasiassa El Niño -ilmiöistä, mutta ei johdu voimistimien muutoksista. On myös ajanjaksoja 1900-1920 ja 1930-1950, jolloin ennustetun ja havaitun lämpenemisen välillä on joitakin suurempia eroja sekä tässä yksinkertaisessa mallissa että monimutkaisemmissa ilmastomalleissa.

Taulukosta käy ilmi, että kaikista analysoiduista säteilevistä tekijöistä vain kasvihuonekaasupäästöjen lisääntyminen aiheuttaa viimeisten 150 vuoden aikana havaitun lämpenemisen suuruuden.

Jos kasvihuonekaasupäästöt yksin lämmittäisivät planeettaa, odottaisimme noin kolmanneksen suurempaa lämpenemistä kuin mitä todellisuudessa on tapahtunut.

Millainen rooli muilla tekijöillä on?

Kasvihuonekaasujen aiheuttama lisälämpeneminen kompensoituu rikkidioksidilla ja muilla fossiilisten polttoaineiden polton tuotteilla, jotka muodostavat ilmakehän aerosoleja. Ilmakehässä olevat aerosolit sekä heijastavat saapuvaa auringon säteilyä takaisin avaruuteen että lisäävät korkeiden, heijastavien pilvien muodostumista, mikä jäähdyttää maapalloa.

Ozon on lyhytikäinen kasvihuonekaasu, joka sitoo lähtevää lämpöä ja lämmittää maapalloa. Otsonia ei synny suoraan, vaan sitä muodostuu, kun metaani, hiilimonoksidi, typen oksidit ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet hajoavat ilmakehässä. Otsonin lisääntyminen johtuu suoraan ihmisen aiheuttamista näiden kaasujen päästöistä.

Yläilmakehässä kloorifluorihiilivetyjen (CFC-yhdisteiden) ja muiden otsonikerrosta heikentävien halogeenihiilivetyjen aiheuttamalla otsonin vähenemisellä on ollut vaatimaton viilentävä vaikutus. Alemman ja ylemmän ilmakehän otsonimuutosten yhteenlasketut nettovaikutukset ovat lämmittäneet maapalloa vaatimattomasti muutamalla asteen kymmenyksellä.

Muutokset maankäytössä muuttavat maapallon pinnan heijastuskykyä. Esimerkiksi metsän korvaaminen pellolla lisää yleensä avaruuteen heijastuvan auringonvalon määrää, erityisesti lumisilla alueilla. Vuodesta 1850 lähtien tapahtuneiden maankäytön muutosten nettovaikutus ilmastoon on vähäinen viileneminen.

Tulivuorilla on lyhytaikainen ilmastoa viilentävä vaikutus, koska ne ruiskuttavat sulfaattiaerosoleja korkealle stratosfääriin, jossa ne voivat säilyä muutaman vuoden ajan ilmassa heijastaen tulevaa auringonvaloa takaisin avaruuteen. Kun sulfaatit kuitenkin ajautuvat takaisin maanpinnalle, tulivuorten viilentävä vaikutus häviää. Oranssi viiva osoittaa tulivuorten arvioidun vaikutuksen ilmastoon, ja suuriin purkauksiin liittyy suuria, jopa 0,4 C:n lämpötilapiikkejä.

Loppujen lopuksi Auringon aktiivisuutta mitataan satelliiteilla viime vuosikymmeninä ja arvioidaan kaukaisemman menneisyyden auringonpilkkujen lukumäärän perusteella. Auringosta Maahan saapuvan energian määrä vaihtelee vaatimattomasti noin 11 vuoden syklissä. Auringon kokonaisaktiivisuus on hieman lisääntynyt 1850-luvulta lähtien, mutta Maahan saapuvan ylimääräisen aurinkoenergian määrä on pieni verrattuna muihin tutkittuihin säteilypakotteisiin.

Viimeisten 50 vuoden aikana Maahan saapuva aurinkoenergia on itse asiassa hieman vähentynyt, kun taas lämpötilat ovat nousseet jyrkästi.

Ihmisperäiset pakotetekijät vastaavat havaittua lämpenemistä

Tämän mallin paikkansapitävyys riippuu säteilevän pakotteen estimaattien tarkkuudesta. Joitakin säteilypakotetyyppejä, kuten ilmakehän hiilidioksidipitoisuuksien aiheuttamaa säteilypakotetta, voidaan mitata suoraan, ja niiden epävarmuudet ovat suhteellisen pieniä. Toisiin, kuten aerosoleihin, liittyy paljon suurempia epävarmuustekijöitä, koska niiden vaikutuksia pilvien muodostumiseen on vaikea mitata tarkasti.

Nämä on otettu huomioon alla olevassa kuvassa, jossa esitetään yhdistetyt luonnolliset pakotteet (sininen viiva) ja ihmisen aiheuttamat pakotteet (punainen viiva) sekä epävarmuustekijät, jotka tilastollinen malli liittää kuhunkin. Nämä tummennetut alueet perustuvat 200 erilaiseen arvioon säteilypakotteista, jotka sisältävät tutkimuksia, joissa on pyritty arvioimaan arvojen vaihteluväliä kullekin pakotteelle. Inhimillisten tekijöiden epävarmuudet kasvavat vuoden 1960 jälkeen, mikä johtuu suurelta osin aerosolipäästöjen kasvusta sen jälkeen.

Berkeley Earthin maapallon keskimääräiset pintalämpötilat (mustat pisteet) ja kaikkien yhdistettyjen luonnollisten (sininen viiva) ja inhimillisten (punainen viiva) säteilykeinojen mallinnettu vaikutus sekä niihin liittyvät epävarmuudet (tummennetut alueet) ajanjaksolla 1850-2017. Myös kaikkien luonnollisten ja inhimillisten vaikutusten yhdistelmä (harmaa viiva) on esitetty. Lisätietoja on artikkelin lopussa olevissa menetelmissä. Kaavio on Carbon Briefin laatima Highchartsin avulla.

Kaiken kaikkiaan kaikkiin ihmisen aiheuttamiin tekijöihin liittyvä lämpeneminen vastaa melko hyvin havaittua lämpenemistä, mikä osoittaa, että noin 104 prosenttia kokonaislämpenemisestä ”nykyaikaisen” ajanjakson alusta 1950 lähtien on peräisin ihmisen toiminnasta (ja 103 prosenttia vuodesta 1850 lähtien), mikä vastaa IPCC:n ilmoittamaa arvoa. Yhdistetyt luonnonvoimat osoittavat vaatimatonta viilenemistä, joka johtuu pääasiassa tulivuorenpurkauksista.

Carbon Briefin tässä analyysissä käyttämä yksinkertainen tilastollinen malli eroaa paljon monimutkaisemmista ilmastomalleista, joita tutkijat yleensä käyttävät arvioidessaan ihmisen vaikutusta lämpenemiseen. Ilmastomallit eivät yksinkertaisesti ”sovita” pakottavia tekijöitä havaittuihin lämpötiloihin. Ilmastomallit ottavat huomioon myös lämpötilan vaihtelut tilassa ja ajassa, ja ne voivat ottaa huomioon säteilypakotteiden erilaisen tehokkuuden maapallon eri alueilla.

Mutta analysoitaessa erilaisten pakotteiden vaikutusta globaaleihin lämpötiloihin monimutkaiset ilmastomallit antavat yleensä samanlaisia tuloksia kuin yksinkertaiset tilastolliset mallit. Alla olevassa IPCC:n viidennestä arviointiraportista peräisin olevassa kuvassa esitetään eri tekijöiden vaikutus lämpötilaan vuosina 1950-2010. Havaitut lämpötilat on esitetty mustalla, kun taas ihmisen aiheuttamien tekijöiden summa on esitetty oranssilla.

Tämä viittaa siihen, että ihmisen aiheuttamat tekijät yksinään olisivat aiheuttaneet noin 110 prosenttia havaitusta lämpenemisestä. IPCC sisällytti malleihinsa myös sisäisen vaihtelun arvioidun suuruuden kyseisenä ajanjaksona, jonka se ehdottaa olevan suhteellisen pientä ja verrattavissa luonnollisiin pakotteisiin.

Kuten professori Gabi Hegerl Edinburghin yliopistosta sanoo Carbon Briefille: ”IPCC:n raportissa on arvio, jossa periaatteessa sanotaan, että paras arvaus on, että vaikutusta ei ole, eikä epävarmuutta ole kovin paljon.”

Kiinteistöt lämpenevät nopeammin

Kiinteistöjen lämpötilat ovat lämmenneet huomattavasti nopeammin kuin globaalit keskilämpötilat viime vuosisadan aikana, ja lämpötilat ovat nousseet viime vuosina noin 1,7 celsiusastetta yli esiteollisen ajan tason. Maalämpötilamittaukset ulottuvat myös kauemmas taaksepäin kuin globaalilämpötilamittaukset, joskin vuotta 1850 edeltävään ajanjaksoon liittyy paljon suurempia epävarmuustekijöitä.

Tilastollisen mallin avulla sekä ihmisen aiheuttamat että luonnolliset säteilypakotteet voidaan sovittaa yhteen maalämpötilojen kanssa. Inhimillisten ja luonnollisten pakotteiden suuruus vaihtelee hieman maa- ja globaalilämpötilojen välillä. Esimerkiksi tulivuorenpurkauksilla näyttää olevan suurempi vaikutus maahan, koska maan lämpötilat todennäköisesti reagoivat nopeammin nopeisiin muutoksiin pakotteissa.

Alla olevassa kuvassa on esitetty kunkin erilaisen säteilypakotteen suhteellinen osuus maan lämpötiloihin vuodesta 1750 lähtien.

Berkeley Earthin mittaamat maan keskimääräiset pintalämpötilat (mustat pisteet) ja erilaisten säteilypakotteiden mallinnettu vaikutus (värilliset viivat) sekä kaikkien pakotteiden yhdistelmä (harmaa viiva) ajanjaksolla 1750-2017. Kaavio on laadittu Carbon Briefin toimesta Highchartsin avulla.

Kaikkien pakottavien tekijöiden yhdistelmä vastaa yleensä melko hyvin havaittuja lämpötiloja, ja lyhyen aikavälin vaihtelu harmaan viivan ympärillä johtuu pääasiassa El Niño- ja La Niña -tapahtumista. Lämpötilojen vaihtelu ennen vuotta 1850 on suurempaa, mikä heijastaa paljon suurempia epävarmuuksia havaintoaineistossa niin pitkälle taaksepäin.

Vuosien 1930 ja 1940 tienoilla on edelleen ajanjakso, jolloin havainnot ylittävät mallin ennustamat arvot, vaikka erot ovatkin pienempiä kuin globaalilämpötiloissa, ja vuosien 1900-1920 poikkeama puuttuu suurimmaksi osaksi maalla sijaitsevista rekistereistä.

1700-luvun loppupuoliskon ja 1800-luvun alkupuoliskon vulkaaniset purkautumiset erottuvat maalla sijaitsevista rekistereistä jyrkästi. Tambora-vuoren purkaus Indonesiassa vuonna 1815 on saattanut viilentää maan lämpötilaa 1,5 celsiusasteen verran, vaikka tuohon aikaan tallenteet koskivat vain osaa pohjoisesta pallonpuoliskosta ja siksi on vaikea tehdä varmoja johtopäätöksiä maailmanlaajuisista vaikutuksista. Yleisesti ottaen näyttää siltä, että tulivuoret viilentävät maan lämpötiloja lähes kaksi kertaa enemmän kuin globaalit lämpötilat.

Mitä voi tapahtua tulevaisuudessa?

Carbon Brief käytti samaa mallia ennustaakseen kuhunkin pakottavaan tekijään liittyviä tulevia lämpötilamuutoksia. Alla olevassa kuvassa näkyvät havainnot vuoteen 2017 asti sekä vuoden 2017 jälkeiset tulevat säteilypakotteet RCP6.0:sta, joka on keskikorkea tai korkea lämpenemisskenaario tulevaisuudessa.

Berkeley Earthin maapallon keskimääräiset pintalämpötilat (mustat pisteet) ja eri säteilypakotteiden mallinnettu vaikutus (värilliset viivat) vuosina 1850-2100. Vuoden 2017 jälkeiset pakotteet on otettu RCP6.0:sta. Kaavio on laadittu Carbon Briefin toimesta Highchartsin avulla.

Kun sille annetaan RCP6.0-skenaarion säteilypakotteet, yksinkertainen tilastollinen malli osoittaa noin 3 celsiusasteen lämpenemistä vuoteen 2100 mennessä, mikä on lähes identtinen ilmastomallien havaitseman keskimääräisen lämpenemisen kanssa.

Hiilidioksidipäästöistä aiheutuvan säteilypakotteen odotetaan jatkavan kasvuaan, jos päästöt kasvavat. Aerosolien sen sijaan ennustetaan saavuttavan huippunsa nykyisellä tasolla ja vähenevän merkittävästi vuoteen 2100 mennessä, mikä johtuu suurelta osin huolista ilmanlaadusta. Aerosolien väheneminen lisää kokonaislämpenemistä, jolloin kaikkien säteilypakotteiden aiheuttama kokonaislämpeneminen lähestyy pelkkien kasvihuonekaasujen aiheuttamaa lämpenemistä. RCP-skenaarioissa oletetaan, että tulevaisuudessa ei tapahdu erityisiä tulivuorenpurkauksia, koska niiden ajankohtaa ei tiedetä, kun taas auringon säteilyteho jatkaa 11-vuotista sykliään.

Tätä lähestymistapaa voidaan soveltaa myös maan lämpötiloihin, kuten alla olevasta kuvasta käy ilmi. Tässä esitetään maanpinnan lämpötilat vuosina 1750-2100, ja vuoden 2017 jälkeiset pakotteet myös RCP6.0:sta.

Berkeley Earthin maanpinnan keskilämpötilat (mustat pisteet) ja eri säteilypakotteiden mallinnettu vaikutus (värilliset viivat) vuosina 1750-2100. Vuoden 2017 jälkeiset pakotteet otettu RCP6.0:sta. Kaavio on laadittu Carbon Briefin toimesta Highchartsin avulla.

Maapallon odotetaan lämpenevän noin 30 prosenttia nopeammin kuin maapallon lämpeneminen kokonaisuudessaan, koska valtamerten lämpenemisvauhti puskuroituu valtamerten lämmöntalteenoton ansiosta. Tämä näkyy mallituloksissa, joissa maa lämpenee vuoteen 2100 mennessä noin 4 celsiusastetta, kun taas RCP6.0-skenaariossa maapallon lämpeneminen on 3 celsiusastetta.

Vaihteluväli eri RCP-skenaarioiden aiheuttaman tulevan lämpenemisen välillä on laaja ja ilmastojärjestelmän herkkyydelle on erilaisia arvoja, mutta kaikki osoittavat samankaltaisen mallin, jonka mukaan aerosolipäästöt vähenevät tulevaisuudessa ja kasvihuonekaasupanosten vaikutus tuleviin lämpötiloihin kasvaa.

Luonnollisen vaihtelun merkitys

Ja vaikka auringon ja tulivuorten aiheuttamilla luonnollisilla pakotteilla ei näytä olevan suurta merkitystä pitkän aikavälin lämpenemisessä, on olemassa myös luonnollista vaihtelua, joka liittyy valtamerten sykleihin ja valtamerten lämmöntalteenoton vaihteluihin.

Koska valtaosa kasvihuonekaasujen sitomasta energiasta imeytyy valtameriin eikä ilmakehään, valtamerten lämmöntalteenoton nopeuden muutoksilla voi olla mahdollisesti suuri vaikutus pintalämpötilaan. Jotkut tutkijat ovat väittäneet, että monivuotisilla sykleillä, kuten Atlantin monivuotisella värähtelyllä (Atlantic Multidecadal Oscillation, AMO) ja Tyynenmeren kymmenvuotisella värähtelyllä (Pacific Decadal Oscillation, PDO), voi olla merkitystä lämpenemisessä kymmenvuotisella mittakaavalla.

Vaikka inhimilliset tekijät selittävät kaiken pitkäaikaisen lämpenemisen, on joitain erityisiä ajanjaksoja, jotka näyttävät lämmenneen tai viilenneen nopeammin kuin voidaan selittää parhaiden arvioidessamme säteilysuuntausta. Esimerkiksi säteilypakotteeseen perustuvan arvion ja 1900-luvun puolivälissä tehtyjen havaintojen välinen vaatimaton epäsuhta saattaa olla osoitus luonnollisen vaihtelun roolista kyseisenä ajanjaksona.

Monet tutkijat ovat tarkastelleet luonnollisen vaihtelun mahdollisuuksia vaikuttaa pitkän aikavälin lämpenemistrendeihin. He ovat havainneet, että sen merkitys on yleensä vähäinen. Esimerkiksi tohtori Markus Huber ja tohtori Reto Knutti Zürichissä sijaitsevasta ilmakehä- ja ilmastotieteen instituutista (Institute for Atmospheric and Climate Science, IAC) havaitsivat, että luonnollisen vaihtelun suurin mahdollinen osuus on noin 26 prosenttia (+/- 12 prosenttia) viimeisten sadan vuoden aikana ja 18 prosenttia (+/- 9 prosenttia) viimeisten 50 vuoden aikana.

Knutti sanoo Carbon Briefille:

”Emme voi koskaan täysin sulkea pois sitä, että luonnollinen vaihtelu on suurempaa kuin tällä hetkellä luulemme. Mutta se on heikko argumentti: tuntematonta tuntematonta ei tietenkään voi koskaan sulkea pois. Kysymys on siitä, onko siitä vahvaa, tai edes mitään todisteita. Ja vastaus on mielestäni ei.

Mallit saavat lyhytaikaisen lämpötilavaihtelun suunnilleen oikeaksi. Monissa tapauksissa niissä on jopa liikaa. Ja pitkän aikavälin osalta emme voi olla varmoja, koska havainnot ovat rajalliset. Mutta pakotettu vaste selittää melko pitkälti havainnot, joten 1900-luvulta ei ole näyttöä siitä, että meiltä puuttuisi jotakin…

Vaikka mallien havaittaisiinkin aliarvioivan sisäistä vaihtelua kolminkertaisesti, on äärimmäisen epätodennäköistä, että sisäinen vaihtelu voisi saada aikaan havaittua suuremman trendin.”

Tohtori Martin Stolpe kollegoineen, niin ikään IAC:ssä, analysoi hiljattain monivuotisen luonnollisen vaihtelun roolia sekä Atlantin että Tyynen valtameren osalta. He havaitsivat, että ”alle 10 prosenttia 1900-luvun jälkipuoliskolla havaitusta maailmanlaajuisesta lämpenemisestä johtuu sisäisestä vaihtelusta näissä kahdessa valtamerialtaassa, mikä vahvistaa sitä, että suurin osa havaitusta lämpenemisestä johtuu ihmisen aiheuttamista tekijöistä.”

Sisäisellä vaihtelulla on todennäköisesti paljon suurempi merkitys alueellisiin lämpötiloihin. Esimerkiksi tuottamalla epätavallisen lämpimiä jaksoja arktisella alueella ja Yhdysvalloissa 1930-luvulla. Sen rooli maailmanlaajuisten pintalämpötilojen pitkän aikavälin muutoksiin vaikuttamisessa näyttää kuitenkin olevan rajallinen.

Johtopäätös

Maapallon ilmastoon vaikuttavat luonnolliset tekijät, mutta tulivuorten ja auringon aktiivisuuden muutosten yhteisvaikutus olisi johtanut pikemminkin viilenemiseen kuin lämpenemiseen viimeisten 50 vuoden aikana.

Viimeisten 150 vuoden aikana havaittu maailmanlaajuinen lämpeneminen vastaa lähes täydellisesti sitä, mitä kasvihuonekaasupäästöillä ja muulla inhimillisellä aktiivisuudella odotetaan aiheutuvan sekä tässä tarkastellussa yksinkertaisessa mallissa että monimutkaisemmissa ilmastonkeston malleissa. Paras arvio ihmisen osuudesta nykyaikaiseen lämpenemiseen on noin 100 prosenttia.

Joitakin epävarmuustekijöitä jää jäljelle luonnollisen vaihtelun roolista johtuen, mutta tutkijat viittaavat siihen, että valtamerten vaihtelut ja muut vastaavat tekijät eivät todennäköisesti aiheuta kuin pienen murto-osan nykyaikaisesta ilmaston lämpenemisestä.

Metodologia

Tämässä artikkelissa käytettyä yksinkertaista tilastollista mallia on mukailtu Hausteinin ym. julkaisemasta globaalista ilmaston lämpenemistä kuvaavasta Indeksistä (Global Warming Index) (Haustein ym. 2017). Se puolestaan perustuu Otto et al:n (2015) malliin.

Malli arvioi osuudet havaittuun ilmastonmuutokseen ja poistaa luonnollisten vuosittaisten vaihteluiden vaikutuksen moninkertaisella lineaarisella regressiolla havaituista lämpötiloista ja arvioiduista vasteista ihmisen aiheuttamiin ja luonnollisiin ilmastonmuutoksen taustatekijöihin yhteensä. Pakotevasteet saadaan IPCC:n (2013) luvussa 8 esitetystä yksinkertaisesta ilmastomallista, mutta näiden vasteiden suuruus arvioidaan sovittamalla ne havaintoihin. Pakotteet perustuvat IPCC:n (2013) arvoihin, ja ne päivitettiin vuoteen 2017 NOAA:n ja ECLIPSE:n tietojen avulla. Tohtori Piers Forster Leedsin yliopistosta toimitti 200 variaatiota näistä pakotteista, jotka heijastavat epävarmuutta pakote-arvioissa. Heidän mallinsa sisältävä Excel-taulukko on myös toimitettu.

Mallia mukautettiin laskemalla pakotevasteet kullekin tärkeimmälle ilmastopakotteelle sen sijaan, että olisi laskettu pelkät ihmisen aiheuttamat ja luonnon aiheuttamat kokonaispakotteet, käyttäen havaintojen osalta Berkeley Earth -rekisteriä. Lämpövasteen hajoamisaikaa, jota käytettiin muunnettaessa pakotteita pakotevasteiksi, mukautettiin siten, että se on yksi vuosi neljän vuoden sijasta tulivuoriperäisten pakotteiden osalta, jotta se vastaisi paremmin havainnoissa esiintyvää nopeaa vasteaikaa. El Niño ja La Niña (ENSO) -tapahtumien vaikutukset poistettiin havainnoista Fosterin ja Rahmstorfin (2011) ja Kaplanin El Niño 3.4 -indeksin mukaisella lähestymistavalla laskettaessa vulkaanista lämpötilavasteesta, koska tulivuorten ja ENSO:n päällekkäisyys muutoin hankaloittaa empiirisiä arvioita.

Lämpötilavasteet kullekin yksittäiselle pakottavalle voimakkeelle laskettiin skaalauttamalla niiden pakottavien voimakkeiden vaste regressiomallilla saatujen inhimillisien tai luontaisten tekijöiden yhteenlasketuilla kokonaiskerroilla. Regressiomalli ajettiin myös erikseen maan lämpötiloille. Lämpötilavasteet kullekin pakotteelle vuosien 2018 ja 2100 välillä arvioitiin käyttäen RCP6.0:n pakotetietoja, jotka normalisoitiin vastaamaan havaittujen pakotteiden suuruutta vuoden 2017 lopussa.

Lämpötilavasteiden inhimillisten ja luonnollisten kokonaisvasteiden kokonaismäärän epävarmuudet arvioitiin käyttämällä Monte Carlo -analyysiä 200 eri pakotesarjasta, samoin kuin arvioitujen regressiokertoimien epävarmuudet. Mallin ajamiseen käytetty Python-koodi on arkistoitu GitHubiin, ja se on ladattavissa.

Luvuissa esitetyt vuoden 2017 havaintotiedot perustuvat vuoden 10 ensimmäisen kuukauden keskiarvoon, ja ne ovat todennäköisesti melko samanlaisia kuin lopullinen vuosiarvo.