Predvídateľná nepredvídateľnosť

Zrejme všetci ste už počuli o teórii chaosu a teda možno viete aj to, že notoricky známy „efekt motýlieho krídla“ nachádza svoje uplatnenie v predpovedaní počasia. Kedysi sme si mysleli, že pomocou fyzikálnych zákonov tvoriacich základ modelov chovania atmosféry dokážeme predpovedať počasie na týždeň, mesiac či rok dopredu. 

Teória chaosu, navrhnutá Edwardom Lorenzom v roku 1963, nám však ukázala, že to nikdy možné nebude. Problém je v tom, že fyzika modelov bude vždy len približná, a to isté platí aj o údajoch používaných pri modelových simuláciách. Tieto nepresnosti jednoducho stačia k tomu, aby trajektória predpokladaného vývoja zmenila svoj vývoj až natoľko, že so skutočným priebehom počasia už nemá takmer nič spoločné. 

Obr. 1: Numerickým riešením Lorenzových rovníc teórie chaosu je tzv. podivný atraktor (Zdroj)

Ako ale môžeme dôverovať klimatickým predpovediach na desaťročia dopredu, keď ani pri odhade stavu atmosféry na pár nasledujúcich dní nie sme si celkom istí, čo nás čaká? Keďže pri modelovaní budúcej klímy si nevšímame detailný vývoj počasia, efekt motýlieho krídla sa v tomto prípade uplatňuje minimálne. Riešenie rovníc teórie chaosu síce v krátkodobom horizonte dáva nepredvídateľné výsledky, no pri dlhodobom vývoji je trend výsledkov zreteľnejší (stačí sa pozrieť na chovanie tzv. podivného atraktoru, Obr. 1). V prípade klimatických predpovedí to jednoducho znamená to, že aj keď sú krátkodobé predpovede chaotické, dlhodobá predpoveď ponúka v hlavných rysoch celkom spoľahlivý obraz očakávaného smerovania klímy. Teória chaosu nám tak trochu prekvapivo umožňuje dôverovať tomu, že scenáre budúcej klímy sú viac-menej správne.

Viac o tejto problematike sa možno dočítať napríklad aj tu: Chaos theory and global warming: can climate be predicted?

Dočkáme sa ďalšieho otepľovania (?)

Spomalenie otepľovania v období posledných 15 rokov je klimatologicky zatiaľ nevýznamné

Argumenty spojené s tvrdením, že od roku 1998 sa globálna teplota zásadnejšie nezvyšuje, možno síce prijať za vecné a korektné, no nič viac už nehovoria o tom, či pozorované spomalenie otepľovania je významné aj z pohľadu klimatológie a štatistickej analýzy, a tiež o tom, aké fyzikálne mechanizmy možno hľadať za týmto fenoménom. Vo svetle vedeckých faktov dokonca neobstojí ani tvrdenie, že predošlé správy IPCC sa v predpovediach budúceho vývoja globálnej teploty úplne mýlili, a teda, že otepľovanie atmosféry v posledných desiatich rokoch nesledovalo žiadny z predostretých scenárov klimatickej zmeny. Spomalenie tempa otepľovania spodných vrstiev troposféry v posledných 15 rokoch treba síce prijať ako objektívny fakt, no existuje celý rad dôvodov, prečo by sme mali považovať túto „pauzu“ v raste globálnej teploty za klimatologicky (štatisticky) nevýznamnú a z pohľadu času za dočasnú udalosť vo vývoji klimatického systému Zeme. Okrem toho, že poznáme hneď niekoľko fyzikálnych mechanizmov, ktoré k tomuto spomaleniu prispeli, jeho príchod predpovedalo hneď niekoľko klimatických modelov, a to aj napriek tomu, že počítali s ďalším zosilňovaním skleníkového efektu.

Obr. 1: (hore) Vývoj odchýlok globálnej teploty (kombinované pevniny - oceány) podľa troch svetových databáz GISS (vľavo), CRU (v strede) a NOAA (vpravo) v období 1880-2012 - sivé krížiky sú mesačné štandardizované hodnoty teploty, červená krivka predstavuje zhladenie pomocou 12-mesačného kĺzavého priemeru - veľkosť lineárneho trendu za dekádu je zobrazená v hornej časti grafu; (dole) vývoj odchýlok globálnej teploty podľa GISS (vľavo), CRU (v strede) a NCDC (vpravo) s odfiltrovaným vplyvom prirodzenej variability (ENSO, sopečné erupcie, slnečná aktivita, atď.) v období 1979-2011 (Zdroj)

Na úvod nebude na škodu sa zamyslieť nad nasledovnými faktami. V období od roku 2001 hlásilo viac ako 56 krajín sveta prekonanie národných historických rekordov maximálnej teploty vzduchu. Zaujímavosťou je aj to, že v rámci tejto periódy sa nevyskytol ani jeden mesiac, ktorý by bol na globálnej úrovni v porovnaní s dlhodobým teplotným priemerom podnormálny (taký sa de facto nevyskytol už od roku 1985). Okrem toho, sme v rámci poslednej dekády (2001-2010) zaznamenali dva najteplejšie roky v histórii meteorologických pozorovaní, a to rok 2005 a 2010 (nasledované sú rokom 1998). V čom sú ale tieto fakty pozoruhodné? Predovšetkým v tom, že k tomuto všetkému došlo v období s pomerne slabou slnečnou aktivitou, a predovšetkým s dominantným vplyvom chladnej fázy ENSO-Južnej oscilácie (La Niña), ktorá dokáže zraziť globálnu teplotu aj o viac ako 0,15 °C. Namiesto toho, aby globálna teplota teda poklesla o minimálne 0,1 °C, len spomalila tempo svojho rastu a vo svojom vývoji dosiahla tak akési „plató“. Ochladzujúci vplyv La Niñe a slabého Slnka musel byť teda niečím kompenzovaný. Tým niečím bol „otepľujúci“ radiačný účinok vyšších koncentrácií skleníkových plynov.

Obr. 2: Vývoj odchýlok globálnej teploty podľa satelitných meraní RSS (vľavo) a UAH (vpravo) s odfiltrovaním prirodzenej variability (ENSO, sopečné erupcie, slnečná aktivita, atď.) v období 1979-2011 - veľkosť lineárneho trendu za dekádu je zobrazená v hornej časti grafu (Zdroj)

Obr. 3: Vývoj odchýlok globálnej teploty podľa piatich svetových databáz GISS, NOAA, NCDC, RSS a UAH v období 1979-2010 s/bez uvažovaného vplyvu prirodzených faktorov (ENSO, sopečné erupcie, slnečná aktivita; Zdroj)

Štatistika hovorí jasnou rečou
Ako možno vidieť aj na grafoch Obr. 1 a 2, globálna teplota, či už je získaná prostredníctvom družicového monitoringu (UAH, RSS) alebo interpoláciou pozemných staničných meraní (GISS, NOAA, CRU), v rámci svojho vývoja od roku 1880 podliehala rôznym krátkodobým a dlhodobým zmenám. Tie sú výsledkom vzájomného spolupôsobenia prírodných a antropogénnych faktorov, ktoré vnášajú do časových radov zdanlivo chaotické medziročné a interdekádne kolísanie okolo dlhodobej strednej hodnoty. Po odfiltrovaní vplyvov prírodných faktorov (Obr. 3), akými sú slnečná aktivita, sopečné erupcie či vplyv atmosférických oscilácií (ENSO, atď.), nám v časovom rade zostane signál tzv. náhodnej zložky (klimatický šum) a dlhodobý trend, ktorý má pozoruhodne stabilný vývoj v období posledných aspoň 40 rokov. Tento dlhodobo rastúci trend globálnej teploty nemožno v súčasnosti vysvetliť inými, ako antropogénnymi príčinami. Zaujímavé je tiež aj to, že pozaďový trend zosilneného skleníkového efektu možno identifikovať aj v obdobiach, kedy globálna teplota sa významne nezvyšovala (obdobie po roku 1998) alebo dokonca klesala (napr. 50. a 60. roky 20. storočia). Vplyv radiačne aktívnych plynov pôsobí síce permanentne, no jeho pôsobenie na globálnu teplotu môže byť z času na čas prekryté ochladzujúcim efektom silnej La Nine (r. 2011) alebo významnej vulkanickej erupcie (r. 1991).

Obr. 4: Vývoj odchýlok globálnej teploty podľa CRU (modrá) a GISS (červená) zhladený 30-ročným kĺzavým priemerom v období 1850-2012 (Zdroj)

A teraz trochu teórie zo štatistiky časových radov a trendovej analýzy. Aby bol akýkoľvek dlhodobý trend, zbavený medziročného či iného krátkodobého kolísania, nielen jednoznačne identifikovateľný, ale hlavne štatisticky významný, musí prejsť minimálne 15 rokov (niektorí dokonca uvádzajú obdobie 17 rokov, Santer et al 2011). Ako sme už uviedli vyššie, obdobie po roku 1998, ktorý bol navyše ovplyvnený veľmi silných javom El Niño (preto patrí medzi najteplejšie roky v histórii), sa vyznačuje v porovnaní s 80. a 90. rokmi o poznanie miernejším rastom globálnej teploty, ktorý je pravdepodobne z väčšej časti spôsobený rýchlejším ukladaním tepla do oceánov. Vzhľadom na krátkosť obdobia (15 rokov) je síce trend po roku 1998 zreteľný, no zatiaľ je štatisticky nevýznamný. 

A okrem toho, analyzovať ktorékoľvek 15-ročné obdobie stráca aj z pohľadu klimatológie akýkoľvek zmysel. V klimatológii sa štandardne pracuje s minimálne 30-ročnými časovými obdobiami. A prečo? Tento údaje nám nespadol len tak z neba. Vychádza z reálnych pozorovaní prírodných spoločenstiev a systémov, ktoré potrebujú na to, aby sa dokázali konkrétnym klimatickým podmienkam prispôsobiť aspoň 30 rokov. Ak zahrnieme tento fakt to ďalšej analýzy, a namiesto ročných či dekádnych priemerov aplikujeme 30-ročné kĺzavé priemery (napr. pre rok 1998 sa počíta obdobie začínajúce rokom 1983 a končiace rokom 2012), dostaneme krivku na Obr. 4, ktorá jasne ukazuje, že krivka globálnej teploty nevykazuje ani pri svojom pravom konci žiadny náznak zníženia tempa rastu (a to aj napriek tomu, že končí rokom 1998, ktorý použitím kĺzavého priemeru zohľadňuje aj obdobie 1998-2012). Budeme si musieť počkať teda na ďalších 15 rokov, aby sme dokázali do grafu zakresliť zmeny vývoja teploty až po rok 2012.

Obr. 5: Porovnanie vývoja globálnej teploty (ružová - s vplyvom prirodzených a antropogénnych faktorov, a červená - s vplyvom len antropogénnych faktorov) s projekciami IPCC podľa tretej (modrá oblať) a štvrtej správy (zelená oblasť; Zdroj)

Scenáre IPCC vs. realita
Zatiaľ čo spomalenie otepľovania po roku 1998 je zatiaľ nevýznamné, otázkou zostáva, či tento vývoj predpokladali modely a scenáre IPCC ešte predtým, než k tomuto zlomu došlo. Celkom určite áno, a nielen to. Ako vidieť aj z Obr. 5, scenáre globálnej teploty prezentované tak v 3. ako aj 4. správe IPCC veľmi dobre odhadli vývoj teploty v poslednom desaťročí. Ak sa vám na prvý pohľad zdá, že globálna teplota (ružová krivka na Obr. 3) nadobúda pomerne často hodnoty mimo rozsah uvádzaných scenárov, je to tým, že projekcie IPPC nezohľadňujú vplyv prírodných faktorov (Slnko, ENSO, sopky, atď.), ale naopak zahŕňajú len vplyvy antropogénne a náhodné. Veľké kolísanie ružovej krivky (Obr. 5) je prejavom prirodzenej variability globálneho klimatického systému – vysoká hodnota teploty v roku 1998 je spôsobená silným javom El Niño, naopak výrazný pokles po roku 1991 je výsledkom erupcie Mt. Pinatuba. Ak tieto vplyv odfiltrujeme, dostaneme červenú krivku, ktorá už veľmi dobre odpovedá rozsahu scenárov IPCC. Určite ste si tiež všimli, že po odstránení vplyv prírodných faktorov sa červená krivka vyznačuje pozoruhodne stabilným vývojom aj po roku 1998 – ide to ďalší objektívny dôkaz toho, že vplyv zosilneného skleníkového efektu sa ani v období posledných 15 rokov nezmenil (nezoslabol), a permanentne prispieva k rastu globálnej teploty (aj napriek ochladzujúcemu efektu ENSO či slabšej slnečnej aktivity).

Obr. 6: (a) Porovnanie pozorovanej globálnej teploty (čierna krivka) so simulovanou teplotou pomocou klimatického modelu (oranžová krivka) v období 1980-2009, modelovaná teplota pokračuje do roku 2030; (b) vplyv vybraných faktorov na vývoj globálnej teploty [°C] (Zdroj: Lean a Rind 2009)

Pochopiteľne, že budúci vývoj globálnej teploty nebude ovplyvnený len obsahom skleníkových plynov v atmosfére. Zatiaľ čo, scenáre na Obr. 5, pozostávajúce z výstupov mnohých modelových simulácií, brali z určitých dôvodov a pre názornosť do úvahy len vplyvy antropogénne a náhodné, konkrétne klimatické modely zohľadňujú aj ostatné faktory. Obr. 6 prináša výstup jedného konkrétneho modelu a scenáru globálnej teploty do roku 2030 (Lean & Rind 2009). Ako si možno všimnúť z priebehu simulovanej globálnej teploty (a), model dokázal v období 1980-2009 veľmi úspešne replikovať otepľujúci vplyv ENSO (El Niño), ochladzujúci efekt sopečných aerosólov, vplyv slnečnej aktivity ako aj pozaďový vplyv antropogénne zosilneného skleníkového efektu atmosféry (veľkosť jednotlivých faktorov na odchýlky globálnej teploty je možné vidieť na Obr. 6b). Ako ale vidieť z obrázku ďalej, vývoj simulovanej teploty po roku 2009 je významnejšie riadený predovšetkým rastúcim antropogénnym vplyvom, ktorý je prerušený dvomi náhodným udalosťami (A – sopečná erupcia, B – El Niño) a slabo ovplyvnený miernym kolísaním slnečnej aktivity. Z tohto vyplýva jedna, dosť podstatná skutočnosť, a to, že aj napriek pokračujúcemu otepľovaniu podmieneného radiačným efektom skleníkových plynov, klimatické modely sú schopné celkom úspešne simulovať aj prípady, kedy sa vplyvom náhodných a prírodných faktorov nemusí globálna teplota v danom roku vždy len zvyšovať o určitú hodnotu °C (získanú z dlhodobého trendu, napr. °C/dekádu). 

Pochopiteľne, že v tomto prípade treba zobrať do úvahy aj fakt, že pôsobenie väčšiny prírodných faktorov má výrazne stochastický (náhodný) charakter, čo samozrejme načasovanie jednotlivých „ochladení“ alebo „náhlych oteplení“ v modelových simuláciách zaťažuje značnou neistotou a chybou. Na záver tohto bloku možno ešte spomenúť to, že už predošlé správy IPCC dokázali celkom úspešne „predpovedať“ nástup niektorých periód s výraznejším oteplením alebo stagnáciou globálnej teploty (Obr. 7).

Obr. 7: Príklady projekcií vývoja globálnej teploty podľa troch zvolených emisných scenárov (vľavo) zo 4. správy IPCC a podľa autorov (Easterling & Wehner 2009 - hore vpravo a Meehl et al 2011 - dole vpravo; Zdroj) poukazujú na výskyt dočasných poklesov alebo stagnácií globálnej teploty (napr. 2001-2010, atď.)

Tepo preniká hlbšie do oceánov 

Aké konkrétne fyzikálne mechanizmy stoja za spomalením otepľovania po roku 1998 je predmetom intenzívneho výskumu, no z toho, čo už dnes vieme zatiaľ vyplýva, že k nemu významnou mierou prispel fenomén ENSO a slabšia slnečná aktivita. Dominantný vplyv chladnej fázy La Niña v období 2000-2011 v kombinácii s intenzívnejšou cirkuláciou oceánskych prúdov (najmä v severnom Pacifiku) podmienili rýchlejšie ukladanie tepla do hlbších častí oceánov, čoho dôkazom sú aj reálne merania teploty vody v rôznych hĺbkach oceánov (napr.: Obr. 8). Ďalším mechanizmom môže byť aj zmena obsahu vodnej pary v zemskej atmosfére (Solomon et al. 2010).

Obr. 8: Rast obsahu tepla v oceánoch v úrovni 0-700 metrov je očividný hlavne po roku 1998 (Zdroj)

Kedy možno očakávať ďalšie otepľovania?

Na takto položenú otázku sa síce odpovedá veľmi ťažko, no z vyššie uvedeného textu by malo byť jasné to, že k ďalšiemu výraznejšiemu nástupu otepľovanie pravdepodobne nedôjde skôr ako suma všetkých uvažovaných faktorov nebude mať výrazne otepľujúci účinok. Je teda len otázkou času, kedy k tejto situácii reálne dôjde. Stačí, aby sa skombinoval účinok silnejšieho El Niña, ďalšieho maxima slnečnej aktivity a pozaďového efektu koncentrácií skleníkových plynov, a celkom určite sa dočkáme ďalšieho obdobia s rekordne vysokými globálnymi teplotami. Či k tomu dôjde napríklad už budúci rok alebo v niektorých ďalších rokoch, s istotou povedať nevieme. Zatiaľ máme v rukách len dve indície - (1) nástup ďalšieho El Niña je v najbližších mesiacoch pravdepodobne nereálny a (2) 24. cyklus slnečnej aktivity patrí medzi najslabšie za posledných minimálne 100 rokov. Pokiaľ do hry v nasledujúcom roku nevstúpi ďalší náhodný faktor – významná sopečná erupcia – je možné predpokladať, že na „naštartovanie“ ďalšej fázy otepľovania si budeme musieť ešte minimálne jeden rok počkať.

Literatúra

IPCC second assessment report (over 50 MB PDF file, the graph shown here is on the PDF page 314, page 300 of the report).
Rahmstorf S. et al 2012: Comparing climate projections to observations up to 2011, Environ. Res. Lett. 7 044035 doi:10.1088/1748-9326/7/4/044035.

Santer, B.D., C. Mears, C. Doutriaux, P. Caldwell, P. J. Gleckler, T. M. L. Wigley, S. Solomon, N. P. Gillett, D. Ivanova, T. R. Karl, J. R. Lanzante, G. A. Meehl, P. A. Stott, K. E. Taylor, P. W. Thorne, M. F. Wehner, F. J. Wentz, 2011: Separating signal and noise in atmospheric temperature changes: The importance of timescale, Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012), Volume 116, Issue D22, November 2011, DOI: 10.1029/2011JD016263.
Solomon, S., Karen H. Rosenlof, Robert W. Portmann, John S. Daniel, Sean M. Davis, Todd J. Sanford, Gian-Kasper Plattner, 2010: Contributions of Stratospheric Water Vapor to Decadal Changes in the Rate of Global Warming, Science 5 March 2010: Vol. 327 no. 5970 pp. 1219-1223, DOI: 10.1126/science.1182488.


Zdroje
http://www.skepticalscience.com/tung-amo-defense-part2.html
https://skepticalscience.com/anthropogenic-global-warming-rate-Is-it-steady-for-last-100-years.html
http://www.skepticalscience.com/global_warming_still_happening.html
http://www.skepticalscience.com/trend.php
http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/figure-10-5.html
http://www.nature.com/nclimate/journal/v3/n7/full/nclimate1863.html
http://www.esrl.noaa.gov/psd/csi/images/GRL2009_ClimateWarming.pdf
http://www.oco.noaa.gov/resources/Documents/Lyman_OceanHeat_Nature2010.pdf
http://www.nature.com/nclimate/journal/v1/n7/abs/nclimate1229.html
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/grl.50541/abstract
http://www.skepticalscience.com/happer-spencer-global-warming-continues.html
http://www.skepticalscience.com/foster-and-rahmstorf-measure-global-warming-signal.html
http://tamino.wordpress.com/2011/12/06/the-real-global-warming-signal/
http://www.skepticalscience.com/solar-activity-sunspots-global-warming-advanced.htm

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