Záhada (ne)pokračujúceho globálneho otepľovania leží hlboko v oceánoch

Otepľovanie planéty sa nezastavilo, naopak neustále sa zrýchľuje

Ak ste sa niekedy pozerali na krivku globálnej teploty (Obr. 1), priemerujúcu nielen teplotné pomery pevnín, ale aj oceánov, zrejme ste si všimli niekoľko zaujímavých rysov. Popri medziročnej premenlivosti, ktorá sa prejavuje „skákaním“ alebo kolísaním hodnôt hore-dole okolo určitej strednej hodnoty, ste celkom určite dokázali rozpoznať aj dlhodobý trend, ktorý je najmä od 70. rokov 20. storočia zreteľne rastúci. Problémom tejto krivky je ale to, že v sebe zahŕňa tak vplyvy prírodného, ako aj antropogénneho charakteru. A prečo si myslím, že je to problém? Pre laika môže byť obraz zmien klímy, ktorý sa mu ponúka pri pohľade na takýto priebeh globálnej teploty od roku 1880 (prípadne od roku 1850) trochu mätúci a nič nehovoriaci o príčinách tohto vývoja. Ak im chceme trochu viac porozumieť, potrebujeme sa dostať trochu viac pod povrch, aby sme neinterpretovali len prvotný „dojem“ z tejto, celkom určite najpopulárnejšej a najdiskutovanejšej krivky posledných rokov. Jedna z najčastejších chýb, ktorej sa dopúšťajú tak laici, ako aj "klimaskeptici", súvisí s vývojom globálnej teploty v posledných 15 rokoch. 

Obr. 1: Priemerná globálna teplota v období 1850-2012 podľa troch svetových databáz: Met Office Hadley Centre/Climatic Research Unit HadCRUT4, NASA GISS and NOAA NCDC (Zdroj)

O čom je reč? Ako vidieť z Obr. 1, po pomerne strmom náraste teploty od 70. rokov minulého storočia sa tempo po roku 1998 akosi zvoľnilo. Budí to dojem, akoby sa otepľovanie takmer úplne zastavilo. Skutočne je tomu tak? Krivka je, ako sme uviedli už vyššie, priemerom teplôt prízemných vrstiev troposféry, tak nad pevninami ako aj nad oceánmi. Vzduch však podlieha pomerne veľkým teplotným zmenám a ani zďaleka nemá porovnateľnú tepelnú kapacitu ako napríklad voda, v tomto zmysle pozemské oceány. A keďže oceány pokrývajú viac ako 70 % zemského povrchu a ich priemerná hĺbka je o niečo viac ako 3000 metrov, niet pochýb o tom, že predstavujú pre globálny klimatický systém Zeme najväčší rezervoár tepla. Ak sa zemská atmosféra z nejakého dôvodu začne ochladzovať, napríklad kvôli poklesu aktivity Slnka, oceány veľmi efektívne toto ochladzovanie pomerne dlhú dobu brzdia tým, že do atmosféry uvoľňujú teplo, akumulované v dobách, kedy sa planéta naopak otepľovala. Presne takto to funguje s oceánmi aj dnes, len s tým rozdielom, že sme presne v opačnej situácii. Zemská atmosféra sa v dôsledku zvýšeného množstva radiačne aktívnych plynov otepľuje a takmer všetko prebytočné tepla ukladá práve do oceánov (viac ako 93 %, Obr. 2). Avšak, už aj tá malá časť tepla, ktorá zostáva v atmosfére sa prejavuje v podobe výrazne rastúceho trendu globálnej teploty. 

Obr. 2: Vizualizácia podielu prebytočného tepla smerujúceho do jednotlivých subsystémov globálneho klimatického systému - hodnoty vypočítané za obdobie 1993-2003 (Zdroj)

Celkom určite vám teraz napadla otázka, aké veľké by otepľovanie bolo, nebyť oceánov. Určitú predstavu získate, ak sa pozriete na globálny trend vývoja obsahu tepla v oceánoch (Obr. 3). Niektorí klimatológovia celkom opodstatnene tvrdia, že ak chceme vidieť reálny obraz globálneho otepľovania, stačí sa pozrieť do oceánov. A skutočne. Vývoj obsahu tepla v rôznych hĺbkach podlieha len minimálnej premenlivosti, zato ale celkový trend je pozoruhodne výrazný – rastúci, a dokonca ani v posledných rokoch nezaznamenal odklon od tohto vývoja. Práve naopak, ako ukazuje aj jedna z posledných štúdií, zameraná na analýzu dlhodobých trendov tepelného obsahu oceánov, akumulácia tepla globálnym klimatickým systémom sa neustále zrýchľuje. Článok bol uverejnený v impaktovom časopise Geophysical Research Letters (Distinctive climate signals inreanalysis of global ocean heat conten; autori: Balmaseda, Trenberth, a Källén). 

Obr. 3: Porovnanie vývoja tepelného obsahu vrstiev oceánov v hĺbkach 0-700 m (svetlomodrá) a 700-2000 m (tmavomodrá) s mierou oteplenia v atmosfére (červená) v období 1961-2008 (Zdroj)
 

Jeho závery nielenže jednoznačne vyvracajú populárny mýtus o tom, že planéta Zem sa od roku 1998 už neotepľuje, ale poskytuje aj vysvetlenie príčiny toho, prečo krivka globálnej teploty nerastie v poslednom desaťročí v zhode so scenármi globálnych cirkulačných modelov, založených na náraste koncentrácií CO₂ v atmosfére. Príčina je dnes už zrejmá. Analyzovaním teplotných údajov pochádzajúcich z batytermografov a morských bójí systému AGRO (údaje poskytlo Európske centrum pre strednodobé predpovede – ECMWF) v rôznych hĺbkach autori zistili, že približne 30 % z celkového oteplenia oceánov sa v poslednom desaťročí uložilo do hlbších vrstiev oceánov, ležiacich v hĺbkach viac ako 700 metrov. To ale nie je všetko. Vývoj akumulácie tepla vo všetkých analyzovaných úrovniach oceánu poukazuje ešte na jeden, oveľa závažnejších fakt, a to, že práve intenzívnejšie ukladanie tepla do väčších oceánskych hĺbok stojí za spomalením otepľovania atmosféry v poslednej dekáde (Obr. 4). 

Spomalenie trendov otepľovania v atmosfére by nám preto nemalo dodávať pocit falošného optimizmu z toho, že sa klimatická zmena spomalila alebo úplne zastavila, a že sa de facto nič tak dramatické nedeje. Toto je takpovediac až fatálny omyl! 

Obr. 4: Tepelný obsah oceánov vo hĺbkach od 0 do 300 m (sivá), do 700 m (modrá) a v celej hĺbke oceánov (fialová) získaný zo simulácií modelov a reanalýz ECMWF (ORAS4) - časové rady predstavujú hodnoty mesačných odchýlok (od priemeru 1958-1965) zhľadených 12-mesačným kĺzavým priemerom. Vertikálne banery zvýrazňujú obdobia s ochladzujúcim účinkom troch veľkých sopečných erupcií (Agung v r. 1963, El Chichon v r. 1982, Mt. Pinatubo v r. 1991) a otepľujúcim účinkom El Niña z rokov 1997/1998 (Zdroj)
 
Zem nielenže v akumulácii tepla pokračuje, ale ako naznačujú aj vyššie popísané závery, deje sa tak v stále rýchlejšom tempe. Dosiahnuté výsledky sú navyše konzistentné s predošlými analýzami vývoja tepelného obsahu oceánov (napr.: Nuccitelli et al. (2012); Levitus et al. (2012); Von Schuckmann & Le Traon (2011)).

 

Obr. 5: Percentuálny podiel antropogénnych a prírodných faktorov na otepľovaní v období posledných 50-65 rokov podľa viacerých zdrojov: Tett et al. 2000 (T00, tmavomodrá), Meehl et al. 2004 (M04, červená), Stone et al. 2007 (S07, svetlozelená), Lean and Rind 2008 (LR08, purpurová), Huber and Knutti 2011 (HK11, svetlomodrá), Gillett et al. 2012 (G12, oranžová), Wigley and Santer 2012 (WS12, tmavozelená), and Jones et al. 2013 (J12, ružová). (Zdroj)

Ďalším pozoruhodným príspevkom je analýza príčin súčasného otepľovania od autorského kolektívu Jones, Stott a Christidis (všetci pracujúci v MetOffice vo Veľkej Británii). Autori využili pre analýzu výstupy globálnych klimatických modelov projektu CMIP5 (World Climate Research Programme’s Coupled ModelIntercomparison Project Phase 5), založených na náraste koncentrácií skleníkových plynov v atmosfére a porovnali ich s nameranými hodnotami globálnej teploty. 

Zatiaľ, čo reálne namerané údaje vykazovali v období posledných 60 rokov (1951-2010) celkový trend oteplenia na úrovni 0,6 °C, modelové simulácie CMIP5 dávali pre tú istú časovú periódu oteplenie o niečo vyššie (0,6 až 1,2 °C). Tento, na prvý pohľad rozpor, je v prípade reálnych údajov spôsobený ochladzujúcim účinkom aerosólov (do 0,5 °C). Percentuálny podiel jednotlivých faktorov vplývajúcich na globálnu teplotu (skleníkové plyny, aerosóly, vulkanické erupcie a slnečná aktivita) bol vypočítaný na základe čiastkových behov modelov zahrňujúcich vždy len jeden z uvedených faktorov (nakoniec bol model pustený so zahrnutím všetkých). 

Treba na okraj poznamenať, že modely celkovo nadhodnocujú súčasné otepľovanie. Je to spôsobené hlavne tým, že do modelov doposiaľ nedokážeme dostatočne zahrnúť vplyvy, ktoré stoja za spomalením otepľovania atmosférickej časti klimatického systému v poslednej dekáde (ako už vieme, príčinou bola zvýšená akumulácia tepla do oceánov), Toto nadhodnocovanie sa prejavilo napríklad aj tým, že súčet percentuálnych podielov účinku jednotlivých faktorov vychádza takmer vždy viac ako 100 % (Obr. 5). 

Obr. 6: Priemerná ročná globálna teplota (ako odchýlka od priemeru 1880-1919) zo simulácií CMIP3 (modrá) CMIP5 (červená) so zahrnutím všetkých faktorov ovplyvňujúcich teplotu; čierne línie predstavujú pozorovanú globálnu teplotu podľa štyroch svetových databáz. Všetky modelové a merané výstupy majú rovnaké priestorové pokrytie ako  HadCRUT4 (Zdroj)

Obr. 7: To isté ako na Obr. 6, ale s tým rozdielom, že výstupy zo simulácií CMIP3 (modrá) CMIP5 (červená) počítajú výlučne len s účinkom prírodných faktorov (Zdroj)

Obr. 8: Ročná priemerná globálna teplota (odchýlka od priemeru 1880-1919) podľa výstupov simulácií CMIP5 (červená - so započítaným účinkom len skleníkových plynov) a nameraných údajov zo štyroch svetových databáz (čierne línie) (Zdroj)

Hlavným záverom tohto príspevku je zistenie, že súčasné otepľovanie, pozorované v období posledných 60 rokov, nie je možné vysvetliť pôsobením žiadneho z prírodných faktorov (ako vidieť na Obr. 7, ich spoločný účinok je ochladzujúci), či dokonca vnútornou variabilitou klimatického systému (napr. pôsobením El Niña). Naopak vplyv radiačného pôsobenia skleníkových plynov, a to predovšetkým CO₂, je výrazne dominantný (na oteplení sa podieľal z 100-200 % - tento podiel bol čiastočne znížený ochladzujúcimi účinkami antropogénneho pôvodu – napr. aerosólami). 

Obr. 9: Atmosférické otepľovanie síce vďaka pôsobeniu vnútornej variability klimatického systému v poslednom desaťročí mierne spomalilo, no oceánska čast systému sa otepľuje stále rýchlejšie (čiastočne môže za to aj takmer permanentná chladná fáza ENSO - La Niña, ktorá dominovala v období 2000-2010 veľmi výrazne)

Pozorované trendy otepľovania a prejavy klimatickej zmeny
 
Meteorologické pozorovania poukazujú na to, že priemerná teplota zemského povrchu je o takmer 0,8 °C vyššia ako bola pred 100 rokmi. Od polovice 70. rokov sa oteplilo o 0,6 °C. V priebehu posledných 25 rokov rástli globálne teploty vzduchu rýchlosťou približne 0,2 °C za desaťročie, čo je vo veľmi dobrej zhode s predpoveďami založenými na náraste množstva skleníkových plynov. Dokonca aj napriek poklesu intenzity slnečného žiarenia, trend otepľovania pokračuje a nielen to. Zatiaľ posledná správa Medzivládneho panelu o zmene klímy (Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC) uvádza, že 12 najteplejších rokov v histórii meteorologických pozorovaní sa vyskytlo od začiatku 90. rokov 20 storočia. 

Obr. 9: Globálna teplota zemského povrchu v období 1850-2006. Teplota je uvádzaná v odchýlkach od dlhodobého priemeru 1961-1990. Lineárne trendy sú vypočítané pre časové obdobia 150 (0,045 °C ± 0,012 °C), 100 (0,074 °C ± 0,018 °C), 50 (0,128 °C ± 0,026 °C) a 25 (0,177 °C ± 0,052 °C) rokov – trendy jednoznačne potvrdzujú zrýchľovania otepľovania) (Zdroj: IPCC AR4 2007).

Zatiaľ posledná hodnotiaca správa IPCC z roku 2007 (AR4) predstavila celkom jednoznačný obraz o prebiehajúcom otepľovaní globálnej klímy. Za posledných 30 rokov je teplotný trend v rámci obdobia do roku 2006 0,177 °C ± 0,052 °C oteplenia za desaťročie. Ak toto obdobie aktualizujeme o roky 2007 a 2008, získame trend 0,187 °C ± 0,052 °C za desaťročie. Na nižšie uvedenom grafe v obr. 3, ktorý zachytáva vývoj globálnej teploty zemského povrchu od roku 1850 do roku 2006, je možné identifikovať dve hlavné fázy otepľovania v 20. storočí, a to v  obdobiach 1910-1940 a neskôr 1975-2006. Lineárne trendy označené farebnými čiarami potvrdzujú zrýchľovanie otepľovania ku koncu 20. storočia a na začiatku 21. storočia. 

Najdôležitejšie prejavy zmeny klímy je možné na základe záverov IPCC zhrnúť do nasledujúcich bodov:

• Zvýšenie priemernej globálnej teploty vzduchu v dôsledku interakcie prírodných faktorov  a ľudských aktivít o 0,74 °C za sto rokov (1906-2005).
• Zvýšenie teploty oceánov minimálne do hĺbky 3 000 m a povrchu oceánov o 0,6 °C, vzostup hladiny oceánov o 0,12-0,22 m v priebehu 20. Storočia.
• Topenie horských a kontinentálnych ľadovcov vo všetkých významných horských oblastiach sveta, v Grónsku a Antarktíde.
• Zvýšenie frekvencie a intenzity extrémnych prejavov počasia, vzrast častosti výskytu a intenzity extrémnych maxím meteorologických a hydrologických prvkov na celom svete – napr. intenzívnejšie zrážky; prehĺbenie extrémnych meteorologických a hydrologických miním – častejší výskyt sucha, atď. (okrem minimálnej teploty vzduchu).
• Zvýšenie maximálnych teplôt vzduchu, zvýšenie častosti výskytu tropických dní (maximálna denná teplota ≥ 30 °C), predlžovanie a rast extrémnosti vĺn horúčav, zvýšenie častosti výskytu období bez zrážok, zvýšene minimálnych denných teplôt vzduchu, zníženie frekvencie mrazových dní na všetkých kontinentoch.
• Zvýšenie častosti výskytu extrémnych zrážok, najmä vo vlhkých oblastiach, rast intenzity, zvýšenie častosti výskytu a maximálnych prietokov povodní.
• Významný nárast zrážok vo východných častiach Severnej a Južnej Ameriky, severnej Európy a severnej a centrálnej Ázie, pokles zrážok v Stredomorí, Sahelu, južnej Afrike a južnej Ázii.
• Zmenšenie rozsahu snehovej pokrývky, najmä na severnej pologuli, v jarnom a letnom období o 5 % (1966-2005); skrátenie obdobia s výskytom trvalej snehovej pokrývky, výrazný ústup trvalo zamrznutej pôdy (permafrostu) na severnej pologuli.
• Zmeny vzdušného prúdenia, posun cirkulačných systémov smerom ku geografickým pólom (rozširovanie cirkulácie tropických šírok smerom na sever, resp. na juh od rovníka), zosilnenie západných vetrov v miernych zemepisných šírkach.
• Zvýšenie časti výskytu silných hurikánov a tajfúnov, nárast ich deštruktívnej sily.
• Predlženie vegetačného obdobia vo vyšších geografických šírkach.
• V dôsledku rastu teploty vôd dochádza k jej zvýšenej eutrofizácii, čo vedie k zvýšeniu frekvencie výskytu vodných (morských) rias, vrátane toxických druhov.  

Literatúra

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/grl.50382/abstract

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0375960112010389

http://www.nodc.noaa.gov/OC5/3M_HEAT_CONTENT/index.html

http://www.agu.org/pubs/crossref/pip/2012GL051106.shtml

http://www.skepticalscience.com/Kevin-Trenberth-travesty-cant-account-for-the-lack-of-warming.htm

http://www.skepticalscience.com/global-cooling-january-2007-to-january-2008-intermediate.htm

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jgrd.50239/abstract

http://cmip-pcmdi.llnl.gov/cmip5/
http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/ch5s5-2-2-3.html