2022_1213_sw

Fig. 1.  Global surface temperature (left scale) and climate forcings (right scale).

Global Warming in the Pipeline

13 December 2022

James Hansen and Makiko Sato

Tillsammans med 14 medförfattare har vi lämnat in Global Warming in the Pipeline[1] till Oxford Open Climate Change. Med tillstånd av chefredaktör Eelco Rohling finns den inlämnade versionen tillgänglig på arXiv, den webbplats som används av fysiker för preprints. En fördel med arXiv är att det möjliggör diskussioner med forskarsamhället (utöver de officiella granskarna), vilket är analogt med men mindre formellt än det förfarande som används av tidskrifter med en "Discussion"-publiceringsfas. Vi inbjuder därför till kritik av den inlämnade artikeln. Vi inbjuder inte till diskussion med media; vi kommer att skriva en sammanfattning som är lämplig för allmänheten när en slutlig version av artikeln publiceras. Detta tillvägagångssätt ger tid för att arbeta på en andra artikel. Nu när det står klart vad president Biden är beredd att göra (och inte göra) när det gäller klimatförändringarna är det också dags för JEH att äntligen avsluta Sophies planet.

Vi sporrades att skriva denna artikel delvis av Tierney et al.[2] och Seltzer et al.[3] som övertygade om att den globala temperaturen under det senaste istidens maximum (LGM, för ~20 000 år sedan) var cirka 6 °C kallare än under holocenet. För fyrtio år sedan insåg vi[4] att LGM-kylningen måste vara större än de 3,5 °C som CLIMAP-projektet uppskattade, eftersom CLIMAP:s ytförhållanden gjorde att jorden hamnade ur energibalans med 1,6 W/m2 - och det var utan att inse att CH4 och N2Ovar mindre under LGM. CLIMAP:s randvillkor lämnade en planet som försökte svalna med en (negativ) forcering som var hälften så stor som den dubbla CO2-forcering (2×CO2). Tierneys och Seltzers artiklar löser frågan: LGM var verkligen kallt.

En konsekvens av detta är att klimatkänsligheten vid jämvikt är hög, minst ~4°C för 2×CO2. Denna ECS avser klimatresponsen med endast "snabba" återkopplingar. Den av människan orsakade klimatpåverkan från växthusgaser (GHG) är idag 4 W/m2, vilket motsvarar 2×CO2. Den slutliga klimatresponsen på denna drivkraft, inklusive långsamma återkopplingar, är ~10 °C (fig. 1). Aerosoler orsakade av människan minskar detta till ~6-7 °C.

Vi blev till en början överraskade av den snabba minskningen av jordens energibalans (EEI) efter en fördubbling avkoldioxid i klimatsimuleringar av Goddard Institute for Space Studies (GISS) globala klimatmodeller (GCM) - [när det gäller produktion av akronymer verkar vi vara obevekliga, skoningslösa]. Under det första året efter det attkoldioxid fördubblats har den ursprungliga 4 W/m2 -forceringen redan minskat med en tredjedel i GISS (2020)-modellen (fig. 2a). E-foldningstiden för den globala temperaturökningen är ungefär ett sekel, men e-foldningstiden för EEI är så kort som ett decennium för denna nyare GISS-modell.

Fig. 2. (a) Earth’s energy imbalance (EEI) for 2×CO2, and (b) EEI response function.

Den snabba minskningen av EEI innebär troligen en molnförändring som svar på strålningsdrivningen, eftersom det är svårt att tänka sig något annat som skulle kunna vara orsaken till en så stor förändring. Faktum är att samhället redan var medvetet om vad vi kallar en "ultrasnabb återkoppling", se översikter av Andrews et al.,[5] Kamae et al.,[6] och Zelinka et al.[7] Denna snabba troposfäriska förändring kan beskrivas som en justering, analogt med den stratosfäriska temperaturjustering som sker snabbt efter en fördubbling avkoldioxid - det finns för- och nackdelar när det gäller huruvida man ska inkludera effekten i klimatforceringen eller som en återkoppling. Den viktiga punkten är inte terminologin, utan snarare konsekvenserna för klimatkänsligheten. Den höga klimatkänslighet som paleoklimatdata innebär tenderar att ge stöd åt modeller som har funnit förstärkande molnåterkopplingar. Det är erkänt att de två GISS-modellerna i figur 2 inte har realistisk molnmikrofysik och att molnparameteriseringen i GISS (2020)-modellen har överdrivet mycket underkylda vattendroppar i molntopparna (figur 1 i Kelley et al.[8]).

Molnmodellering - inklusive effekterna av aerosoler på moln - kan sporras av "det stora oavsiktliga aerosolexperimentet". Nya bestämmelser om svavelhalten i fartygsbränslen som införts av Internationella sjöfartsorganisationen (IMO) påverkar injektionen av av människan skapade molnkondensationskärnor, vilket har en betydande effekt på den absorberade solstrålningen. Aerosolernas stora effekter på människors hälsa gör det troligt att den senaste tidens aerosolminskningar kommer att fortsätta och att den globala uppvärmningen kommer att accelerera (fig. 3).

Fig. 3.  Global surface temperature relative to 1880-1920 mean.

[1] Hansen, J.E., M. Sato, L. Simons, L.S.Nazarenko, K. von Schuckmann, N.G. Loeb, M.B. Osman, P. Kharecha, Q. Jin, G. Tselioudis, A. Lacis, R. Ruedy, G. Russell, J. Cao and J. LI: Global warming in the pipeline, submitted to Oxford Open Climate Change.

[2] Tierney, J.E., J. Zhu, J. King, S.B. Malevich, G.J. Hakim and C.J. Poulson: Glacial cooling and climate sensitivity revisited, Nature 584, 569-573, 2020.

[3] Seltzer, A.M., J. Ng, W. Aeschbach, R. Kipfer, J.T. Kulongoski, J.P. Severinghaus and M. Stute, Widespread six degrees Celsius cooling on land during the Last Glacial Maximum, Nature 593, 228-232, 2021.

[4] Hansen, J., A. Lacis, D. Rind, G. Russell, P. Stone, I. Fung, R. Ruedy and J. Lerner, Climate sensitivity: analysis of feedback mechanisms, 130-163, in Hansen, J.E., and T. Takahashi (Eds.): Climate Processes and Climate Sensitivity. AGU Geophysical Monograph 29, Maurice Ewing Vol. 5. American Geophysical Union, 368 pp., 1984.

[5] Andrews,T., Gregory, J.M., Forster, P.M., and Webb, M.J.: Cloud adjustment and its role in CO2 radiative forcing and climate sensitivity: a review. Surv. Geophys. 23, 619-635, 2012.

[6] Kamae, Y., M. Watanabe, T. Ogura, M. Yoshimori and H. Shiogama: Rapid adjustments of cloud and hydrological cycle to increasing CO2: a review, Curr. Clim. Chan. Rep 1, 103-113, 2015.

[7] Zelinka, M.D., T.A. Myers, D.T. McCoy, S.Po-Chedley, P.M. Caldwell, P. Ceppi, S.A. Klein and K.E. Taylor, Causes of higher climate sensitivity in CMIP6 models, Geophys. Res. Lett. 47, e2019GL085782, 2020.

[8] Kelley, M., G.A. Schmidt, L. Nazarenko, S.E. Bauer, R. Ruedy, G.L. Russell, et al., GISS-E2.1: Configurations and climatology. J. Adv. Model. Earth Syst., 12, no. 8, e2019MS002025, 2020.