Global warming sw

James E. Hansen (1), Makiko Sato (1), Leon Simons (2), Larissa S. Nazarenko (3 and 4), Karina von Schuckmann (5), Norman G. Loeb (6), Matthew B. Osman (7), Pushker Kharecha (1), Qinjian Jin (8), George Tselioudis (3), Andrew Lacis (3), Reto Ruedy (3 and 9), Gary Russell (3), Junji Cao (10), Jing Li (11) ((1) Climate Science, Awareness and Solutions, Columbia University Earth Institute, New York, NY, USA, (2) The Club of Rome Netherlands, 's-Hertogenbosch, The Netherlands, (3) NASA Goddard Institute for Space Studies, New York, NY, USA, (4) Center for Climate Systems Research, Columbia University Earth Institute, New York, NY, USA, (5) Mercator Ocean International, Ramonville St.-Agne, France, (6) NASA Langley Research Center, Hampton, VA, USA, (7) Department of Geosciences, University of Arizona, Tucson, AZ, USA, (8) Department of Geography and Atmospheric Science, University of Kansas, Lawrence, KS, USA, (9) Business Integra, Inc., New York, NY, USA, (10) Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China, (11) Department of Atmospheric and Oceanic Sciences, School of Physics, Peking University, Beijing, China)

Förbättrad kunskap om den globala temperaturförändringen från istid till mellanistid innebär att klimatkänsligheten i jämvikt med snabb återkoppling är minst ~4°C för dubbelt CO2 (2xCO2), med ett troligt intervall på 3,5-5,5°C. Klimatpåverkan från växthusgaser är 4,1 W/m2 större år 2021 än år 1750, vilket motsvarar 2xCO2. Den globala uppvärmningen i pipeline är större än tidigare uppskattningar. Den slutliga globala uppvärmningen enbart på grund av dagens växthusgasdrivning - efter att de långsamma återkopplingarna har fungerat - är cirka 10 °C. Människoskapade aerosoler är en viktig klimatpåverkan, främst genom sin effekt på molnen. Vi drar slutsatsen från paleoklimatdata att aerosolernas nedkylning har motverkat växthusgasuppvärmningen under flera årtusenden när civilisationen utvecklades. En brytpunkt i den globala uppvärmningen inträffade 1970 då den ökade uppvärmningen av växthusgaser översteg aerosolernas avkylning, vilket ledde till en global uppvärmning på 0,18 °C per årtionde. Aerosolkylningen är större än vad som uppskattas i den nuvarande IPCC-rapporten, men den har minskat sedan 2010 på grund av aerosolminskningar i Kina och sjöfarten. Om inga globala åtgärder utan motstycke vidtas för att minska ökningen av växthusgaser kan 2010 bli ännu en brytpunkt, med en global uppvärmning under de följande decennierna som är 50-100 % större än under de föregående 40 åren. De enorma konsekvenserna av den kommande uppvärmningen kräver ett nytt tillvägagångssätt för att ta itu med tidigare och framtida utsläpp. Det viktigaste kravet för att "rädda" unga människor och framtida generationer är att återgå till en global temperatur på samma nivå som under Holocen. Följande tre åtgärder måste vidtas snarast: 1) ett globalt stigande pris på växthusgasutsläpp, 2) ett målmedvetet ingripande för att snabbt avveckla den nuvarande massiva geoengineeringen av jordens klimat, och 3) förnyat öst-väst-samarbete på ett sätt som tillgodoser utvecklingsländernas behov.

Comments:	48 pages, 27 figures. Correction of formatting error on page 21, which messed up placement of all following figures
Subjects:	Atmospheric and Oceanic Physics (physics.ao-ph)
Cite as:	arXiv:2212.04474 [physics.ao-ph]
	(or arXiv:2212.04474v2 [physics.ao-ph] for this version)
	https://doi.org/10.48550/arXiv.2212.04474

Submission history

Climate Science, Awareness and Solutions, Columbia University Earth Institute, New York, NY, USA

4 Center for Climate Systems Research, Columbia University Earth Institute, New York, NY, USA

8 Department of Geography and Atmospheric Science, University of Kansas, Lawrence, KS, USA

10 Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China

11 Department of Atmospheric and Oceanic Sciences, School of Physics, Peking University, Beijing, China

Det har varit känt sedan 1800-talet att infrarödabsorberande gaser (växthusgaser) värmer upp

jordens yta och att mängden växthusgaser förändras både naturligt och av människan.

åtgärder. 1,2 Roger Revelle skrev 1965 att vi genomför ett "stort geofysiskt experiment".

genom att förbränna fossila bränslen som ackumulerats i jordskorpan under hundratals miljoner år. 3

Koldioxiden (CO 2 ) i luften ökar nu och har redan nått nivåer som inte tidigare har

funnits på miljontals år, med konsekvenser som ännu inte har fastställts. Jule Charney ledde

en studie 1979 av USA:s National Academy of Sciences som drog slutsatsen att en fördubbling av

koldioxid i atmosfären sannolikt skulle orsaka en global uppvärmning på 3 ± 1,5 °C. 4 Charney tillade:

"Vi tror dock att det är fullt möjligt att kapaciteten hos de mellanliggande vattnen i

att absorbera värme kan fördröja den beräknade uppvärmningen med flera decennier."

Efter att USA:s president Jimmy Carter undertecknade 1980 års lag om energisäkerhet (Energy Security Act), som innehöll ett fokus på

på okonventionella fossila bränslen som kolförgasning och sprickbildning i bergarter ("fracking") för att

att utvinna skifferolja och gas, bad den amerikanska kongressen National Academy of Sciences att återigen

att bedöma potentiella klimateffekter. Deras rapport Changing Climate har en sansad ton när det gäller energi.

energipolitiken - och är snarare en uppmaning till forskning. 5 Var inte tillräckligt känd för att varna lagstiftarna för att

skattebetalarnas subventionering av de mest koldioxidintensiva fossila bränslena? Kanske berodde jämnmodet på att

delvis på ett stort fel: i rapporten antogs att den fördröjning av den globala uppvärmningen som orsakas av havets

att klimatkänsligheten för 2×CO 2 ligger nära eller under den nedre delen av Charneys 1,5 %-iga klimatkänslighet.

4,5 °C. Om klimatkänsligheten är låg och fördröjningen mellan utsläpp och klimatreaktion

bara var 15 år, skulle klimatförändringarna inte alls vara det hot som de är.

Samtidigt med utarbetandet av Changing Climate hölls ett symposium den 25-27 oktober 1982.

vid Columbia University's Lamont Doherty Geophysical Observatory, med artiklar som publicerades i

januari 1984 som Climate Processes and Climate Sensitivity, en monografi från den amerikanska organisationen American

Geophysical Union. 6 Symposiet var inriktat på havets roll i klimatförändringarna och på följande frågor

information om klimatförändringar som finns i paleoklimatregistret. Paleoklimatdata visade att

Klimatkänsligheten ligger i intervallet 2,5-5 °C för 2×CO 2 , alltså i den övre delen av Charneys intervall.

Detta innebar i sin tur att klimatets reaktionstid på en forcering är i storleksordningen ett århundrade, inte 15 år.

år. Därmed är konceptet att en stor del av den ytterligare uppvärmning som orsakas av människan redan är "in".

pipeline" infördes. 7 E.E. David, Jr., ordförande för Exxon Research and Engineering, i

sitt huvudanförande vid symposiet insiktsfullt: "Det kritiska problemet är att

miljöeffekterna av CO 2 -uppbyggnaden kan vara så länge fördröjda. En titt på teorin om

återkopplingssystem visar att när det finns en så lång fördröjning bryter systemet samman, såvida inte

Faran som orsakas av klimatets fördröjda reaktion och behovet av föregripande åtgärder för att

ändra utvecklingen av fossila bränslen var uppenbart för forskarna och industrin för fossila bränslen.

För 40 år sedan. 9 Ändå valde industrin att länge förneka behovet av att ändra energikursen, 10 och nu,

medan regeringar och finansiella intressen är med på noterna, antar de flesta industrier en "greenwash"-strategi.

som hotar att leda till farliga konsekvenser för mänskligheten. Forskarna kommer att dela ansvaret,

om vi tillåter regeringarna att förlita sig på mål för framtida globala växthusgasnivåer som om målen hade betydelse.

om det inte finns någon politik som krävs för att uppnå dem. I det sista avsnittet av denna perspektivartikel,

diskuterar vi de åtgärder som krävs för att bromsa och vända den globala uppvärmningen.

Den mellanstatliga panelen för klimatförändringar (IPCC) inrättades 1988 för att tillhandahålla

beslutsfattare med regelbundna vetenskapliga bedömningar av det aktuella kunskapsläget om klimatet.

11 och nästan alla nationer gick med på 1992 års FN:s ramkonvention om klimatförändringar (United Nations Framework Convention on

klimatförändringar 12 med målet att avvärja "farlig antropogen störning av klimatförändringarna".

klimatsystemet". I den aktuella rapporten från IPCC:s arbetsgrupp 1 13 beskrivs en nedläggning av de

Den första arbetsgruppen i 13-13 år har beskrivit stoppandet av de omvälvande oceancirkulationerna och en stor havsnivåhöjning på hundraårsnivå som "mycket allvarliga",

låg sannolikhet" även vid extrema scenarier för ökning av växthusgaser. Detta står i kontrast till "hög påverkan,

hög sannolikhet" i ett dokument (nedan kallat Ice Melt) som flera forskare har kommit fram till.

av oss publicerade 2016. 14 Nyligen publicerade den första författaren (JEH) till vår nuvarande artikel en

kvalitativ beskrivning av den tio år långa undersökning som ledde till slutsatsen att de flesta

klimatmodeller är orealistiskt okänsliga för sötvatten som tillförs av smältande is och även att

modellerna för istäcken är orealistiskt slöa inför snabba, stora klimatförändringar. 15

Eelco Rohling, chefredaktör för Oxford Open Climate Change, bjöd in en av oss (JEH) att skriva

en perspektivartikel om dessa vetenskapliga frågor. Vi hade i våra artiklar noterat att den globala uppvärmningen i

det senaste århundradet inte innebär en unik klimatkänslighet eftersom uppvärmningen vid jordens

beror på tre stora okända faktorer med endast två grundläggande begränsningar. De okända faktorerna är följande

ECS, nettoklimatpåverkan (eftersom aerosolpåverkan inte kan mätas) och uppvärmningsblandning i haven.

Begränsningar är den observerade globala temperaturförändringen och EEI. I vår ovan nämnda undersökning,

antog vi den kanoniska klimatkänsligheten 3 °C för 2×CO 2 , vilket innebär att vi har två okända faktorer kvar och

två begränsningar. Detta gjorde det möjligt för oss att bekräfta att de flesta klimatmodeller blandar in värme i alltför hög grad i

i det djupare havet och kompenserar för detta genom att använda en mindre stark aerosolforcering (mindre negativ).

Två nya framsteg på senare tid gör det nödvändigt att se över detta problem på nytt. För det första har förbättrade analyser

av den globala temperaturen under den senaste istiden och under den föregående (Eemian) mellanistiden.

period gör det möjligt att dra slutsatsen att ECS är högre än den kanoniska uppskattningen. För det andra, även om aerosol

klimatpåverkan fortfarande inte mäts, finns det bevis för att den av människan orsakade aerosolmängden är på

minskar, vilket innebär att en acceleration av den globala uppvärmningen kan vara på gång. Vi förtydligar den

fysiken med hjälp av "responsfunktioner" för både global temperatur och EEI, som avslöjar att

klimatets responstid inte bara är en funktion av havets blandning. Vi drar slutsatsen att ultrasnabba moln

återkopplingar påverkar den globala temperaturen och EEI i motsatt riktning - de bromsar uppvärmningen av

hav samtidigt som de påskyndar ett partiellt återställande av den planetära energibalansen. Vi kommer att beskriva

konsekvenserna i två artiklar. Den första artikeln - Global Warming in the Pipeline - fokuserar på följande

klimatkänslighet, klimatets responstid och aerosoler. Det andra dokumentet - Sea Level Rise in the

Pipeline - presenterar bevis för att fortsatt uppvärmning och ökande issmältning kan orsaka avstängning av havsnivån.

av de övergående havscirkulationerna inom flera decennier och en stor havsnivåhöjning inom ett århundrade.

Charney definierade en jämviktsklimatkänslighet (ECS): den slutliga globala temperaturen

förändring som orsakas av en fördubblad koldioxid i det idealiserade fallet där istäcken, vegetation och långvariga

långlivade växthusgaser är oförändrade (förutom den angivna CO 2-fördubblingen). Alla andra storheter tillåts vara oförändrade.

förändras. De faktorer som anses vara mest betydelsefulla - moln, aerosoler, vattenånga, snötäcke och hav - kan ändras.

is - förändras snabbt som svar på klimatförändringar. Charney ECS kallas därför också för

"snabb återkoppling" klimatkänslighet. Återkopplingarna kan interagera på många olika sätt, så deras förändringar är

vanligtvis beräknas i globala klimatmodeller (GCM) som kan simulera sådana interaktioner. Charney

antog implicit att förändringen av inlandsisen på Grönland och Antarktis - som vi kommer att

kategorisera som en "långsam återkoppling" - inte var viktig på den tidsskala som är av störst intresse för allmänheten.

ECS som Charney definierade är ett användbart begrepp som hjälper oss att förstå hur mänskligt orsakade och

naturliga klimatpåverkande faktorer påverkar klimatet. Vi måste också ta hänsyn till jordsystemets känslighet, 16 ESS,

där alla återkopplingar tillåts reagera på en klimatpåverkan. ECS och ESS är båda beroende av

det initiala klimatläget 17,18 och klimatförändringens riktning (uppvärmning eller avkylning), men vid den

nuvarande klimatläge - med isar på Antarktis och Grönland - bör klimatet vara ungefär som

känsligt i den varmare riktningen som i den kallare riktningen. Paleoklimatdata tyder på att ESS

är betydligt större än ECS, dvs. när de återkopplingar som Charney har låst fast tillåts förändras,

ökar klimatkänsligheten. När jorden värms upp krymper istäcken och atmosfären innehåller

Tidsskalan för klimatåterkopplingarna är avgörande, men dåligt känd, särskilt när det gäller den unika

mänskligt orsakade drivkrafter. Som kvantifieras nedan är den mänskligt orsakade klimatpåverkan från växthusgaser redan 4

W/m 2 , vilket motsvarar 2×CO 2 , och en växthusgasdrivning som är så stor som 8 W/m 2 (motsvarande 4×CO 2 ) är

möjlig, kanske trolig, inom ett århundrade. En sådan pådrivning är större än uppskattningarna av den pådrivning som

drev den största kända snabba globala uppvärmningen, det paleocena och eocena termiska maximumet.

(PETM), 19 som inträffade ~56 MyBP. Den ökning av koldioxid som ledde till PETM:s globala uppvärmning var

infördes under några få tusen år. 20 Den av människan orsakade nettoklimatpåverkan har ökat.

snabbt först sedan omkring 1970, dvs. under ungefär ett halvt sekel, men inom ytterligare ett sekel kan det

matcha eller överstiga PETM-forskningen, samtidigt som den införs 20 gånger snabbare. Det finns ingen känd

paleoklimatanalog för en sådan drivkraft. I avsnittet Havsnivåhöjning i Pipeline kommer det att hävdas att

att en så stor och snabb forcering kommer att orsaka en icke-linjär tillväxt av issmältningen, att en alltför stor småskalig

oceanblandning i de flesta GCM:erna har orsakat en underskattning av issmältningens effekt på den övergående

att världen närmar sig issmältningsnivåer som kommer att påverka dessa cirkulationer, att det finns en risk för att isen smälter i en omfattning som kommer att påverka dessa cirkulationer och att

ökad issmältning ökar jordens energibalans och därmed påskyndar issmältningen och skapar

risken för en kollaps av det västantarktiska istäcket på hundra års sikt. En sådan ökad isupplösning

och avstängning av havscirkulationerna, om de inträffar, kommer att kyla ned Nordatlanten och den södra ishavet.

Oceanerna. Denna typ av avkylning är inte till någon hjälp, eftersom den ökar jordens energibalans och därmed

hastighet med vilken energi pumpas in i havet. Den avkylning som behövs för att bromsa och stoppa den globala

uppvärmning och issmältning kräver att man minskar och eliminerar jordens energibalans som orsakas av den

mänskligt orsakade klimatpåverkan. Trots faran med att övergå till icke-linjära klimatförändringar -

och på grund av den faran är det viktigt att förbättra förståelsen av ECS. Hög ECS

ökar klimatets reaktionstid och mängden global uppvärmning som för närvarande är "i pipeline".

Om kunskapen om ECS endast bygger på modeller skulle det vara svårt att begränsa intervallet av

uppskattad klimatkänslighet - eller att ha ett högt förtroende för något intervall - eftersom vi inte har någon

vi inte vet hur väl återkopplingarna är modellerade eller ens om modellerna omfattar alla viktiga verkliga

återkopplingar. Samspelet mellan moln och aerosoler är komplext, och även små molnförändringar kan ha en

betydande effekter. Det är därför uppgifter om jordens paleoklimathistoria är så värdefulla; de gör det möjligt för oss att

att jämföra olika jämviktsklimattillstånd, i vetskap om att alla återkopplingar var i funktion.

I vår artikel 7 för AGU Geophysical Monograph jämförde vi den senaste istidens maximum med följande

(LGM) med den nuvarande interglaciala perioden (holocen). Vi körde GCM-simuleringar som införde

en efter en LGM-ytförhållanden som tillhandahålls av CLIMAP-projektet 21 och analyserade effekten av

av enskilda återkopplingar på den globala förändringen. Med alla CLIMAP:s ytförhållanden införlivade i

GCM:n - inklusive storlek på istäcken och havsytetemperatur (SST) - beräknades den beräknade globala

beräknade genomsnittliga yttemperaturen var 3,6 °C kallare under LGM än under holocen. Från en analys av

styrkan hos enskilda återkopplingar uppskattade vi ECS för 2×CO 2 till 2,5-5 °C.

Vi insåg potentialen att få en säkrare och mer exakt utvärdering av ECS genom att använda den

faktum att jorden måste vara i energibalans under LGM. Med CLIMAP:s ytförhållanden,

fann vi att modelljorden var ur energibalans med 2,1 W/m 2 , och att den utstrålade mer energi till

årtusenden måste planeten vara i energibalans inom mindre än 0,1 W/m 2 . Jorden (dvs.

klimatmodellen med CLIMAP:s SST-värden) försökte svalna; den skulle behöva svalna minst 1-2 °C.

för att uppnå energibalans. När vi använde oss av CLIMAP:s isälvsareal med "maximal utbredning" -

och antog att den maximala storleken på inlandsisen uppnåddes samtidigt på alla kontinenter i både

Något var fel med antingen CLIMAP:s ytförhållanden eller vår antagna förändring av

atmosfärens sammansättning mellan LGM och idag. Vi insåg faktiskt inte att - i

förutom minskad CO 2 - CH 4 och N 2 O var mindre rikligt förekommande under LGM än i dag. Men,

effekten av denna förändring är måttlig och meningen är att energibalansen blir ännu större.

En trolig förklaring var att CLIMAP:s SST-värden var orealistiskt varma. Vi noterade oberoende

bevis för den slutsatsen, inklusive en då pågående studie av proxytemperaturdata av Rind

och Peteet som visade att CLIMAP:s SST-värden på låga latituder var för varma med så mycket som 2-3 °C. 22

Kallare SST under LGM innebar en högre klimatkänslighet. Vår beräknade klimatdrivning

för holocen i förhållande till LGM (på grund av förändringar av istäcken, vegetation och koldioxid) var nästan 6 %.

W/m 2 . Forcering av 2×CO 2 är ~4 W/m 2 , två tredjedelar av forceringen från LGM till holocen, så

CLIMAP:s uppskattning av temperaturförändringen på 3,6 °C innebar en ECS i den nedre delen av intervallet 2,5-5 °C.

intervallet som uppskattas från vår återkopplingsanalys. Men om LGM var kallare - vilket antyds av den

beräknad energibalans - skulle ECS ligga i den övre delen av intervallet 2,5-5 °C.

Medlemmarna i CLIMAP-projektet skulle inte medge så stora fel i LGM SSTs. Därför har vi

endast att klimatkänsligheten var 2,5-5 °C för 2×CO 2 . Trots detta var detta intervall mer

exakt och tillförlitligt än vad klimatmodellerna ensamma någonsin kan ge. I dag finns det avancerade tekniker för

analys möjliggör en mer definitiv bedömning av klimatkänsligheten. Tierney et al. 23 använde en stor

samling av geokemiska proxies för SST som begränsats av isotopmätningar och klimatdata.

förändringsmönster som definieras av GCM:er för att finna en nedkylning på 6,1 °C (95 % konfidensintervall: 5,7-6,5 °C) för

intervallet 23-19 ky BP. En ytterligare dynamiskt begränsad fullfältsanalys av klimatutvecklingen

sedan LGM av Osman, Tierney, et al. 24 fastställer LGM-kylningen för 21-19 ky BP till 6,8 ± 1 °C med en

95 % konfidens. 25 Seltzer et al. 26 använder den temperaturberoende lösligheten hos upplösta ädelmetaller.

gaser i gammalt grundvatten för att konstatera att de globala landområdena mellan 45°S och 35°N kyldes med 5,8 %.

± 0,6 °C under LGM; med tanke på den polära förstärkningen av LGM-kylningen som delvis beror på ökad is

Här accepterar vi slutsatsen att LGM var minst 6°C kallare än den förindustriella

Holocen och drar slutsatser om konsekvenserna för klimatkänsligheten. Först måste vi dock klargöra vad

Framstegen med att minska osäkerheten i klimatkänsligheten var långsamma under de fem första utvärderingarna.

IPCC:s första utvärderingsrapporter. I den femte utvärderingsrapporten 27 (AR5) från 2014 drogs slutsatsen att endast - med 66 procent

sannolikhet - att ECS låg inom intervallet 1,5-4,5 °C, samma som Charneys rapport 35 år tidigare.

I själva verket gjordes stora framsteg i förståelsen av klimatförändringen. Vi uppskattar att

tusentals artiklar om relevanta klimatprocesser publicerades som påverkar uppskattningarna av klimatet

känslighet. Det breda spektrumet av information - särskilt de begränsningar som paleoklimatet medförde

data - påverkade till slut AR6:s uppskattning av ECS. AR6 13 drar slutsatsen att det är 66 % troligt att ECS

Vi undviker att gå igenom litteraturen om klimatkänslighet genom att förlita oss på den nyligen publicerade omfattande

av Sherwood och 24 medförfattare, 28 som använde sig av flera olika bevis för att dra slutsatsen att

Klimatkänsligheten för fördubblad CO 2 är 2,6-3,9 °C med 66 % sannolikhet. Detta intervall avser en

"effektiv känslighet", S, som författarna räknar med kommer att skilja sig från ECS med endast några procent.

S är tänkt att vara relevant för 150-årsskalan. Vi fokuserar på jämviktsklimatet

oberoende av varandra. Förståelse för reaktionstiden är nödvändig för att kunna bedöma hur brådskande det är.

och vilken typ av åtgärder som krävs för att upprätthålla ett gynnsamt klimat. ECS kan också potentiellt vara

härledas exakt från uppgifter om tidigare stabila klimattillstånd som nödvändigtvis var nära energinivåer.

balans. Under övergången från LGM till holocen, som krävde energi för att smälta is motsvarande

130 m havsnivå och höja havstemperaturen med flera grader, var energibalansen i genomsnitt endast

omkring +0,2 W/m 2 . 29 Under LGM och holocen, när den globala havstemperaturen och havsytan

var relativt stabila, var EEI i genomsnitt över flera ky mycket mindre än 0,1 W/m 2 .

Vi kommer att uppskatta ECS med hjälp av par av jämviktsklimattillstånd som binder glaciär-till-interglaciala

klimatförändringar. Först måste vi dock diskutera definitioner av klimatpåverkan och kommentera följande

viktiga processer som är involverade i övergångarna från glacial till interglacial klimat.

Den globala temperaturförändringen vid jämviktsytan är åtminstone nominellt relaterad till ECS genom

där λ är en allmänt använd förkortning för ECS, ΔT S är den globala medelvärdet för jämviktsytan.

temperaturförändring som svar på klimatpåverkan F, som är en påtvingad störning av

planetens energibalans mätt i W/m 2 som medelvärde över hela planetens yta. Det finns

Det finns alternativa sätt att definiera F, vilket diskuteras i kapitel 8 30 i AR5 och i en artikel 31 nedan kallad

kallad Efficacy. Målet är att hitta en definition av F som gör att olika forceringsmekanismer av

samma storleksordning ger en liknande global temperaturförändring, men också en definition som kan användas för att

kan beräknas enkelt och tillförlitligt. I de fyra första IPCC-rapporterna användes justerad drivkraft, F a , som är

Jordens energibalans efter det att temperaturen i stratosfären anpassats till närvaron av forceringsmedlet.

F a ger vanligen ett konsekvent svar bland olika forcerande ämnen, men det finns undantag.

såsom aerosoler av svart kol; F a överdriver deras inverkan. F a är också besvärligt att beräkna och

beror på definitionen av tropopausen, som varierar mellan olika modeller. F s , den fasta SST-styrkan

(inklusive fast havsis), är mycket mer robust än F a som en prediktor för klimatresponsen, 31,32 men

där F o är jordens energibalans efter det att atmosfären och landytan har anpassat sig till närvaron av

det forcerande agenset med fast SST. Det krävs en GCM-körning på cirka 100 år för att exakt definiera

F o på grund av den oförutsedda atmosfäriska variabiliteten. GCM-körningen definierar också δT o , det globala medelvärdet.

förändring av den globala medelvärmeytan som orsakas av forceringen med fast SST-värde. λ är modellens ECS i °C.

per W/m 2 . δT o /λ är den del av den totala forceringen (F s ) som "förbrukas" för att orsaka δT o

uppvärmning; strålningsflödet till rymden ökar med δT o /λ på grund av uppvärmning av landytan och

den globala luften. Uttrycket δT o /λ är vanligtvis mindre än 10 % av F o , men inte nödvändigtvis försumbart.

IPCC AR5 och AR6 definierar effektiv strålningsdrivning ERF som ERF = F o . Utelämnande av δT o /λ var

avsiktligt 30 och är inte ett stort problem eftersom osäkerheten i de flesta drivkrafter är lika stor som δT o /λ.

Om drivkraften används för att beräkna den globala temperaturresponsen på ytan, måste dock drivkraften till

använda är F s , inte F o . Det skulle vara bra om både F o och δT o rapporterades för alla klimatmodeller.

En ytterligare förfining av klimatforcering föreslås i Efficacy: en effektiv forcering (F e ) som definieras som

genom en lång GCM-körning med beräknad havstemperatur. Den resulterande globala yttemperaturen

förändringen, i förhållande till förändringen för en lika stor CO 2 -forcering, definierar forceringens effektivitet. Effektivt

F e , befanns ligga inom några få procent av F s för de flesta forcerande ämnen, dvs.

bekräftade att F s är en robust definition av forcering. Detta stöd gäller strikt sett F s , inte F o = ERF,

Ett annat problem avslöjades genom klimatsimuleringar från Goddard Institute for Space Studies.

(GISS) GCM för CMIP6 33- och AR6-studierna. Denna nyare GISS-modell, 34,35 som vi kallar GISS-modellen

GISS (2020)-modellen, 36 har högre upplösning (2°×2,5° och 40 atmosfäriska lager) och andra

förändringar som ger en fuktigare övre troposfär och nedre stratosfär i förhållande till GISS-modellen.

modellen som användes i Efficacy och tidigare artiklar. Den fasta SST-simuleringen för 2×CO 2 med GISS

(2020)-modellen ger F o = 3,59 W/m 2 , δT o = 0,27 °C och λ = 0,9 °C per W/m 2 . F S = 3,59 +

0,30 = 3,89 W/m 2 , vilket är 5,4 % mindre än F S = 4,11 W/m 2 för GISS-modellen som användes i

Effektivitet. Författarna till GISS (2020) 34,35 tillskriver minskad CO 2 -drivning till infrarödtäckning med

ökad vattenånga. Vi håller med om att denna effekt av ökad vattenånga är meningsfull, men

förändringar som införts i GISS (2020) molnparametrisering kan också vara en relevant faktor.

Införandet av F s i AR5 för att kvantifiera klimatpåverkan är ett värdefullt framsteg, men det möjliggör snabba

återkopplingar att spela in i bedömda drivkrafter. I ett senare avsnitt finner vi bevis för snabba

justeringar i GISS (2020) som sannolikt är relaterade till molnparameteriseringen.

Bild 1. IPCC AR6 bilaga III växthusgasdrivning, 13 där F a används för O 3 och F o för andra

växthusgaser, jämfört med den effektiva drivningen, F e , från ekv. (3). Se diskussion i texten.

Samtidigt använder vi befintliga uppgifter för att konstruera och göra formler för växthusgasdrivning tillgängliga som en

funktion av gasmängder. Våra ursprungliga formler, 37 som ingår i stödmaterialet, justeras

Växthusgasdrivning, F a , erhållen genom numerisk anpassning till beräkningar med GISS GCM:s strålningskod,

som använder den korrelerade k-fördelningsmetoden 38 baserad på laboratorieanalyser med hög spektralupplösning.

data. 39 Laboratoriedata har förändrats lite, så vi omvandlar dessa F a till effektiva forcings (F e )

via effektivitetsfaktorer (E a ) från tabell 1 i Efficacy. Den totala växthusgasdrivningen är då

F e = F a (CO 2 ) + 1,45 F a (CH 4 ) + 1,04 F a (N 2 O) + 1,32 F a (MPTGs + OTGs) + 0,45 F a (O 3 ). (3)

F a-förstärkningar beräknades med en global medelvärde 1-dimensionell (1-D) strålande konvektionsmodell;

Koefficienterna i (3) inkluderar således effekten av konverteringen till 3D-atmosfär (se stödmaterial).

Koefficienten för CH 4 (1,45) omfattar effekten av att ändra CH 4 på stratosfärisk vattenånga.

och O 3 , samt effekten av CH 4 i sig själv (1,10). I enlighet med Prather och Ehhalt40 antar vi följande

att CH 4 är ansvarig för 45 % av förändringen av O 3. Forcering som orsakas av de återstående 55 % av

O 3-förändringen baseras på IPCC:s AR6 O 3-forcering (F a = 0,47 W/m 2 år 2019); vi multiplicerar denna AR6

O 3-forcering med 0,55 × 0,82 = 0,45, där 0,82 är effekten av O 3-forcering från tabell 1 i

Effektivitet. Således är den del av O 3-forceringen som inte är HC 4 0,21 W/m 2 år 2019. MPTG och OTG

är spårgaser enligt Montrealprotokollet och andra spårgaser. 41 En uppdaterad förteckning över dessa gaser och en

tabell över deras årliga forcings sedan 1992 finns tillgänglig liksom tidigare uppgifter. 42

Klimatforcingen enligt våra formler är något större än IPCC AR6-forcingen (fig. 1). För

2019, det sista året med AR6-data, är vår växthusgasforcering 4,00 W/m 2 , medan AR6

forcing är 3,84 W/m 2 . Vår forcering förväntas vara större, eftersom IPCC:s forcings är F o for

alla gaser utom O 3 , för vilket de anger F a (AR6 avsnitt 7.3.2.5). Tabell 1 i Efficacy tillåter

noggrann jämförelse: δT o för 2×CO 2 för GISS-modellen som används i Efficacy är 0,22 °C, λ är 0,67 °C.

per W/m 2 , så δT o /λ = 0,33 W/m 2 . Omräkningsfaktorn från F o till F e (eller F s ) är alltså 4,11/(4,11-

0.33). Den del av AR6 2019-forskningen som inte är O 3 (3,84 - 0,47 = 3,37) W/m 2 ökar till 3,664

W/m 2 . O 3-delen av AR6 2019-forskningen (0,47 W/m 2 ) minskar till 0,385 W/m 2 eftersom

effektiviteten för F a (O 3 ) är 0,82. AR6:s växthusgasdrivning 2019 är således ~ 4,05 W/m 2 , uttryckt som

F e ~ F s , vilket är ungefär 1 % större än vad som följer av våra formler.

Bild 2. Temperaturen i Antarktis C-kupolen under de senaste 800 ky från Jouzel et al.(2007) 43 i förhållande till den

medelvärdet för de senaste 10 ky och Dome C CO 2 -mängden från Luthi et al. 44

Denna nästan exakta överensstämmelse är inte en indikation på den verkliga osäkerheten i växthusgasdrivningen, som

IPCC AR6 uppskattar till 10 %, alltså cirka 0,4 W/m 2 . I stödmaterialet visar vi att vår

CH 4-forcering är större än IPCC AR6:s, medan vår MPTG + OTG-forcering är mindre än

den i IPCC AR6; dessa skillnader kompenseras ungefär. Beräkningen av drivningen är svår

eftersom den måste ta hänsyn till den komplexa spektrala variabiliteten hos gasabsorptionen och de fyra-

vattenånga och moln, men den moderna datorkapaciteten gör det lättare att beräkna de

noggrannare bedömning genom systematiska jämförelser mellan modeller. Förbättrad kunskap om

strålningsegenskaperna i atmosfären behövs när mänskligheten arbetar för att begränsa växthusgaser och på annat sätt

påverka jordens energibalans på annat sätt för att begränsa oönskade klimatförändringar.

Den häpnadsväckande slutsatsen är att ökningen av växthusgaser sedan 1750 nu ger upphov till en klimatdrivning som

motsvarande den som orsakas av 2×CO 2 (våra formler ger F e ~ F s = 4,09 W/m 2 för 2021; IPCC:s AR6 F s =

4,14 W/m 2 ). Den mänskligt orsakade 2×CO 2-klimatdrivning som Charney, Tyndall och andra

växthusjättar 1 är inte längre inbillad. I detta ögonblick tar mänskligheten sina första steg in i

konsekvensernas period. Jordens paleoklimathistoria hjälper oss att bedöma de potentiella konsekvenserna.

Luftbubblor i Antarktis iskärnor - fångade när snöfall samlades upp och komprimerades till is -

har bevarat ett register över långlivade växthusgaser från åtminstone de senaste 800 000 åren. Isotopsammansättning av

isen ger ett mått på temperaturförändringar i och nära Antarktis. 43 I allmänhet är CO 2 , CH 4

och N 2 O var rikligare under interglaciala perioder än under glaciala perioder.

Förändringar av Antarktis temperatur och växthusgaser, särskilt CO 2 , är starkt korrelerade (fig. 2). Detta

innebär inte att växthusgaser var den primära orsaken till klimatsvängningarna. Hays, Imbrie och

Shackleton 45 visade att små förändringar av jordens omloppsbana runt solen och jordens snurrvinkel

axel i förhållande till omloppsplanet är pacemakers för istiderna. Dessa förändringar i omloppsbanan förändrar

säsongsmässiga och geografiska fördelningen av solinstrålningen, vilket leder till förändringar i storlek och storlek på inlandsisen.

mängd växthusgaser. Båda dessa är mekanismer för klimatförändringar mellan istider och istider, men den

att klimatet på lång sikt är så känsligt är den ytterligare roll som istäcken och växthusgaser spelar som förstärkare av

återkopplingar. När jorden värms upp krymper istäcken och exponerar en mörkare yta som absorberar mer

Denna effekt fungerar i motsatt riktning när jorden svalnar. När jorden kyls ned

värms upp släpper havet och kontinenterna ut växthusgaser i luften, vilket förstärker uppvärmningen.

kyler, tar havet och kontinenterna upp dessa gaser, vilket förstärker nedkylningen. 46

De svaga orbitala drivkrafterna svänger långsamt över tiotals och hundratusentals år. 47 De

bilden av hur förändringar i jordens omloppsbanor driver klimatförändringar över tusen år målades för första gången tydligt upp i

1920-talet av Milutin Milankovitch, som byggde vidare på 1800-talshypoteser från James Croll och

Joseph Adhémar. Paleoklimatförändringar av isskiktets storlek och mängden växthusgaser som svar på globala

temperaturförändringar beskrivs ibland som långsamma återkopplingar. 48 De förändras långsamt i

paleoklimatet, eftersom de följs av den långsamt föränderliga jordbanans drivkraft.

Detta betyder dock inte att dessa återkopplingar inte kan fungera snabbare som svar på en

snabb klimatpåverkan. Vi kommer att dra slutsatsen att växthusgaser och inlandsisens återkopplingar delvis

reagerar delvis långt innan den snabba återkopplingen till en klimatpåverkan är fullständig.

I dag är det möjligt att utvärdera ECS exakt genom att jämföra stabila klimattillstånd före och efter en

efter en övergång från glacial till interglacial klimat. Mängder av växthusgaser är kända från iskärnor och is.

och isflakens storlek kan härledas från havsnivå och andra geologiska data. En varm LGM som föreslås av

CLIMAP- och MARGO 49-data (~3 °C kallare än holocen) kan förkastas med bestämdhet, eftersom den

nu är säkert att deras SST-data ger en planet som är ur energibalans med mer än 2 W/m 2 , som

som diskuterats ovan. En energibalans på +2 W/m 2 är tillräcklig för att höja temperaturen i

övre kilometer av havet med 2,2 °C eller att smälta isen för att höja havsnivån med 22 m på ett sekel 50 - och 10

gånger så mycket på ett årtusende. Sådana förändringar inträffade inte, så LGM var mer

mer än 3 °C kallare än idag. Som diskuterats ovan accepterar vi de senaste paleoanalyserna som drar slutsatsen att

Holocen är en ovanlig interglacial period. Den började som förväntat: den maximala smältningshastigheten för glaciärerna

var vid 13,2 kyBP (kiloyår före nutid) 51 och efter att ha nått en topp i början av holocenet, började växthusgaser

mängder började minska som i de flesta interglacialer. Flera ky senare började dock CO 2 och CH 4

att öka, vilket gav upphov till frågan om människan började påverka växthusgasmängderna.

Ruddiman 52 föreslog att CO 2 började påverkas av avskogning för 8 ky sedan och CH 4 av ris.

bevattning för 5 ky sedan. Denna fråga hindrar oss inte från att använda LGM-Holocen-jämförelsen för att

att uppskatta ECS, men för tydlighetens skull jämför vi LGM med både det tidiga och det sena

Holocen. Dessutom jämför vi det föregående glaciala maximum (PGM) 53 med det efterföljande

interglacial (Eemian, cirka 130-118 kyBP). Baserat på en genomgång 54 av data från Eemian uppskattar vi att

att Eemian var ungefär +1°C varmare än den genomsnittliga temperaturen under holocen. Översynen

inkluderar en robust uppskattning av toppar av Eemian SSTs på +0,5 ± 0,3°C i förhållande till 1870-1889, 55 vilket

är +0,65 ± 0,3 °C i förhållande till vår basperiod 1880-1920 och överensstämmer med vår uppskattning av

Mängderna CO 2 , CH 4 och N 2 O under holocen, LGM, Eemian och PGM är kända med exakthet.

från iskärnor, med undantag för N 2 O i PGM då N 2 O-reaktioner med damm i isen

kärnan förstör uppgifterna. 56 Vi tar PGM N 2 O som medelvärdet av den minsta rapporterade PGM-mängden.

och LGM-mängden. Det resulterande potentiella felet i N 2 O-forskningen är i storleksordningen 0,01 W/m 2 .

Vi beräknar CO 2 , CH 4 och N 2 O-fordringarna med hjälp av Eq. (3) och formler för varje gas i Supporting

Material. Vi tillhandahåller 57 mängder växthusgaser och beräknade forcings för de perioder som visas med grönt.

staplar i figur 3. Den period som valts i Eemian undviker den tidiga toppningen av CO 2 och temperatur till

säkerställa att det är en period med jorden i energibalans. Mellan LGM (18-24 kyBP) och slutet av

Holocen (1-5 kyBP) ökade växthusgasdrivningen med 2,5 W/m 2, varav 2,0 W/m 2 (80 %) från CO 2 .

Mellan LGM och tidig holocen ökade växthusgasdrivningen med 2,15 W/m 2 och 80 % från CO 2 .

Mellan PGM och Eemian ökade växthusgasdrivningen med 2,3 W/m 2 , varav 79 % från CO 2 .

Bild 3. Temperatur i Antarktis (kupol C) (Jouzel et al. 43 ) och växthusgasmängder från flera iskärnor (Schilt

et al.). 56 Gröna staplar (1-5, 6-10, 18-24, 120-126, 137-144 kyBP) är beräkningsperioder.

Förändringar på jordytan är den andra forcering som krävs för att utvärdera ECS: (1) förändring av jordens yta

albedo (reflektivitet) och topografi på grund av istäcken, (2) vegetationsförändringar, t.ex.

boreala skogar som ersatts av ljusare tundra, och (3) kontinentalsocklar som exponeras av lägre havsnivå.

under istiden. Den drivkraft som orsakas av alla tre förändringarna kan utvärderas samtidigt med en global

klimatmodell. En noggrann bedömning kräver en realistisk simulering av moln, som minskar ytans

albedoeffekter. Molnen är den viktigaste och svåraste snabba återkopplingen (snabb reaktion) i

globala klimatmodeller. 58 Utvärdering av ytans forcering är därför idealisk för PMIP 59.

(Paleoclimate Modelling Intercomparison Project) samarbete med CMIP 60 (Coupled Model

En gemensam studie skulle kunna ge värdefulla jämförelser mellan modellerna och även

Aerosoler är en sista fråga att ta itu med innan klimatkänsligheten kan uppskattas. Aerosoler orsakade av människan,

inklusive deras effekt på moln, är en klimatdrivande faktor (en påtvingad störning av jordens energi).

energibalans). Naturliga aerosolförändringar är, liksom moln och vattenånga, en snabb klimatåterkoppling.

Aerosoler och moln bildar ett kontinuum och skillnaden blir godtycklig när fuktigheten

närmar sig 100 procent. Det finns många typer av aerosoler, däribland VOC (flyktiga organiska ämnen).

föreningar) som produceras av träd, havssalt som produceras av vind och vågor, svart och organiskt kol

som produceras av skogs- och gräsbränder, damm som produceras av vind och torka samt biologiska havsrester.

dimetylsulfid och dess sekundära aerosolprodukter. Alla dessa varierar geografiskt och i olika länder.

och som en följd av klimatförändringar. Vi kan inte exakt specificera deras egenskaper under tidigare epoker, och det finns

Det finns inget behov av att göra det, eftersom deras förändringar är återkopplingar som ingår i klimatresponsen.

Sherwood et al. 28 granskar studier av LGM-isens drivkraft och fastställer -3,2 ± 0,7 W/m 2 , den

samma som IPCC AR4:s uppskattning. 61 Vissa GCM:er ger dock effekter för inlandsisens påverkan.

så låga som ~0,75 62 eller till och med ~0,5, 63 dvs. att svaret på inlandsisens forcering är en bråkdel av den

svar på en lika stor CO 2 -forcering. För LGM-vegetationen fann vi en pådrivning på - 0,9 W/m 2 av

med hjälp av Koppen 64 schemat för att relatera vegetationen till det lokala klimatet. Kohler et al. 65 uppskattar en

kontinentalsockeln en forcering på - 0,6 W/m 2 . Vi uppskattar den LGM-holocena nettofördrivningen på ytan till följande

3-5 W/m 2 , där det breda intervallet beror på den osäkra effekten av ytans drivkraft. För tiden

tills en mer exakt bedömning av ytans drivkraft finns tillgänglig - låt oss använda den genomsnittliga

Holocena växthusgasdrivningen på 2,3 W/m 2 , vilket gör att den totala LGM-Holocena drivningen blir 5,3-7,3 W/m 2 .

W/m 2 . Om man antar att uppvärmningen under LGM-Holocen är 6,1 °C 23 och att 2×CO 2 -forceringen är 4 W/m 2 får man ECS

= 3,3-4,6 °C för 2×CO 2 . Osman, Tierney et al. LGM-kylning på 6,8 °C för 23-19 ky BP ger

PGM-Eemian klimatförändringar ger en kontroll. PGM-Eemian växthusgasdrivning var 2,3 W/m 2 . PGM

havsnivån var ~10 m högre än LGM-havsnivån. 66 Det nordamerikanska istäcket var mindre

än under LGM och det eurasiska istäcket var förmodligen större. 53 Omfördelning av ismassan

mellan de två stora istäcken har liten effekt på deras kombinerade klimatpåverkan, men mindre is

massa med motsvarande 10 m havsnivå minskar ytans drivkraft med ~0,3 W/m 2 , se fig.

S4 i Target CO 2-dokumentet. 67 Den globala uppvärmningen under PGM-Eem var minst lika stor som under LGM-Holocen.

globala uppvärmningen. PGM var troligen något varmare än LGM, vilket antyds av den

högre PGM-havsnivå och den temperatur som kan härledas till Dome C i Antarktis (fig. 2). Emellertid,

temperaturen vid Dronning Maud Land i Antarktis verkar ha varit svalare under PGM än under

LGM. 68 Den globala temperaturen i Eemian var cirka 1 °C varmare än i Holocen, enligt följande.

diskuteras ovan. Sammanfattningsvis var uppvärmningen i PGM-Eemian flera tiondels grader större än i

uppvärmningen i LGM-Holocen, medan den drivkraft som upprätthöll den eemiska uppvärmningen var några tiondelar av

W/m 2 mindre än den holocena forceringen. Medan den LGM-holocena klimatförändringen

Vi drar slutsatsen att ECS är minst ungefär 4 °C och nästan säkert 3,5-5,5 °C.

IPCC AR6 slutsatsen att 3°C är den bästa uppskattningen av ECS är oförenlig med paleoklimatet.

data. Vår slutsats gäller även för övergången till varmare klimat, vilket diskuteras i sammanfattningen.

nedan. Charneys uppskattning av 3 °C för 2×CO 2 , alltså ¾ °C per W/m 2 -forcering, var den kanoniska

ECS-skattning i mer än 40 år. Exakta data för paleoklimattillstånd i jämvikt pekar på en

ny kanonisk ECS: 1°C per W/m 2 forcering. Den enda stora invändningen är osäkerheten i den glaciala

klimatpåverkan från glaciärytan. En väl utformad PMIP/CMIP-studie skulle kunna minska denna osäkerhet.

Hög klimatkänslighet har konsekvenser för klimatets reaktionstid och uppvärmningens omfattning.

som är på gång. Långsam klimatreaktion - fördröjd klimatreaktion - har politiska konsekvenser.

Klimatresponstiden var förvånansvärt lång i våra klimatsimuleringar för 1982 års Ewing-period.

jämviktsrespons - var ungefär ett århundrade. Den enda publicerade atmosfär-oceaniska GCM - som

av Bryan och Manabe 69 - hade en svarstid på 25 år, medan flera förenklade klimatklimatmodeller

modeller som refereras i vår Ewing-artikel hade ännu snabbare reaktioner. Den längre svarstiden för

vår klimatmodell var till stor del ett resultat av den höga klimatkänsligheten - vår modell hade en ECS på 4 °C.

Fysiken är enkel. Om fördröjningen är ett resultat av en fast källa till termisk tröghet, t.ex.

havets välblandade övre skikt, skulle reaktionstiden öka linjärt med ECS eftersom

de flesta klimatåterkopplingar kommer till stånd som svar på den temperaturförändring som drivs av forceringen,

och inte som en direkt reaktion på drivningen. En modell med en ECS på 4 °C tar alltså dubbelt så lång tid att nå

full respons än en modell med ECS på 2 °C, om det blandade lagret är den enda värmekapaciteten.

Samtidigt som blandskiktet värms upp sker dock ett vattenutbyte med det djupare havet,

vilket bromsar uppvärmningen av blandskiktet. Den längre reaktionstiden med hög ECS gör det möjligt att mer av

havet att komma in i bilden. Om blandningen till det djupare havet approximeras som diffusiv, kommer ytan att

temperaturens reaktionstid är proportionell mot kvadraten på klimatkänsligheten. 70

Långsam klimatreaktion ökar behovet av den "framförhållning" som E.E. David Jr. talade om. Om

ECS är 4°C, är det mer uppvärmning på gång än vad som allmänt antas. Den större uppvärmningen kan

så småningom göra en stor del av planeten ogästvänlig för mänskligheten och orsaka förlust av kuststäder.

till följd av stigande havsnivåer. Vi kommer att hävda att dessa öden fortfarande kan undvikas genom en förnuftig politik.

men vi måste förstå klimatets reaktionstid för att kunna utforma en effektiv politik.

I Bjerknes-föreläsning 71 vid American Geophysical Union-mötet 2008, skrev den första författaren

(JEH) att havet i många GCM:er har en överdriven och orealistisk blandning, och han föreslog att

att GCM-modelleringsgrupper rapporterar och gör den globala temperaturresponsfunktionen tillgänglig.

för sina modeller. Svarsfunktionen är den globala temperaturens svar på en omedelbar fördubbling.

av koldioxid (2×CO 2 ) med en modell som löper tillräckligt länge för att närma sig jämvikt.

responsfunktionen kännetecknar en klimatmodell och gör det möjligt att snabbt (med Green's funktion) uppskatta

T G är Green's funktions uppskattning av den globala temperaturen vid tiden t, λ (°C per W/m 2 ) modellens

2×CO 2 jämviktskänslighet, R den dimensionslösa temperaturresponsfunktionen (% av

jämviktsrespons), och dF e förändringen av forceringen per tidsenhet, dt. Integrationen över tiden

börjar när jorden är i nära energibalans, t.ex. i förindustriell tid. Svarsfunktionen

ger en exakt uppskattning av den globala temperaturförändringen för alla klimatpåverkningshistorier, med

nästan samma resultat som för den globala GCM som gav upphov till responsfunktionen (se diagram

15 i Bjerknes presentation). 71 Denna approximation förväntas vara bra för alla typer av forcering.

om och tills forceringen orsakar en grundläggande omorganisation av den globala havscirkulationen.

Fig. 4. (a) Den globala medeltemperaturen på ytan vid en omedelbar fördubbling av CO 2 och (b) normaliserad

svarsfunktion (procent av den slutliga förändringen). Tjocka linjer i figurerna 4 och 5 är utjämnade 73-resultat.

Havsblandning behandlas genom jämförelse av två versioner av GISS GCM: GISS (2014) 74 och GISS (2014).

GISS (2020). 35 Båda modellerna 75 beskrivs av Kelley et al. (2020). 34 Havsblandningen är markant

GISS (2020) förbättras markant genom användning av ett advektionsschema av hög ordning, 76 finare vertikala rörelser i övre oceanen och

upplösning (40 lager), uppdaterad parameterisering av mesoskalavirveln och korrigering av fel i den

havsmodelleringskoden. 34 GISS (2020)-modellen har förbättrad intern variabilitet, inklusive den

Madden-Julian Oscillation (MJO), El Nino Southern Oscillation (ENSO) och Pacific Decadal Oscillation (Stilla Havet).

Oscillation (PDO), även om den spektrala signaturen av den ENSO-liknande variabiliteten är orealistisk och

dess amplitud är överdriven, vilket framgår av storleken på svängningarna i figur 4a. Havsblandning i

GISS (2020) kan fortfarande vara lite överdriven i Nordatlanten, där modellens simulerade

modellen är inte snabbare än GISS(2014)-modellen (fig. 4b): det tar 100 år att nå inom 1/e av

jämviktsresponsen. Den långsamma responsen förklaras delvis av den större ECS i GISS

(2020) modellen, som är 3,5 °C jämfört med 2,7 °C för GISS (2014) modellen, men något mer är

på gång i den nyare modellen, vilket avslöjas av responsfunktionen för jordens energibalans.

När jordens klimat störs av en forcering uppstår den resulterande energibalansen på jorden (EEI).

leder till uppvärmning eller avkylning som tenderar att återställa balansen. Ökade växthusgaser och minskad

aerosoler orsakar för närvarande en positiv EEI - mer energi som kommer in än som går ut - med cirka +1

W/m 2 i genomsnitt över flera år. 78 Högsta absoluta noggrannhet för EEI erhålls genom att följa

havets uppvärmning - den primära förvaringen av överskottsenergi - och genom att lägga till den värme som lagrats i

uppvärmning av kontinenter och den värme som används i nettosmältningen av is. 78 Värmelagring i luft ger ett litet tillskott,

nästan försumbar mängd. Observationer av strålningsbalansen från satelliter i omloppsbana runt jorden av

kan i sig inte mäta EEI med den noggrannhet som krävs, men när de kalibreras med in situ-analyser av strålningen kan de

data ger satellitobservationer av strålningsbalansen på jorden ovärderliga EEI-data för finare tidsförhållanden.

Fig. 5. a) Jordens energibalans (EEI) för 2×CO 2 , och b) EEI:s normaliserade responsfunktion.

Efter att en stegfunktion har införts måste EEI och den globala yttemperaturen närma sig var och en av dem

en ny jämvikt, men EEI gör det snabbare, särskilt för GISS-modellen (2020) (fig. 5).

EEI i GISS (2020)-modellen behöver bara ett decennium för att nå inom 1/e av full respons (fig. 5b),

medan den globala yttemperaturen kräver ett århundrade (fig. 4b). Snabb minskning av EEI - till hälften av

forcering inom 5 år (fig. 5a) - har praktiska konsekvenser, om det är realistiskt. För det första definierar EEI den

tid ökar. För det andra innebär en snabb minskning av EEI - om den är realistisk - att antagandet att

den globala uppvärmningen och pumpningen av värme i havet kan stoppas om mänskligheten minskar klimatet.

klimatpåverkan med ett belopp som motsvarar EEI kan vara fel. I stället är den nödvändiga minskningen av drivkraften

förmodligen större än EEI. I alla scenarier för att stabilisera klimatet är det svårt att hitta ytterligare

minskning av klimatdrivningen med ens några tiondelar av en W/m 2 är betydande. 54 Beräkningar som kan

Vilken fysik ligger bakom EEI:s snabba reaktion? Den 2×CO2-drivande effekten och den ursprungliga EEI är båda

nominellt 4 W/m 2 . I GISS-modellen (2014) är minskningen av EEI i genomsnitt under det första året följande

0,5 W/m 2 (fig. 5a), en måttlig minskning som till stor del kan orsakas av uppvärmning av kontinenter och

ökad värmestrålning till rymden. EEI minskar däremot med 1,3 W/m 2 i GISS (2020)-modellen.

(fig. 5a). En sådan enorm, omedelbar minskning av EEI innebär att det finns ett ultrasnabbt klimat.

återkoppling. Klimatåterkopplingar är kärnan i klimatförändringen och motiverar en diskussion.

Charney et al. 4 beskrev klimatåterkopplingar utan att diskutera tidsskalor. Vid Ewing-konferensen 1982

Symposiet i Ewing beskrevs vattenånga, moln och havsis som "snabba" återkopplingar som antogs vara

förändras snabbt som svar på globala temperaturförändringar, i motsats till "långsamma" återkopplingar eller

specificerade randvillkor, såsom storlek på inlandsisen, vegetationstäckning och atmosfärisk koldioxid.

Stor respons av EEI på ett år (fig. 5a) innebär en tredje tidsskala för återkoppling: ultrasnabb.

Ultrasnabba återkopplingar är inget nytt koncept. När atmosfärens CO 2 fördubblas, kommer det tillagda infraröda

opaciteten gör att stratosfären kyls ner. Den omedelbara EEI vid en CO 2 -fördubbling är endast F i = +2,5

W/m 2 , men stratosfärisk kylning ökar snabbt EEI till +4 W/m 2 . 80 Denna snabba anpassning ledde till att

till valet av justerad forcering, F a , som överlägsen F i som ett mått på klimatforcering.

Fysiken bakom den ultrasnabba förändringen i GISS-modellen inbegriper sannolikt molnförändringar. Kamae

et al. 81 granska snabba molnjusteringar separat från förändringar som förmedlas av yttemperaturen.

Moln reagerar på strålningsdrivning, t.ex. genom effekter på molnpartiklarnas fas, molntäcke, molntäcke

albedo och nederbörd. 82 GISS-modellen (2020) ändrar glaciationen i stratiform blandfas.

Södra oceanen [fig. 1 i GISS (2020) GCM-beskrivning 34 ]. Andelen underkylt molnvatten

vattendroppar ändras från för lite i GISS (2014) till för mycket i GISS (2020). Även om

ingen av modellerna på ett realistiskt sätt simulerar stratocumulusmoln - som är viktiga för noggranna

simulering av jordens albedo och klimatkänslighet - påverkar denna modellbrist inte

vår bedömning av klimatkänsligheten och den hindrar inte att de två GISS-modellerna används som hjälp för att

att avslöja den verkliga fysiken som påverkar klimatkänsligheten och klimatets reaktionstider.

Molnmodellering är nu ett fokusområde i utvecklingen av GCM. Flera modeller i CMIP6-jämförelser

har höga ECS. 82 Det skulle vara informativt om modellerna definierade sin temperatur och EEI

responsfunktioner (figurerna 4 och 5). Om detta inte är möjligt skulle modellkörningar som sträcker sig över ett decennium kunna definiera

den mest avgörande delen av figurerna 4a och 5a. Om dessutom många korta (t.ex. 2-åriga) 2×CO 2-klimatmodeller

simuleringar gjordes där varje körning började vid en annan punkt i modellens kontrollkörning,

skulle ultrasnabba återkopplingar, inklusive molnförändringar, kunna definieras med godtycklig noggrannhet genom att

medelvärdet av reaktionerna och subtrahera samma år i kontrollkörningen. Såsom noteras i vår

Stödmaterial, kan man definiera svarsfunktioner för bara några få forcings - till exempel CO 2 , aerosoler

och solinstrålning - skulle hjälpa till att bedöma de fysiska mekanismer som orsakar ultrasnabba återkopplingar.

Zhu et al. 83 använde nyligen LGM-klimatet för att begränsa mikrofysiken och iskärnavbildningen.

molnparametrering i gemenskapens jordsystemmodell CESM2. Den paleologiska begränsningen

minskade modellens ECS från >5°C till 4°C för 2×CO 2 . Denna oberoende studie med en

modell som inkluderar molnmikrofysik är förenlig med våra slutsatser och kan vara ett medel för att

utvärdera EEI-reaktionen med mer realistisk molnfysik. Om EEI-reaktionen är mycket snabbare än

temperaturresponsen, innebär det att den minskning av klimatpåverkan som krävs för att stabilisera

klimatet är större än den uppmätta EEI, vilket diskuteras i stödmaterialet.

Den ultrasnabba responsen av EEI i GISS (2020)-modellen finns också, om än i mycket mindre omfattning, i

GISS (2014)-modellen, vilket visas i vårt stödmaterial. Behovet av ytterligare studier av

ultrasnabba återkopplingar och det breda spektrumet av klimatkänsligheter bland de nuvarande GCM:erna behöver inte

förändrar inte den höga ECS som vi härleder från paleoklimatdata, eftersom denna härledning har ett litet beroende av

av GCM:erna. GCM:ernas huvudsakliga roll i paleoklimatanalyserna är att definiera säsongs- och

geografiska klimatmönster, vilket möjliggör en mer exakt bedömning av den globala temperaturen.

För att förstå moln måste man förstå aerosoler, som är inblandade i molnåterkopplingar.

Förändringar av aerosoler orsakade av människan är också en viktig drivkraft för klimatförändringarna.

Bild 6. Den observerade globala medeltemperaturen på ytan (svart linje) och förväntad uppvärmning från

observerade växthusgasförändringar med två alternativa val av ECS. Skillnaden (blått område) är en

uppskattning av den avkylande effekten av den (omättade) aerosolforceringen. Temperaturtoppen i

Andra världskriget är delvis en artefakt av inhomogena havsdata under den perioden. 54

ECS nära 4 °C innebär att den förväntade uppvärmningen för dagens växthusgaser vida överstiger den observerade uppvärmningen.

Den förväntade uppvärmningen av växthusgaser (fig. 6) beräknas med hjälp av ekvation (4) och responsfunktionen (fig. 6).

4b). 84 För ECS = 4 °C överstiger den förväntade uppvärmningen av dagens växthusgaser (2,2 °C) den observerade uppvärmningen med

cirka 1 °C. Om ECS är 3,5 °C är skillnaden ungefär 0,7 °C. Den angivna förväntade uppvärmningen motsvarar inte

uppvärmning genom långsamma återkopplingar, förutom ett litet bidrag i de observerade växthusgasmängderna;

Den potentiella ytterligare uppvärmningen genom långsamma återkopplingar diskuteras kvantitativt nedan.

Människoskapade aerosoler är den troliga källan till den avkylning som delvis har motverkat uppvärmningen av växthusgaser.

En alternativ källa till avkylning är den av människan orsakade ökningen av jordytans albedo, som inträffar.

genom avskogning, jordbruk, vägbyggen och annan mänsklig utveckling, som delvis kompenseras av

minskad albedo på grund av nedfall av sot på snö- och isytor. IPCC 13 (kapitel 7, tabell

7.8) uppskattar nettodrivningen till följd av albedoförändringen på ytan till -0,12 ± 0,1 W/m 2 , vilket är en

utvärdering av mänskligt orsakad nedkylning förknippar vi nästan hela nedkylningen med aerosoler.

Aerosolkylning beskrivs som en faustisk uppgörelse. 85 Betalningen kommer när vi minskar föroreningarna.

från sjöfart, fordon, industri och kraftverk, vilket vi måste göra eftersom luftföroreningar i luften

luftföroreningar orsakar miljontals dödsfall per år, där partiklar är de mest ansvariga. 86

Aerosolernas klimatpåverkan är svår att mäta eftersom den huvudsakligen sker via små inducerade moln.

förändringar. 13 Avsaknaden av en betydande global uppvärmning under perioden 1850-1920 (fig. SPM.1 i

IPCC AR6 WG1-rapporten) är en ledtråd för omfattningen av aerosolforcering. Växthusgasdrivningen ökade

+0,54 W/m 2 under perioden 1850-1920, vilket ger en förväntad uppvärmning på ~0,3 °C fram till 1920, baserat på

klimatresponsfunktion med 3,5 °C ECS (fig. 4). Naturliga drivkrafter - solinstrålning och

vulkaniska aerosoler - skulle kunna bidra till den uteblivna uppvärmningen, men vi känner inte till något övertygande fall.

Bild 7. Den globala medeltemperaturen på ytan (vänster skala) och klimatpåverkan (höger skala). Skalfaktor

mellan temperatur och påverkansfaktorer är 2,4 °C per W/m 2 (se texten). Temperatur i Antarktis (Vostok)

förändring baserad på vattenisotoper 87,88 multipliceras med 0,75. Tidsskalan har utökats efter 1750.

Modern temperatur är NASA:s GISS-analys. 89,90 Nollpunkten för växthusgasdrivning är medelvärdet för

10-8 ky BP, en period som förväntas föregå betydande mänskliga effekter. Växthusgaser + IPCC aerosol

är omöjlig att skilja från IPCC 13 helt antropogena drivning (stödmaterial).

för de nödvändiga nedåtgående trenderna för dessa forcings. Aerosoler från ökad industrialisering

före de flesta miljöskyddslagar är en mer sannolik kompensation för växthusgasuppvärmningen.

Paleoklimatdata ger möjligheter att bedöma aerosolernas klimatdrivning. Naturliga paleo aerosolförändringar

är snabba återkopplingar, vilket diskuteras ovan, men aerosoler orsakade av människan är en forcering - en påtvingad

störning av jordens energibalans. Vi kommer att undersöka kontinuiteten i moderna klimatdata.

med paleoklimatdata för att visa hur stor uppvärmningen kommer att bli om dagens nivå av klimatdata inte är lika hög som i dag.

av växthusgaser - eller en större mängd - länge kvarstår. Sedan använder vi den relativa stabiliteten hos holocena

globala temperaturen för att utvinna bevis för att människoskapade aerosoler var en betydande klimat

I dokumentet Target CO 2 67 är skalfaktorn mellan den globala jämviktstemperaturförändringen och

växthusgasdrivning är 1,5 °C per W/m 2 av växthusgasdrivning baserat på en antagen ECS på 3 °C för 2×CO 2

(0,75°C per W/m 2 ) och ett antagande att växthusgaser och istäcken bidrog ungefär lika mycket till den

glacial-interglacial klimatpåverkan (3 W/m 2 vardera). I vår nuvarande bedömning är ECS 4°C (1°C

per W/m 2 ) och mer exakt LGM-till-holocen-växthusgasdrivning (2,5 W/m 2 ) och isälvsdrivning (2,5 W/m 2 ).

(3,5 W/m 2 ). Den förbättrade skalfaktorn ΔT till F GHG i fig. 7 är således (F GHG + F Ice )/ F GHG × 1°C per

W/m 2 = 2,4 °C per W/m 2 av växthusgasdrivning. Temperaturförändringen i paleodelen av fig. 7 är

hela den observerade förändringen, som inkluderar långsamma återkopplingar. Den moderna temperaturen (lila kurva) har

inte haft tid för havet att värmas upp helt och hållet eller för långsamma återkopplingar att komma till sin rätt.

Paleo växthusgasdrivning i fig. 7 är de tre första termerna i ekv. 2 med justerade drivkrafter för CO 2 , CH 4

och N 2 O från formlerna i stödmaterialet. Växthusgasförstärkningarna är en anpassning till strålningsöverföringen.

beräkningar i en GCM 31 och stämmer väl överens med IPCC:s växthusgasdrivning, som visas ovan. Fig. 7

Bild 8. Den globala medeltemperaturförändringen på ytan under de senaste 24 ky, återgiven från fig. 2 i

Visar även växthusgas- plus aerosolforcering med hjälp av IPCC:s uppskattade aerosolforcering. Där

Vostoks N 2 O-registrering före 132 ky BP har luckor, så vi approximerar den tidigare N 2 O-utdrivningen.

genom att öka CO 2 + CH 4 -drivningen med 12 procent. Denna approximation har en god noggrannhet.

visas i stödmaterialet för de senaste 132 ky, när N 2 O-data finns tillgängliga.

Paleo växthusgas klimatpåverkan och Antarktis temperaturförändring är nästan kongruenta (fig. 7). A

fri parameter i fig. 7 är den faktor med vilken Vostok-temperaturförändringen multipliceras med för att

för att få en ungefärlig överensstämmelse med klimatpåverkan. Med klimatpåverkan och klimatet

känslighet i Target CO 2 , uppnåddes en nära kongruens mellan klimatpåverkan och temperatur om

Vostoks temperaturförändring multiplicerades med 0,5, dvs. den polära förstärkningen på södra halvklotet.

av temperaturen var en faktor två. Med en växthusgasdrivning på 2,5 W/m 2 och en ECS på 1 °C per W/m 2 ,

den faktor som Vostok-temperaturen måste multipliceras med för att uppnå en nära överensstämmelse mellan

temperatur och drivkraft är 0,75 (fig. 7). Minskad polarförstärkning på södra halvklotet är

överensstämmer med de senaste uppskattningarna av den globala temperaturförändringen under LGM-Holocen. 23,24,26

Mål CO 2 och Fig. 7 använder Vostok-temperaturen som härleds från vattenisotoper. 87,88 Nyligen

analyser 92 av LGM:s Antarktis avkylning baserat på termometri i borrhål och firnegenskaper visar att

att den glaciala nedkylningen vid inlandsisens yta är mindre än vad vattenisotoperna antyder, vilket innebär att

skalfaktorn mellan Vostok och den globala temperaturen kan vara annorlunda än värdet (0,75) i

Fig. 7. Varken denna specifika skalfaktor för Vostok (där temperaturen beror på förändringar i

isytans höjd och andra lokala faktorer) eller istidens polarförstärkning i allmänhet är viktiga.

för vår föreliggande artikel. Här vill vi bara tydligt förklara innehållet i figur 7.

Ett häpnadsväckande resultat i figur 7 är att den globala uppvärmningen i jämvikt för dagens växthusgasnivå är 10 °C.

Aerosoler, med sin högsta nivå i början av 2000-talet, minskar jämviktsuppvärmningen till 7 °C,

men mängden aerosoler minskar. De paleologiska temperaturförändringarna skedde under årtusenden, på

tidsskalan för klimatpåverkan. Dagens växthusgasdrivning ökar snabbare än alla kända paleo

fall. I en följande artikel 93 kommer vi att använda paleoklimatdata, klimatmodellering och moderna

observationer för att hävda att det är troligt att en stor reaktion från inlandsisen och en havsnivåhöjning på flera meter är troliga.

på århundradets tidsskala som svar på fortsatt extraordinär mänsklig klimatpåverkan.

Bild 9. Klimatpåverkan från växthusgaser under de senaste 20 ky med vertikal skala utökad för de senaste 10 ky på den

till höger. Mängden växthusgaser kommer från Schilt et al. 56 och formlerna för drivkraften finns i stödmaterialet.

Vi fokuserar här på de två drivkrafter - mänskligt orsakade förändringar av växthusgaser och aerosoler - som är de viktigaste faktorerna i klimatarbetet.

dominerande orsakerna till den pågående klimatförändringen. Vulkaniska faktorer och solinstrålning har en anmärkningsvärd betydelse.

kortsiktiga variationer, men ingen betydande långsiktig trend. Andra av människan orsakade påverkansfaktorer uppskattas

IPCC har en liten nettoeffekt på den totala drivningshistorien (se stödmaterial).

Flera proxy-baserade analyser (t.ex.) 94,95 fann en global avkylning under andra halvan av holocen,

men en nyligen genomförd analys 24 som använder GCM:er för att överbrygga rumsliga och tidsmässiga bias i proxydata

finner en stigande global temperatur under den första halvan av holocen följt av en nästan konstant temperatur under den andra halvan av holocen.

global temperatur under de senaste 6 000 åren fram till de senaste århundradena (fig. 8, hämtad från fig.

2 i Osman et al. 24 ). Djuphavet, den tropiska havsytan och Antarktis hade alla stabila

De sista 6 000 åren av holocen är ovanliga. Växthusgasdrivningen (fig. 9) ökade med 0,5 W/m 2 ,

men den globala temperaturen var ändå stabil, om inte sjunkande. Även Osman et al. 24 analysen (fig. 8),

som visar holocenisk uppvärmning under de senaste 9 000 åren, visar ingen uppvärmning under de senaste 6 000 åren.

Sex tusen år är tillräckligt lång tid för att långsamma återkopplingar ska fungera, liksom snabba återkopplingar.

En global uppvärmning på cirka 1 °C skulle förväntas, baserat på den klimatkänslighet som framgår av figur 7.

Hur kan vi tolka avsaknaden av uppvärmning? Var det en annan klimatdrivande faktor som var verksam?

Har mänskligheten påverkat det förindustriella klimatet på ett betydande sätt?

Ruddiman antog 52 att mänskligheten började påverka klimatet i samband med att land- och vattenbruk uppstod.

röjning och jordbruk. I en översyn 96 av sin hypotes placerar Ruddiman början av

avverkning vid 6500 år före Kristus och risbevattning vid 5000 år före Kristus.

ökningar av koldioxid och CH 4 i atmosfären. I sin analys söker Ruddiman efter mänskligt orsakade källor till

CO 2 och CH 4 som är tillräckligt stora för att kompensera för de stora minskningarna av dessa gaser under de senare åren.

delarna av tidigare mellanglaciala perioder. Vi stöder Ruddimans påstående att människan började

påverka klimatet före den industriella revolutionen, noterar vi att sådana stora källor är onödiga.

för att förklara de holocena växthusgasnivåerna. Vårt huvudsakliga intresse gäller förindustriella aerosoler, men först

kommenterar vi först varför Ruddimans tes är mer hållbar än vad den kan ha verkat.

Bild 10. Havsnivån sedan den senaste istiden i förhållande till nutid. Kredit: Robert Rohde 97

Minskningen av växthusgaser under en typisk interglacial period är långsamma återkopplingar som sker i samverkan med

global avkylning. Global nedkylning har dock inte förekommit under de senaste 6 000 åren, så återkopplingarna

inte inträffade. En viktig mekanism i glaciala och interglaciala svängningar av atmosfärisk CO 2och

i djuphavet ökar om havets omslagsrörelser avtar eftersom kolupptagningen av kol minskar.

till atmosfären minskar. Den maximala solinstrålningen vid 60°S var i slutet av våren (mitten av

november) för 6 000 år sedan. Sedan dess har datumet för maximal solinstrålning vid 60°S långsamt avancerat.

under året och passerade nyligen midsommar (fig. 26b i Hansen et al. 14 ). Maximalt

solinstrålning från sen vår till midsommar är optimalt för en direkt uppvärmning av den sydliga

Oceanen och för att främja tidig issmältning under den varma säsongen, vilket minskar ytans albedo och

förstärker den regionala uppvärmningen. 48 Jordens banparametrar var således optimala för att hålla den

Södra oceanen så varm som krävs för att upprätthålla en stark övergående havscirkulation.

Växthusgasdrivningen minskade med 0,2 W/m 2 mellan 10 och 6 ky BP, men minskningen överskreds av en

på grund av att istäcken krymper. Havsnivån för 10 ky sedan låg 40 m under dagens nivå (fig. 10).

isen orsakar en klimatpåverkan på drygt +1 W/m 2 , vilket visas i stödmaterialet till

Target CO 2-dokumentet. 67 Fel! Bokmärke inte definierat. Nettokraften var tillräcklig för att producera den

global uppvärmning på mindre än eller omkring 1 °C som härleds från paleodata för perioden 10-6 ky BP

(fig. 8). Mysteriet är de senaste 6 000 åren, då havsnivån och därmed inlandsisens volym var

statisk. Ökningen på 0,5 W/m 2 av växthusgasdrivningen under 6000 år måste ha motverkats av en

jämförbar negativ påverkan för att ge den nästan konstanta globala temperaturen som Osman et

al. 24 Det krävs en ännu större negativ drivkraft om det förekom en global avkylning under de senaste 6000 åren.

Hansen et al. 48 föreslog att mänskligt orsakad aerosolavkylning uppvägde eller översteg uppvärmningen av växthusgaser i

de senaste 6 000 åren. Befolkningstillväxt, jordbruk och markröjning 96 producerade aerosoler som

samt koldioxid. Trä var det viktigaste bränslet för matlagning och uppvärmning. Liksom i dag är den största aerosolen

påverkan via effekter på molntäckning och molnens ljusstyrka. Denna indirekta effekt av aerosolerna

tenderar att mättas när mängden aerosol ökar, så aerosolens effektivitet per aerosolmängd var

störst när civilisationen utvecklades. Det är därför inte förvånande att människoskapad global aerosol

Bild 11. (a) Uppskattade klimatförstärkningar av växthusgaser och aerosoler i förhållande till 1750 års värden. (b) Aerosol

klimatpåverkan i procent av den växthusgaspåverkan som den kompenserar. Aerosol- och växthusgaskrafter för mörkblått område.

är i förhållande till 1750 års värden. Ljusblått område läggs till när växthusgas- och aerosolförstärkningar definieras.

i förhållande till deras värden för 6 000 år sedan, med växthusgas- och aerosolförstärkningar som båda når 0,5 W/m 2 år 1750.

För att förklara avsaknaden av koldioxidutsläpp från människan, som krävs för att förklara avsaknaden av koldioxidutsläpp från människan.

Hemisfäriska skillnader ger en konsekvenskontroll. Växthusgasdrivningen (främst koldioxid) är global,

medan aerosolförstärkningen huvudsakligen skedde på det norra halvklotet. Global kompensation av de två

innebär en negativ nettobildning på det norra halvklotet och en positiv bildning på det andra halvklotet.

södra halvklotet. Därför bidrog sannolikt aerosoler från människan till den observerade

nedkylning på norra halvklotet, som åtminstone inträffade på regional nivå, medan uppvärmningen av växthusgaser

på det södra halvklotet bidrog till att den orbitala drivkraften höll den södra oceanen varm.

Vetenskapliga framsteg möter ofta tidigt motstånd från andra forskare. 98 Exempel på detta är snöbollen

99 och den roll som ett asteroidnedslag spelade för utrotningen av icke-aviära dinosaurier, 100

som till en början var mycket kontroversiella men som nu är mer allmänt accepterade. Ruddimans

hypotes är fortfarande kontroversiell, oavsett om den är riktig eller inte. Därför minimerar vi denna fråga genom att visa att

De globala aerosolegenskaperna har inte övervakats så detaljerat och noggrant som krävs för att definiera

aerosolernas klimatpåverkan, 101 men IPCC 13 uppskattar aerosolpåverkan (fig. 11a) utifrån följande

antagna utsläpp av aerosolprekursorer - huvudsakligen relaterade till användning av fossila bränslen - och aerosolmodeller som

testas mot en rad observationer under de senaste decennierna. Uppgiften är svår på grund av den

mängd olika typer av aerosoler och aerosolernas komplexa effekter på molnen. Osäkerhet i aerosol

är minst 50 procent av uppskattningen i fig. 11a 13 och begränsas troligen mer av

observerade globala temperaturförändringar än av mätningar av aerosoler eller prekursorgaser.

Om man använder IPCC:s bästa uppskattning av aerosoltrivselns historia (fig. 11a) och de exakt kända växthusgaserna

historia beräknar vi den procentandel av växthusgasernas klimatpåverkan som kompenseras av aerosolernas nedkylning - den mörka

blå området i fig. 11b, som helt enkelt är förhållandet mellan aerosol- och växthusgasdrivkrafter. Men om

om den mänskligt orsakade aerosolfördrivningen var - 0,5 W/m 2 år 1750, vilket kompenserade för den kända +0,5 W/m 2 växthusgasfördrivningen.

drivning år 1750 (oavsett om drivningen av växthusgaser var mänskligt orsakad eller inte), så skulle den aerosol

bör inkluderas i den totala aerosoldrivningen och kompensera en växthusgasdrivning på 0,5

W/m 2 (fig. 9). Denna 1750 aerosoltrivsel - till stor del moln effekter av aerosoler från markanvändning,

människans bränder och förbränning av biomassa - antas fortsätta fram till i dag. Bilden av

aerosolernas roll i klimatförändringarna, som visas i båda nyanserna av blått i fig. 11b, förändras alltså när

Bild 12. Observerad förändring av den globala yttemperaturen i förhållande till 1880-1920 enligt GISS

analys. 89,90 Uppgifterna för 2022 är medelvärden för januari-oktober. Månatliga uppdateringar finns tillgängliga. 102

Den fulla effekten av aerosoler från markanvändning och bränder orsakade av människor är inkluderad. Aerosolkompensation av

växthusgasernas uppvärmning var dominerande fram till omkring 1970. Den relativa minskningen av aerosolförstärkningen efter 1970.

Fig. 11b, med och utan de (ljusblå) förindustriella aerosolerna, visar två alternativa

synsätt på den historiska rollen av mänskligt orsakade aerosoler. IPCC:s aerosolhistoria, med aerosol

gradvis blir viktigare i förhållande till växthusgaser, härrör från aerosolsimuleringar.

som huvudsakligen drivs av utsläpp av fossila bränslen. Enligt det alternativa synsättet har civilisationen alltid producerat

aerosoler såväl som växthusgaser. Organiserade samhällen och snabb befolkningstillväxt började vid kusterna som

stabilisering av havsnivån ökade den biologiska produktiviteten vid kusterna 103 och i inlandet när jordbruket ökade.

utvecklades. Trä var det huvudsakliga bränslet; det skulle vara förvånande om den växande mänskliga befolkningen inte hade

inte producerade aerosoler som påverkade molnen i en tidigare jungfrulig atmosfär. Aerosoler färdas mycket långt.

spårning av aerosoler från bränder. Små mängder aerosoler i annars orörd havsluft kan

ge upphov till en betydande klimatpåverkan. Vi anser att människan sannolikt har bidragit till både ökande växthusgasutsläpp

och aerosoler under de senaste 6 000 åren. Ingen övertygande alternativ förklaring har

har inte kunnat förklara varför det inte förekom någon global uppvärmning under denna period av ökande växthusgasmängder.

Den kraftiga nedgången i aerosolkompensationen av växthusgasdrivningen från början av 1970-talet

(fig. 11b) - ett resultat av en stabilisering av den globala aerosolfördrivningen (fig. 11a) - är en triumf för aerosol

modellering, som ger en delförklaring till den branta globala temperaturhöjningen som började vid den tidpunkten.

som började vid denna tidpunkt (fig. 12). Vi måste dock komma ihåg att temperaturregistret var känt när den

aerosolscenarierna utvecklades. Det är inte fråga om en förutsägelse och en bekräftelse från observationer.

En konsekvens av vår alternativa syn på aerosolforceringens historia är att den av människan orsakade

negativ aerosolklimatdrivning som orsakas av människan är 0,5 W/m 2 större än vad som erhålls från modeller som behandlar

aerosolförändringar endast under det senaste århundradet eller de senaste två århundradena. Den faustiska betalning som till slut kommer att

kommer att bli aktuell är troligen större än vad som vanligtvis antas, vilket diskuteras nedan.

Begränsningar av den globala temperaturen och EEI för aerosoler och klimatmodeller

Den globala uppvärmningen under de senaste 100 åren (fig. 12) används vanligen för att uppskatta klimatkänsligheten,

men den är i sig själv olämplig för detta ändamål. Den globala uppvärmningen ger inte en unik klimatkänslighet.

klimatkänslighet eftersom uppvärmningen beror på tre stora okända faktorer med endast två grundläggande

begränsningar. 15 De okända faktorerna är: ECS, nettoklimatpåverkan (osäker eftersom aerosolpåverkan är osäker eftersom aerosolpåverkan är osäker.

o mätt), och havsblandning (osäkert på grund av bevis för att många havsmodeller är för

diffusiva). Begränsningar är den observerade globala temperaturförändringen (fig. 12) och EEI. 78 Exakt

kunskap om EEI började med Argo floatprogrammet, 104 som inledde välkalibrerade

mätningar av havets värmeinnehåll globalt under det första decenniet av 2000-talet.

I en analys 105 med hjälp av tidiga Argo-data reducerade vi de okända till två genom att anta att ECS = 3 °C.

Från EEI ~ 0,58 W/m 2 för solminimum 2006-2010, drog vi slutsatsen att EEI för solcykelmedelvärdet ~

0,75 W/m 2 . Vår aerosolforcering mot tiden kom från aerosolmodellering av Koch 106 som

som innehåller förändrade teknikfaktorer som definieras av Novakov. 107 Vi löste aerosolforcering

2010 och fick -1,63 ± 0,3 W/m 2 i förhållande till 1880 - inom det intervall som uppskattas i strålningsmodellen.

i kapitlet om strålningsdrivning i IPCC-rapporterna, men mer negativ än den aerosoldrivning som används i de flesta GCM:er i

CMIP- och IPCC-rapporterna. Vår tolkning - i överensstämmelse med Knutti 108 - var att de flesta

klimatmodellerna kompenserar för överdriven uppblandning i havet (vilket minskar uppvärmningen av ytan) genom att

genom att använda aerosolforcering som är mindre negativ än i verkligheten för att uppnå en realistisk global uppvärmning.

Med ECS osäker är vi tillbaka till ett underbestämt system. Dessutom är responsfunktionerna

för GISS GCMs (figurerna 4 och 5) innebär att klimatresponsen beror på mer än ECS och

havets blandning; atmosfäriska processer påverkar också klimatets responstid. Vi drar slutsatsen - i brist på en

troligt alternativ - att molnförändringar troligen är inblandade i de ultrasnabba återkopplingarna. Således kan en

omfattande analys måste innehålla en analys av molnåterkopplingarnas roll för det globala klimatet.

förändring. Ett första steg är att bedöma mekanismerna i ultrasnabba återkopplingar, vilket kan göras via

många korta (~2 år) GCM-körningar för 2×CO 2 , enligt beskrivningen ovan. Om CMIP inkluderade sådana korta

simuleringar, kan det identifiera observerbara återkopplingar som ger höga ECS i flera GCM. 82 A

andra steg är att definiera responsfunktioner individuellt för CO 2 , aerosoler och solinstrålning.

Aerosoler, som huvudsakligen finns under moln, kan ha en annan responsfunktion än växthusgaser.

Svarsfunktionen för solvariationer behövs eftersom perioden med exakta EEI-data är begränsad;

Solförändringen utgör en betydande del av forceringsförändringen under den perioden.

En sådan analys skulle kräva många GCM-körningar och ligger utanför ramen för detta dokument. Istället,

För att uppskatta dagens aerosolklimatdrivning gör vi istället det vanliga antagandet att

effektiva forcings som definieras av en primitiv GCM 31 gör det möjligt att behandla alla forcings som likvärdiga och att

Därför använder vi en enda responsfunktion i ekv. (4). Detta antagande ifrågasätts av följande

indirekta bevis för att molnåterkopplingar kan vara mer komplexa och ha en större effekt än i

tidiga GCM:er, men vi kan ändå dra vissa allmänna slutsatser med lämpliga förbehåll.

Många kombinationer av klimatkänslighet och aerosolforcering är förenliga med den observerade globala

uppvärmning. 15 Svarsfunktionen för GISS-modellen (2014) ger ett resultat (fig. 13) som är typiskt för

modeller i CMIP- och IPCC-rapporterna: AR6 aerosolforcing ger god överensstämmelse med den observerade

uppvärmning under det senaste halvseklet - den period då den mänskligt orsakade klimatdrivningen överväldigar den

Bild 13. Global temperaturförändring T G till följd av aerosoler + växthusgaser beräknad med Green's funktion.

Eq (4) med hjälp av GISS (2014) och (2020) responsfunktioner (fig. 4). Den observerade temperaturen är den

Naturliga drivkrafter, oförstärkt klimatvariabilitet och brister i den observerade uppvärmningen på grund av otillräcklig.

data. Klimatmodellerna kan dock också uppnå överensstämmelse med den observerade temperaturen.

med hög ECS. GISS-modellen (2020), med ECS = 3,5 °C, ger en större uppvärmning än

observerad om IPCC:s aerosolforcering används (fig. 13), men mindre uppvärmning än observerad för IPCC:s aerosolforcering (fig. 13).

aerosolscenario som vi utgick ifrån i vår EEI-studie från 2011. 105 Det senare aerosolscenariot ger en nära

överensstämmelse med den observerade uppvärmningen om ECS ~ 4 °C (grön kurva i fig. 13). 109 Överensstämmelse kan också

sannolikt uppnås med en ännu högre ECS genom att använda en större (mer negativ) aerosolforcering.

IPCC AR6 WG1:s bästa uppskattning av aerosoldrivning (tabell AIII.3) 13 är nära maximalt (negativt) värde.

1975 och är sedan nästan konstant fram till 2000-talet, då den stiger till -1,09 W/m 2 år 2019 (fig.

14). Denna AR6 aerosoldrivning ligger i den övre (mindre negativa) delen av det intervall som uppskattas i AR6-analysen.

strålningsdrivning i AR6. 110 Däremot har vissa aerosolmodeller, däribland Kochs 106

Den fråga som vi tar upp är storleken på aerosolförstärkningen. Aerosolförstärkningen är omätbar och svår att mäta.

att modellera eftersom det handlar om komplexa aerosoleffekter på moln. Resultatet är att det finns ett stort spelrum i

aerosolförstärkning som används i klimatsimuleringar. Två GCM-problem orsakar en tendens att minimera

aerosolförstärkning: (1) överdriven blandning av värme i djuphavet och (2) en för liten ECS, som sannolikt är en

som troligen beror på att GCM inte lyckas fånga upp molnåterkopplingarna fullt ut. En analys baserad på observerad EEI och

global temperatur, som till stor del är oberoende av GCM:er, kom man fram till 105 att aerosolförstärkningen var ungefär -

1,6 W/m 2 år 2010 i förhållande till 1880. Vårt nuvarande resultat av ECS ~ 4 °C talar för en något större

aerosolförstärkning (fig. 13) för att få överensstämmelse med den observerade globala uppvärmningen. 112 Vi drar slutsatsen att

toppar den mänskligt orsakade aerosoldrivningen troligen låg i det (negativa) intervallet 1,5-2 W/m 2 i förhållande till

förindustriell tid och mer negativ i förhållande till en orörd atmosfär (före människan).

Minskande aerosolmängd innebär en acceleration av den globala uppvärmningen över 1970-2010 års nivå.

(0,18 °C per decennium). Precis som 1970 var en brytpunkt för den globala uppvärmningen (fig. 12), är 2010 en

en annan brytpunkt, eftersom det markerar övergången till minskande aerosoler från Kina (en minskning som inte

(en nedgång som inte fångas upp väl i de flesta CMIP6-modeller 113 ), där utsläppen av SO 2 (en av de viktigaste prekursorerna till

aerosoler) minskade med 70 procent mellan 2006 och 2017, 114 och en förstärkning av regionala och globala utsläpp av

och globala bestämmelser om fartygsutsläpp 2015 och 2020 genom Internationella sjöfartsorganisationen (IMO).

Organisationen för internationell sjöfart (IMO). 115 Vid en översyn 116 av uppskattningar av aerosolforcering för 2000-2019 fann man en

konsensus om att aerosolforceringen minskade (blev mindre negativ), men minskningen bland de

uppskattningar varierade från cirka 0,1 W/m 2 till cirka 0,3 W/m 2 för 20-årsperioden. Osäkerheter i

är betydande, men sammantaget ger de ett övertygande argument för att förändringen av aerosol

under denna period är av motsatt tecken jämfört med den under 1900-talet, dvs. att aerosolförändringen inte

inte längre delvis motverkar ökningen av växthusgasernas klimatpåverkan, utan snarare bidrar den till ökningen av växthusgasernas klimatpåverkan.

Förväntningarna om en fortsatt minskning av aerosolmängden grundar sig delvis på den växande oron för att

hälsoeffekterna av aerosolföroreningar som orsakar miljontals dödsfall per år 86 och globala trender.

mot förnybar energi, kärnkraft och ersättning av kol med gas. Minskning av mänsklig-

med hälften mellan 2010 och 2050 skulle bidra till en klimatpåverkan på cirka +0,2 %.

W/m 2 per årtionde. Även om en så snabb minskning av aerosolerna är osäker, förväntar vi oss en viss

minskning och en ökning av drivkraften med minst +0,1 W/m 2 per decennium av de skäl som anges här.

Den genomsnittliga ökningen av växthusgasernas klimatdrivning sedan 1970 är cirka 0,45 W/m 2 per årtionde, men cirka 0,5 W/m 2 per årtionde.

W/m 2 under det senaste decenniet (fig. 15). Denna graf omfattar alla välblandade växthusgaser och förändringar av O 3

och stratosfäriskt H 2 O i samband med CH 4-förändringar. Den missar alltså bara ungefär hälften av O 3

förändringen, som beräknas orsaka en forcering på cirka 0,2 W/m 2 under perioden 1750-2021, cirka 5 % av

den totala växthusgasdrivningen (se stödmaterial). Tillväxten av växthusgasernas klimatpåverkan har fortsatt

oförminskad sedan Kyotoprotokollet från 1997 och efterföljande överenskommelser från konferensen för

partsmötena (COP), såsom Parisavtalet från 2015, och tillväxttakten har till och med

ökat. Av de skäl som anges i diskussionsavsnittet nedan förväntar vi oss att en liknande tillväxttakt kommer att

fortsätta under de kommande decennierna, åtminstone så länge som politiken bygger på mål och delmål.

Under 1970-2010 ökade drivkraften för den globala uppvärmningen med ~0,3 W/m 2 per decennium (+0,45 W/m 2

för växthusgaser, -0,15 W/m 2 för aerosoler). Om vi går vidare från 2010 och några decennier framåt, förväntar vi oss att detta

att denna drivkraft kommer att vara minst 0,5-0,6 W/m 2 per årtionde, av de skäl som anges ovan. Global temperatur

reagerar på ett tillförlitligt sätt på klimatpåverkan på decennier, med ungefär 50 % av reaktionen i

det första decenniet, med cirka 15 % mer under de kommande 100 åren (fig. 4b). Den globala temperaturutvecklingen

Bild 15. Uppdatering 41 av den årliga ökningen av klimatpåverkan från växthusgaser, inklusive en del av O 3 -påverkan via

effekten av CH 4 -drivningen (se stödmaterial). MPTG och OTG står för Montrealprotokollet.

och andra spårgaser. RCP2.6 är ett scenario som syftar till att hålla den globala uppvärmningen under 2 °C.

Temperaturförändringen 2010-2040 bör vara nästan proportionell mot tillväxttakten på flera decennier.

av klimatpåverkan. Därför uppskattar vi att den globala uppvärmningen 2010-2040 kommer att vara följande

Tolkningen av tidigare klimatförändringar och förutsägelsen av framtiden skulle kunna bli mer exakt om aerosolerna

om man övervakade klimatpåverkan från aerosoler. Aerosolövervakningen skulle kunna vara analog med den metod som används för att

växthusgaser. Växthusgasdrivningen erhålls genom att mäta växthusgasförändringar noggrant och göra en

strålningsöverföring med en realistisk global molnfördelning. En liknande metod för

aerosoler kräver global övervakning av förändringar av aerosolernas och molnpartiklarnas mikrofysik med en

precision som är tillräcklig för att definiera deras klimatpåverkan. 117,118 I avsaknad av sådana Keeling-liknande

global övervakning har framsteg gjorts genom begränsade satellitmätningar av aerosol- och molnmängder.

molnegenskaper, fältstudier och modellering av aerosoler och moln. Dessa uppgifter ger en uppskattning av

av den lilla direkta aerosoldrivningen i molnfria regioner. Den indirekta påverkan som orsakas av aerosol-

inducerade molnförändringar måste utvinnas från den naturliga (oforcerade) molnvariabiliteten och molnen.

förändringar som orsakas av den pågående globala uppvärmningen. I avsaknad av exakt global övervakning av

aerosol- och molnpartikelmikrofysik har framstegen i hög grad varit beroende av modellering av aerosol- och molnpartikelförändringar.

Sulfataerosoler är en molnkondensationskärna (CCN), så fartygsutsläpp leder till en större

antal mindre molnpartiklar, vilket påverkar molnets albedo och molnets livslängd. 119 Fartyg ger en

stor andel sulfater i norra Stilla havet och norra Atlanten (fig. 16). Fartygsspår

(molnspår) som produceras av aerosol CCN är uppenbara, men det har föreslagits att nedkylning av

dessa moln överskattas på grund av justeringar av flytande vatten i molnen. 120 Å andra sidan,

Manshausen et al. 121 presenterar bevis för att effekterna av vätskevattenbanor (LWP) är felbedömda,

vilket står i stark kontrast till IPCC:s uppskattning på + 0,2 ± 0,2 W/m 2 . Wall et al. 122 använder satellit

satellitobservationer för att kvantifiera sambanden mellan sulfater och moln på låg nivå.

"opportunistiska experiment" som tillhandahålls av minskningen av luftföroreningar i vindriktningen av östra Nordkorea.

Bild 16. Totalt sulfat (volymdelar per biljoner) och procentuell andel av det totala sulfatet från

sjöfarten i simuleringar av Jin et al. 123 före IMO:s bestämmelser om svavelinnehållet i bränslen.

Amerika, drar de slutsatsen att den indirekta aerosolfördrivningen av sulfat är - 1,11 ± 0,43 W/m 2 över den globala

Oceanen, vilket stämmer överens med vår slutsats om en stor (negativ) total aerosolforcering.

IMO:s utsläppsregler ger en stor möjlighet till insikt om aerosolernas klimatdrivning.

Svavelhalten i bränslen begränsades till 1 % år 2010 nära Nordamerikas kuster och i

Nordsjön, Östersjön och Engelska kanalen, och begränsades där ytterligare till 0,1 % 2015. 115 I

2020 infördes en gräns på 0,5 % i hela världen. Begränsningen på 1 % hade ingen märkbar effekt på

fartygsspår, men en slående minskning av fartygsspår konstaterades efter IMO:s regler från 2015,

särskilt i de landnära regioner där utsläppen särskilt begränsades. 124 Efter den

ytterligare 2020-regelverk 125 minskade de globala fartygsspåren med mer än 50 %. 126

Jordens albedo (reflektivitet) mätt av CERES (Clouds and Earth's Radiant Energy System).

satellitburna instrument 79 under 22-årsperioden mars 2000 till mars 2022 visar en minskning med

albedo och därmed en ökning av den absorberade solenergin, vilket sammanfaller med 2015 års förändring av IMO

utsläppsbestämmelserna. Den globala absorberade solenergin är +1,01 W/m 2 under perioden januari 2015.

till mars 2022 jämfört med medelvärdet för de första tio årens data (fig. 17). Denna ökning är

4,7 gånger större än standardavvikelsen (0,22 W/m 2 ) för den årliga absorberade solenergin under perioden

Bild 18. Absorberad solstrålning för angivna regioner i förhållande till de första 120 månaderna av CERES.

uppgifter. Det södra halvklotet 20-60°S består till 89 % av hav. Nordatlanten är (20-60°N, 0-60°W) och

norra Stilla havet (20-60°N, 120-220°W). Datakälla: http://ceres.larc.nasa.gov/order_data.php

De första 10 årens data och 4,5 gånger större än standardavvikelsen (0,23 W/m 2 ) för CERES.

data till och med december 2014. Ökningen av den absorberade solenergin är betydligt större än

uppskattad potentiell drift av CERES-instrumentet, som är <0,085 W/m 2 per decennium. 79 Ökad solenergi

energiabsorption skedde trots att 2015-2020 var den nedåtgående fasen av den ~11-åriga solcellsutvecklingen.

solstrålningscykel. 127 Den ökade absorptionen kan inte heller tillskrivas korrelationen mellan jordens albedo

(och absorberad solenergi) med Stillahavsdekalisk oscillation (PDO): PDO skiftade till den

Med tanke på den stora omfattningen av ökningen av solenergin är molnförändringar sannolikt den främsta orsaken.

Kvantitativ analys 128 av bidragen till den 20-åriga trenden för absorberad solenergi visar att

molnen står för den största delen av förändringen. Minskningen av ytans albedo till följd av minskad havsis bidrar till

den 20-åriga trenden på norra halvklotet, men minskningen av havsisen inträffade framför allt på norra halvklotet.

albedo minskade, hade havsisen en liten trend. 129 Möjliga orsaker till molnförändringarna

är bland annat följande: 1) minskad aerosolpåverkan, 2) återkoppling av molnen till den globala uppvärmningen, 3) naturliga förändringar i molnen.

variabilitet. 130 Den absorberade solenergin var 0,78 W/m 2 större under 2015-2021 än under den första perioden.

decennium av CERES-data på latituderna 20-60°S (fig. 18), en region med relativt lite fartygstrafik. Denna

förändring är en storleksordning större än uppskattningen av potentiell försämring av detektorn. 79

Klimatmodellerna förutspår en minskning av molnalbedo i denna region som en återkopplingseffekt som drivs av

global uppvärmning. 131 Fortsatt övervakning av den absorberade energin kan bekräfta att den verkliga situationen är verklig.

förändring, men utan global övervakning av detaljerade fysikaliska egenskaper hos aerosoler och moln är det 101

Det kommer att vara svårt att fördela den observerade förändringen mellan de möjliga orsakerna.

De områden i norra Stilla havet och norra Atlanten där det förekommer mycket fartygstrafik är mogna för mer detaljerad övervakning.

mer detaljerade studier av molnförändringar och deras orsaker, även om den oförutsedda molnvariabiliteten är stor i dessa områden.

globala regioner. Både norra Stilla havet och norra Atlanten har en ökad absorption av solstrålning.

strålning efter 2015 (figur 18). Den maximala absorptionen 2014-2017 i norra Stilla havet är sannolikt.

förstärkt av minskad molntäckning under den positiva PDO, men den senaste tidens höga absorption

är under den negativa PDO-fasen. I Nordatlanten. Den ihållande ökningen av den ökade absorptionen

under de senaste åren överskrider tidigare variabilitet, men längre register plus aerosol- och moln

Den klimatkänslighet vid jämvikt som uppskattades i Charneys studie från 1979 - 3 °C för 2×CO 2

- har varit giltig i mer än 40 år. I den aktuella IPCC-rapporten 13 dras slutsatsen att 3 °C är den bästa beräkningen.

Jordens klimathistoria ger en tillförlitlig bedömning av ECS eftersom den möjliggör en jämförelse mellan

jämviktsklimattillstånd. Alla återkopplingar ingår i jämförelser av verkliga jämviktsklimat.

klimattillstånd i verkligheten. Däremot påverkas övergående klimatförändringar, som de som sker i dag, av

otaliga, delvis fullständiga klimatåterkopplingsprocesser som sker på olika tidsskalor.

Den mest exakta utvärderingen av ECS görs genom en jämförelse mellan de senaste istiderna och mellanglacialerna.

klimat eftersom atmosfärens sammansättning är exakt känd från data från iskärnor.

Den grundläggande begränsning som tvingar fram en slutsats att ECS är minst cirka 4 °C är följande

att jorden var i energibalans under istiderna. Det insåg man nästan 40 år tidigare.

år sedan att CLIMAP 21 (och senare MARGO 49 ) randvillkor för den senaste istiden (LGM)

innebar den omöjliga slutsatsen att jorden var ur energibalans under LGM genom att

ungefär 2 W/m 2 , vilket motsvarar en (negativ) drivkraft som är hälften så stor som 2×CO 2 . Vid den tiden var dock en

slutsatsen om hög klimatkänslighet behövde ifrågasätta den omfattande och respekterade CLIMAP

analys av klimatförhållandena under LGM. Lösningen av denna fråga låg i dvala tills

Vår bedömning är att nyligen utvecklade tekniker av Tierney at al. 23 och Seltzer et al. 26 gör det möjligt att

en fast slutsats att LGM:s globala avkylning i förhållande till förindustriella förhållanden var mycket större

än de ~3,5 °C som CLIMAP och MARGO antyder. Detta leder till ett jämviktsklimat med 2×CO 2.

(ECS) åtminstone nära 4 °C. Klimatförändringen under Eemian/PGM (Prior Glacial Maximum)

utgör en värdefull kontroll på grund av den komplexa holocena växthusgashistorien och möjligheten att

att mänskligt orsakade aerosoler bidrog till en negativ klimatpåverkan under andra halvan av holocen.

Eemian/PGM-fallet bekräftar och förstärker slutsatsen att ECS ligger åtminstone nära 4 °C för

2×CO 2 och skulle i sig självt gynna en bästa uppskattning nära 5 °C. Bedömningen av ECS kan skärpas

genom ett projekt för jämförelser av klimatmodeller för att exakt definiera ytklimatdrivningen.

ECS är den klimatkänslighet som definieras i Charney-studien, med isar och växthusgaser fixerade.

Känslighet för jordens system (ESS) 16,17,18 är den fullständiga klimatkänsligheten där klimatet

klimatet - inklusive växthusgaser och istäcken, som vi (något missvisande) kallar för långsamt klimat.

återkopplingar - reagerar på den pålagda påfrestningen. Under de senaste 800 000 åren har koldioxid bidragit med

~80 % av växthusgasernas klimatpåverkan, dvs. den totala växthusgaspåverkan är 25 % större än CO 2 -påverkan.

Klimatkänsligheten där återkopplingar som inte är CO 2 ökar alltså om man låter växthusgasåterkopplingarna förändras.

från ~4°C till ~5°C. När alla återkopplingar, inklusive istäcken, tillåts reagera på den

klimatpåverkan är jämviktsreaktionen ungefär dubbelt så stor, dvs. ESS är ~ 10 °C.

Jorden har värmts upp med 1,2 °C under det senaste århundradet (fig. 12) och är ur energibalans med cirka +1 W/m 2 ,

så klimatet är på väg mot ett varmare tillstånd än vad som fanns under den period som täcks av iskärnorna.

Pliocen ger den bästa chansen för en empirisk bedömning av klimatkänsligheten för ett varmare klimat.

Jord som fortfarande har istäcken. Den största svårigheten är osäkerheten om den pliocena koldioxidmängden,

som uppskattas ha varit 300-450 ppm baserat på CO 2 -proxies från sediment, 132 men

CO 2-mängderna från bor- och alkenonproxies skiljer sig kraftigt åt under Pliocen. 133 Om inte och

tills kunskapen om Pliocen CO 2 har skärpts på ett tillförlitligt sätt kan vi bara dra slutsatsen att Pliocen

känslighet i avsaknad av stora istäcken. PETM:s uppvärmning på cirka 5-6 °C drevs av en

en ungefärlig fördubbling av CO 2 , som inträffade under en period på 3 000-10 000 år. 19,20 Eftersom

Eftersom det inte fanns några stora istäcken omvandlas denna empiriska uppskattning av ESS till ECS genom att man räknar med

genom att ta hänsyn till förändringarna av växthusgaser som inte är koldioxidutsläpp. Om vi antar att påverkan från andra växthusgaser än CO 2

ökade i samma proportion (~25 %) till CO 2 -drivningen som under den period som täcks av iskärnorna.

data, får vi en uppskattning av ECS på 4-5 °C för 2×CO 2 . En granskning av PETM-data ger en slutsats om ECS

~3,6 °C med 66 % säkerhet att ECS ligger i intervallet 2,3-4,7 °C, men en ny PETM-studie, 134

med hjälp av GCM-styrd analys av de sparsamma uppgifterna, uppskattar PETM:s CO 2 -ökning till 86 % av en

CO 2-fördubbling, vilket ger en ECS på ~6,5 °C, om man fastställer de gaser som inte är CO 2 -gaser. Med antagandet att

icke-CO 2-gaser förstärkte CO 2-fördrivningen med 25 %, får vi ECS ~ 5 °C. Hög ECS i en varm

isfritt klimat kan vara ett resultat av förstärkta molnåterkopplingar, 18,135 och en stigande tropopaus kan vara ett resultat av en

Andra studier av ECS baserade på paleoklimatförändringar ger ett brett spektrum av uppskattningar, främst

på grund av den stora osäkerheten när det gäller mängden koldioxid. Den nuvarande kunskapen om den långsiktiga förändringen av CO 2 är

analogt med kunskapen om LGM SST för 40 år sedan: åtminstone en del av uppskattningarna av paleo CO 2

måste vara felaktiga. Sofistikerade statistiska behandlingar av data eliminerar inte effekterna av felaktiga

uppgifter. Fram till dess att exakt kunskap om CO 2 -historien på lång sikt har uppnåtts är den bästa analysen av ECS följande

den som tillhandahålls under perioden med uppgifter om växthusgaser från iskärnor.

En hög klimatkänslighet innebär att det finns mer global uppvärmning på gång - och större

klimatpåverkan - än vad som allmänt har erkänts. Ett exempel på uppvärmning i pipeline

är figur 7, som visar att jämviktsuppvärmningen för dagens växthusgasnivå, inklusive långsamma återkopplingar, är följande

cirka 10 °C. Dagens nivå av luftföroreningar i form av partiklar minskar jämviktsuppvärmningen till cirka 7 °C.

Hur kan jämviktsuppvärmningen vara så stor med dagens koldioxidnivå på "bara" 415 ppm, en nivå som

som kan ha uppnåtts under Pliocen? Många av dagens växthusgaser, som t.ex. CFC, fanns inte

inte existerade i paleoklimatet, och andra har ökat med extraordinära mängder. Med alla spårgaser

är ökningen av den effektiva drivkraften för växthusgaser mellan 1750 och 2021 4,09 W/m 2 , vilket är

motsvarar en ökning av koldioxidmängden från 1750 (278 ppm) till 561 ppm (formlerna i stöddokumentet).

material). Vi har redan nått nivån för växthusgasernas klimatpåverkan vid fördubblad koldioxid.

Den globala uppvärmningen på 7-10 °C är den slutliga reaktionen om dagens nivå av växthusgaser fastställs och om

aerosolmängden ligger någonstans mellan år 2000 och den förindustriella mängden. Med tanke på

tid som krävs för att haven ska värmas upp och för att istäcken ska krympa till nya jämviktsförhållanden är detta inte en

uppvärmning som kommer att upplevas av dagens allmänhet, men det är en indikation på den väg som

vi har satt vår planet på. Dessutom är vi i färd med att ställa in planeten på en ännu mer

extrem kurs eftersom den av människan orsakade klimatpåverkan och den globala temperaturen fortsätter att öka.

stiger, även med accelererande tillväxttakt. Så länge som det finns en så stor klyfta mellan den nuvarande

klimatet och jämviktsklimatet, kommer klimatsystemet att driva hårt mot ett varmare klimat.

Fördubblad koldioxid är redan en enorm klimatpåverkan som kommer att få stora konsekvenser om den fortsätter att vara i kraft i

länge. Den stora globala uppvärmning som är på gång i dag är inte allmänt uppskattad. Civilisation och

dess infrastruktur är inte förberedda för en värld med 2×CO 2. Vi måste minska den mänskligt orsakade klimatpåverkan.

forcering innan den utövar sitt fulla inflytande på klimatsystemet. Det kommer att ta tid att stoppa och

Vi förväntade oss att klimatets responstid - som den simuleras av en atmosfär-oceanisk GCM med fast is - skulle vara

att den skulle bli snabbare när havsmodellerna minskade den överdrivna nedåtriktade blandningen av värme. 71 Detta

förväntningar uppfylldes inte när vi jämförde två generationer av GISS GCM. GISS

(2020) GCM är bevisligen förbättrad 34,35 i sin havssimulering jämfört med GISS (2014) GCM.

till följd av högre vertikal och horisontell upplösning, mer realistisk parametrisering av undernätet.

rörelser på undergruskala, och korrigering av fel i datorprogrammet för hav. 34 Men den tid som krävs

för att modellen ska uppnå 63 % av sin jämviktsrespons förblir cirka 100 år. Det finns två

Ytan i den nyare modellen värms upp lika snabbt som i den äldre modellen, men den måste uppnå en högre temperatur än i den äldre modellen.

uppvärmning för att nå 63 % av jämviktsnivån eftersom dess ECS är högre, vilket är en av anledningarna till att

svarstiden förblir lång. Den andra orsaken är att jordens energibalans (EEI) i den nyare

modell minskar snabbt. EEI definierar hastigheten med vilken värme pumpas in i havet, så en mindre

EEI innebär en längre tid för havet att nå sin nya jämviktstemperatur. Snabb minskning av

EEI - under det första året efter införandet av forceringen - innebär att det finns en ultrasnabb

återkoppling i GISS-modellen (2020). I brist på ett alternativ med en så stor effekt på jordens

energibudget på jorden misstänker vi en snabb molnåterkoppling och vi föreslog en uppsättning korta GCM-körningar som

kan definiera molnförändringar och andra diagnostiska kvantiteter med godtycklig noggrannhet.

I Charney-rapporten 4 erkändes att molnen var en av huvudorsakerna till de stora skillnaderna i ECS-uppskattningarna.

I dag skapar molnen fortfarande osäkerhet i klimatprognoserna. Flera CMIP6 33 GCM:er har ECS på

~ 4-6 °C för 2×CO 2 , 137,138 med den höga känslighet som orsakas av molnåterkopplingar. 82 Även om de mest

extrema molnåterkopplingar är överdrivna, uppmärksammar dessa modeller den stora osäkerheten i

klimatmodeller. I takt med att molnmodelleringen utvecklas kommer den att bidra till förståelsen av om klimatmodellerna rapporterar om

Snabb EEI-reaktion - snabbare än den globala temperaturreaktionen - har en praktisk effekt: observerade

EEI underskattar den minskning av klimatpåverkan som krävs för att stabilisera klimatet. Även om

storleken på denna effekt är osäker (se stödmaterial), gör den uppgiften att återställa ett stabilt klimat till ett stabilt klimat till en

gästvänligt klimat och att rädda kuststäderna blir mer utmanande. Å andra sidan kan ett långvarigt klimat

svarstid innebär en potential för utbildade strategier att påverka klimatutfallet innan

oönskade konsekvenser har uppstått. För att undvika oacceptabla resultat kan vi

behöver vi kvantitativ förståelse för de viktigaste klimatpåverkande faktorerna och återkopplingarna.

Bild 19. Accelererad uppvärmningstakt efter 2010 (gult område) om aerosolminskningar på ungefär

fördubblar nettoklimatdrivningen (växthusgaser + aerosoler). Övre och nedre kanten av det gula området är

Aerosolernas klimatpåverkan är större än IPCC:s senaste uppskattning (AR6). Aerosoler är troligen

en betydande klimatpåverkan före den industriella revolutionen. Vi känner inte till någon annan

övertygande förklaring till avsaknaden av betydande global uppvärmning under de senaste 6000 åren.

(fig. 8), en period då växthusgasdrivningen ökade med 0,5 W/m 2 . Klimatmodeller som inte

inte innehåller en ökande negativ aerosolpåverkan ger en betydande uppvärmning under denna period, 139 en

uppvärmning som i själva verket inte inträffade. Negativ aerosolpåverkan, som ökar i takt med att civilisationen

utvecklades och befolkningen växte, bör man förvänta sig. När människan förbrände bränslen i en allt snabbare takt -

trä och annan biomassa under årtusenden och fossila bränslen under den industriella eran - har aerosoler och även

växthusgaser var en riklig, växande biprodukt. Den vedeldade aerosolkällan har fortsatt i

modern tid. 140 växthusgaser är långlivade och ackumuleras, så deras påverkan dominerar så småningom.

Vi drar slutsatsen att den högsta klimatpåverkan från aerosoler - under det första decenniet av detta århundrade - var av en

(negativ) storlek på minst 1,5-2 W/m 2 . Vi uppskattar att växthusgaser plus aerosolers klimatförstöring

under perioden 1970-2010 ökade med +0,3 W/m 2 per decennium (+0,45 från växthusgaser, - 0,15 från aerosol).

aerosoler), vilket gav en observerad uppvärmning på 0,18 °C per decennium. Med nuvarande politik kan vi

förväntar vi oss att klimatdrivningen under några decennier efter 2010 kommer att öka med 0,5-0,6 W/m 2 per decennium och att

ge en global uppvärmning på minst +0,27 °C per decennium. I det fallet kommer den globala uppvärmningen

Den klimatdrivning av växthusgaser som Charney, Tyndall och andra växthusjättar 1 föreställt sig är inte längre

Den ökning av växthusgasernas klimatpåverkan som skett sedan 1750 (~4,1 W/m 2 ) motsvarar 2×CO 2 .

Växthusgasdrivningen ökar nu med nästan 0,5 W/m 2 per decennium (fig. 15) och är inte längre delvis

delvis kompenseras av ökande aerosoler. Den situation som E.E. David varnade för är nu på väg att uppstå.

spelas in. Som David påpekade kan ett system med lång fördröjning och förstärkande återkopplingar bryta samman,

om inte "förutseende byggs in i kretsloppet". Den förväntan som krävdes var utveckling av energier.

som inte ger upphov till några växthusgaser. I stället utvecklade fossilbränsleindustrin, subventionerad av regeringen, följande

Klimatets fördröjda reaktion gjorde det möjligt att skjuta upp politiken, eftersom klimatförändringens effekter

inte var uppenbart uppenbara för allmänheten. Den utsedda vetenskapliga myndigheten (IPCC), som förlitade sig på

främst på klimatmodeller, fortsatte i årtionden att rapportera om ett brett intervall för uppskattade globala klimatförändringar.

klimatkänslighet: 1,5-4,5 °C för 2×CO 2 , med en icke försumbar möjlighet att den var mindre än

1.5°C. Samtidigt berättar jordens paleoklimathistoria en tydligare historia: klimatkänsligheten är nära

den övre delen av det långtidsberäknade intervallet. En annan ursäkt för passivitet var förhoppningen om att stora

klimatpåverkan kommer att fördröjas tills mänskligheten är rikare och kan mildra problemen. Hoppet

om ett trögt klimat baserades delvis på den tusenåriga tidsskalan för stora paleoklimatförändringar.

(fig. 2). Tidskalan för dessa paleoklimatförändringar beror dock mer på tidskalan

av påverkan, snarare än en inneboende slöhet hos klimatsystemet. Vårt andra perspektiv

artikel - Sea Level Rise in the Pipeline 93 - drar slutsatsen, som vi redan har beskrivit, 15 att den exponentiella

exponentiell ökning av havsnivåhöjningen till minst flera meter är trolig om de höga utsläppen av fossila bränslen fortsätter.

I synnerhet dras slutsatsen att tidsskalan för förlusten av det västantarktiska istäcket och

havsnivåhöjning med flera meter skulle vara i storleksordningen ett århundrade, inte ett årtusende. Eventuella konsekvenser

skulle innebära förlust av kuststäder och översvämningar i regioner som Bangladesh, Nederländerna och andra länder,

förlusterna skulle vara permanenta. Ett sådant utfall skulle snart kunna låsas fast, vilket skapar

att förstå det fysiska systemet bättre och att vidta viktiga åtgärder för att minska de konsekvenser som människan och

Den snabba globala uppvärmning som människan orsakade och som började omkring 1970 (fig. 12) har lett till att klimatet har utvecklats långt bortom

från det holocena området, det klimat som civilisationen är anpassad till, men hav och istäcken

tröghet gör det fortfarande möjligt att vidta rimliga politiska åtgärder som kan bevara en ljus framtid för unga människor.

och framtida generationer. Det grundläggande kravet för att bevara strandlinjerna är att återgå till ett klimat som inte är

varmare än mitten av 1900-talet, möjligen lite svalare. Detta svalare klimat kommer också att leda till följande

andra problem, t.ex. överhettning på låga breddgrader och ökande regionala klimatextremer.

Klimatvetenskapen har avslöjat en kris som världen inte vill inse fullt ut. Fördröjd reaktion

har gjort det möjligt för klimatsystemet att bygga upp en enorm global uppvärmning. Mänskligheten är

nu in i en period av konsekvenser. Forskare - som informerade vittnen till pågående ansträngningar

världens ansträngningar för att hantera klimatförändringarna genom ramkonventionen och IPCC-processerna.

har möjlighet, ja, till och med skyldighet, att bedöma hur dessa ansträngningar går till.

Bild 20. Global energiförbrukning och koldioxidutsläpp (Hefner et al. 141 och BP 142 ; se texten).

Fossila bränslen drev den industriella revolutionen som den energikälla som höjde levnadsstandarden i

stora delar av världen. Fossila bränslen står fortfarande för merparten av världens energi (fig. 20a) och

producerar de flesta koldioxidutsläppen (figur 20b). Reserver av fossila bränslen och återvinningsbara resurser är

mer än tillräckligt för att tillhandahålla det mesta av världens energi under resten av detta århundrade, 143 och

Om inte nya effektiva politiska åtgärder vidtas kommer de att fortsätta att göra det - och de kommer att fortsätta att driva den globala energianvändningen.

uppvärmning i en aldrig tidigare skådad takt som vi nu förstår är ytterst farlig.

Klimatpolitiken enligt ramkonventionen är bevisligen bristfällig. Empiriska data (fig.

20) bekräftar att så länge föroreningar från fossila bränslen kan dumpas gratis i luften,

avtal som Kyotoprotokollet från 1997 och Parisavtalet från 2015 har liten effekt på

de globala utsläppen. 144 Orsaken är tydlig: en stor del av världen befinner sig i tidiga eller mellersta stadier av

ekonomisk utveckling. Energi behövs för att höja levnadsstandarden, och fossila bränslen fortsätter att

den mest bekväma och prisvärda källan för denna energi. Därför ökar utsläppen.

i utvecklingsländerna (fig. 21a), medan den utvecklade världen fortfarande är den största källan till utsläpp (fig. 21a).

kumulativa utsläpp (fig. 21b) som leder till klimatförändringar. 145,146 Förmaningar vid de årliga

COP-möten, där varje nation uppmanas att sätta upp strängare utsläppsmål, har liten effekt på den globala

utsläpp, vilket är uppenbart i den gapande klyftan mellan verkligheten och RCP2,6-scenariot.

(fig. 15) som är utformat för att hålla den globala uppvärmningen under 2 °C.

Dessutom är ett mål på 2 °C (eller 1,5 °C) mer politiskt eller praktiskt än vetenskapligt baserat.

baserad. Det vetenskapligt baserade målet, hävdar vi, bör vara att återgå till det holocena klimatet, det klimat som rådde under

som civilisationen utvecklades och är anpassad till. Vi måste undvika att passera point-of-no-return med

oacceptabla konsekvenser, som t.ex. förlust av det västantarktiska istäcket och därmed förlust av den globala klimatförändringen.

städer. Detta mål bör också räcka för andra oacceptabla konsekvenser, t.ex. att undvika att

ohållbara förhållanden i tropikerna och subtropikerna. En avgörande fråga som vetenskapen måste ta itu med är följande

omfattning och varaktighet av den holoceniska överskridning som kan ske utan att man passerar punkter där man inte kan

återvändande. Vi har redan börjat överskrida gränserna och en större överskridande är på gång.

Med tanke på den situation som vi har låtit utvecklas verkar tre åtgärder nu vara nödvändiga.

För det första måste ett stigande globalt pris på växthusgasutsläpp ligga till grund för energi- och klimatpolitiken, med

genomdrivande genom gränstullar på produkter från länder som inte har en intern koldioxidavgift

eller skatt. För att få allmänhetens stöd och maximal effektivitet krävs att de insamlade medlen fördelas på följande sätt

Bild 21. Fossila bränsles koldioxidutsläpp per nation eller region som andel av de globala utsläppen. Uppgifter

källor: Heffner et al. 141 för 1751-2017 sammanlänkat med BP 142 för 2018-2020.

allmänheten, ett tillvägagångssätt som bidrar till att åtgärda globala skillnader i välstånd. Ekonomer i USA

överväldigande stödjer en sådan koldioxidavgift och utdelning. 147 college- och gymnasieelever, som

har mycket på spel, ansluter sig till förespråkandet. 148 Den vetenskapliga motiveringen för ett stigande koldioxidpris med en

lika villkor för energieffektivitet, förnybar energi, kärnkraft och alla innovationer.

har man länge förstått, men inte uppnått. I stället är fossila bränslen och förnybar energi

kraftigt subventionerade, bland annat med hjälp av "standarder för förnybar energi" som gör det möjligt för allmännyttiga företag att

extra kostnader till konsumenterna. Kärnkraften har därför varit relativt missgynnad och utesluten.

som en "mekanism för ren utveckling" enligt Kyotoprotokollet, delvis på grund av myter om

skador orsakade av kärnkraft som inte stöds av vetenskapliga fakta. 149 En stigande koldioxidavgift

är en underliggande strategi för att utveckla en blandning av elektiva källor som behövs för att uppnå snabb

För det andra måste mänskligt orsakad geoengineering av jordens klimat snabbt avvecklas. Den bästa

bästa måttet på geoengineering är jordens energibalans, som har nått en nivå på minst

minst 0,9 W/m 2 i genomsnitt över solcykeln (motsvarande energin från 600 000 Hiroshima

atombomber per dag), där det mesta av överskottsenergin värmer upp havet och smälter is.

En realistisk minskning av utsläppen kan inte ensamt undanröja denna obalans på mindre än flera år.

decennier (jfr figur 15 och diskussionen om detta), vilket kan vara för långsamt för att undvika att man låser fast sig vid en förlust av

västantarktiska istäcket och en höjning av havsnivån med flera meter. Avlägsnande av mänskligt orsakade växthusgaser

från luften kommer att stimuleras av ett koldioxidpris, men en minskning av växthusgaser som är tillräcklig för att minska EEI till noll

kan ta årtionden, om det ens är möjligt. Med tanke på att växthusgasdrivningen fortfarande ökar snabbt, kommer de högsta

Man måste prioritera en gradvis minskning av utsläppen. Med tanke på att växthusgasdrivningen redan är 4

W/m 2 , kan det vara nödvändigt att tillfälligt påverka EEI genom hantering av solstrålning (SRM), om

världen ska undvika katastrofala konsekvenser, inklusive stora havsnivåhöjningar. Risker med sådana

ingrepp måste definieras, liksom riskerna med att inte ingripa. Därför har USA:s nationella

Academy of Sciences rekommenderar forskning om SRM. 151 Ett exempel på SRM är injektion av

atmosfäriska aerosoler på höga sydliga latituder, vilket enligt globala simuleringar skulle kyla ned

Södra oceanen på djupet och begränsa smältningen av Antarktis ishyllor. 15,152 Den mest ofarliga

aerosoler kan vara salt eller fina saltdroppar som utvinns ur havet och sprutas ut i luften av

autonoma segelbåtar. 153 Detta tillvägagångssätt har diskuterats för potentiell användning på global nivå, 154

men även en användning begränsad till höga latituder på södra halvklotet kommer att kräva omfattande forskning.

och förutseende för att undvika oavsiktliga negativa effekter. 155 Detta årtionde kan vara det sista.

tillfälle att utveckla kunskap, teknisk kapacitet och politisk vilja för de åtgärder som krävs.

som behövs för att rädda de globala kustområdena från långvarig översvämning.

För det tredje krävs ett effektivt globalt samarbete för att uppnå den nödvändiga minskningen av växthusgasutsläppen i klimatet.

under de kommande årtiondena. Höginkomstländer - de flesta i västvärlden - är

står för merparten av de kumulativa koldioxidutsläppen från fossila bränslen (fig. 21b och 22), vilket innebär att

är den huvudsakliga drivkraften bakom den globala uppvärmningen, 145,146 även om västvärlden utgör en liten del av

världens befolkning. Ett de facto samarbete mellan västvärlden och Kina har lett till att priset på

förnybar energi, särskilt solenergi, och ytterligare samarbete behövs för att utveckla utsläpps

fri teknik för resten av världen, som kommer att vara källan till de flesta framtida växthusgasutsläppen.

(Fig. 21a). Med tanke på Kinas enorma efterfrågan på koldioxidfri energi om landets kolanvändning ska ersättas,

Kina och USA föreslogs samarbeta för att utveckla modern kärnkraft, men sedan

men hindrades sedan av USA:s förbud mot tekniköverföring. 156 Konkurrens är normalt, men om det finns en

vilja kan den hanteras, så att man kan skörda fördelarna med samarbete framför konfrontation. 157 På senare tid har man prioriterat

verkar man i dag prioritera ekonomisk och militär hegemoni, trots att man erkänner de långsiktiga

existentiella hot som klimatförändringarna utgör på lång sikt. Det är viktigt att inte utesluta möjligheten till återvändande.

till ett mer ekumeniskt perspektiv på vår gemensamma framtid. I denna situation kan vetenskapsmännen förbättra

globala utsikterna genom att upprätthålla och utvidga det internationella samarbetet. Allmänhet och politik

medvetenheten om den annalkande klimatstormen kommer att öka under detta årtionde i takt med att klimatanomalierna ökar, vilket gör att

Det är viktigt att förbättra den vetenskapliga förståelsen och lägga grunden för effektiva åtgärder.

Fig. S1. Växthusgasdrivande faktorer. IPCC från AR6 tabell AIII.3. Våra forcings från ekv. (3) och tabell 1.

Formlerna (tabell 1) för justerad drivkraft, F a , var numeriska anpassningar till 1-D-beräkningar med GISS GCM.

strålningskod med hjälp av den korrelerade k-fördelningsmetoden. 38 Gasabsorptionsdata var från högspektrala

upplösning i laboratoriedata. 39 Dessa F a omvandlades till F e via GCM-beräkningar som inkluderar 3D-effekter,

som sammanfattas i ekv. (3), där koefficienterna kommer från tabell 1 i Efficacy. 31 Faktorn 1,45 för CH 4

inkluderar effekten av CH 4-förändringen på stratosfärisk H 2 O och troposfärisk O 3 . Vi antar att CH 4 är

är ansvarig för 45 % av förändringen av O 3. 40 De återstående 55 procenten av O 3 -drivningen erhålls genom att multiplicera

IPCC AR6 O 3-forcering (0,47 W/m 2 år 2019) med 0,55 och med 0,82, där den senare faktorn är effektiviteten

som omvandlar F a till F e . Den del av O 3 -drivningen som inte är HC 4 är således 0,21 W/m 2 år 2019. Den tid-

beroendet av denna del av O 3-forceringen kommer från tabell AIII.3 i IPCC AR6. MPTG och OTG är

Montrealprotokollets spårgaser och andra spårgaser. 41 En uppdaterad förteckning över dessa gaser och en tabell över

deras årliga forcingar sedan 1992 finns tillgängliga, liksom tidigare uppgifter. 42

Fig. S2. Test av noggrannheten hos approximationen på 2 termer för drivning av de tre gaserna.

CO 2 och CH 4 är välbevarade i iskärnor. N 2 O-registreringarna är dock skadade under vissa tider.

av kemiska reaktioner med dammpartiklar i iskärnan. För sådana intervaller har vi

approximerar vi N 2 O-forskningen genom att öka summan av CO 2 - och CH 4 -forskningarna med 12 %, dvs. vi

Vi approximerar drivkraften för alla tre gaser som 1,12×[F(CO 2 ) + F(CH 4 )]. Noggrannheten hos denna

approximation kontrolleras i fig. S2 genom beräkningar för de senaste 132 ky, när data är

Fig. S3. Klimatförstärkningar enligt IPCC:s nuvarande rapport 13 för växthusgaser plus aerosoler och för alla

3. Jämförelse mellan växthusgaser + aerosoler och alla mänskligt skapade drivkrafter.

IPCC:s alla mänskligt orsakade forcings inkluderar effekter av markanvändning och kondensstrimmor, som har stora relativa

osäkerheter. Forcingen i fig. S3 är den som IPCC tillhandahåller (se bilaga III till den nuvarande versionen av

Fig. S4. Förhållandet mellan uppvärmningen i pipeline och EEI, (Teq - T)/EEI, för de första 300 åren efter

omedelbar fördubbling av CO 2 för a) GISS (2014)-modellen och b) GISS (2020)-modellen.

Den globala uppvärmningen i pipeline (∆Tpl) efter en CO 2 -fördubbling är den del av jämviktsvärdet

respons (Teq) som återstår att inträffa vid tidpunkt t, dvs. ∆Tpl = Teq - T(t). Om EEI var likvärdigt med en

klimatforcing, skulle uppvärmningen i pipeline vara produkten av EEI och klimatkänslighet (°C

per W/m 2 ), dvs. uppvärmningen i pipeline skulle vara EEI ×ECS/4, där vi har approximerat

Figur S4 visar 2×CO 2-resultaten för GISS (2014) och GISS (2020) GCM. EEI är inte en bra

mått på uppvärmningen i pipeline, särskilt för den nyare GISS-modellen. Uppvärmningen i

för GISS-modellen (2014) är vanligtvis ~30 % större än vad EEI antyder och ~90 % större än vad EEI antyder.

större i GISS (2020)-modellen. Om dessa resultat är realistiska tyder de på att en minskning av den

mänskligt orsakade klimatpåverkan med en mängd som motsvarar EEI kommer att lämna en planet som fortfarande pumpar

Den verkliga klimatpåverkan läggs till år för år med en stor del av de senaste årens tillväxt av växthusgaser,

vilket enligt figur 4 kommer att begränsa skillnaden mellan den faktiska uppvärmningen i rörledningen och den

och den som härleds från EEI. Därför gör vi också beräkningar av Green's funktion av den globala temperaturen och

EEI för 1750-2019 för växthusgaser plus IPCC:s aerosolförstärkningar. Green's funktionsberäkningar är följande

användbara, med en invändning som noteras nedan, för storheter för vilka svaret är proportionellt mot den

forcering. Vi beräknar T G (t) med hjälp av ekv. (4) och EEI G (t) med hjälp av

där R EEI (fig. 5b) är EEI-responsfunktionen (% av jämviktsresponsen) och dF är forceringen.

förändring per tidsenhet. Integreringarna börjar år 1750, då vi antar att jorden var i energibalans.

Resultaten (fig. S5) visar att den överdrivna uppvärmningen i pipeline (överskott över förväntningar

baserat på EEI) har minskat till 15-20 % för GISS (2014)-modellen, men den är fortfarande 70-80 % för

GISS (2020)-modellen. Detta ämne verkar alltså motivera ytterligare undersökningar, men det ligger utanför

Bild S5. Förhållandet mellan uppvärmningen i rörledningen och EEI, (Teq - T G )/EEI G , som svar på växthusgas- och

IPCC:s aerosolforcering för perioden 1750-2019 med hjälp av responsfunktionerna för GISS (2014).

Den första frågan att undersöka är orsaken till EEI:s ultrasnabba respons (fig. 5 i huvuddelen av rapporten).

paper), vilket kan göras via den modelldiagnostik som diskuteras i det avsnittet av vår artikel. Om

den stora skillnaden mellan EEI-reaktionsfunktionerna hos de två GISS-modellerna är relaterad till

underkylt molnvatten, tyder figur 1 i Kelley et al. paper 34 på att den verkliga effekten i verkligheten

kan ligga mellan de två modellernas. Om den högre klimatkänsligheten i GISS-modellen (2020)

modellen är relaterad till detta problem med molnvattenfasen, kan en mer realistisk behandling av den senare

Om den verkliga klimatkänsligheten för 2×CO 2 ligger nära 4 °C eller högre, vilket vi har kommit fram till, kommer den totala

molnåterkoppling sannolikt ännu högre än i GISS-modellen (2020). Vi föreslår att det

skulle vara användbart att beräkna responsfunktioner för andra modeller, särskilt modeller med hög

klimatkänslighet, för att underlätta analysen av återkopplingar och för att möjliggöra billiga klimatsimuleringar för

godtyckliga forceringsscenarier. En viktig invändning: vi har använt en enda responsfunktion som beräknats.

för 2×CO 2 . Särskilt med tanke på molnåterkopplingar verkar det troligt att responsfunktionen för

aerosolforcering skiljer sig från den för CO 2 -forcering, eftersom de flesta troposfäriska aerosoler finns i troposfären.

finns långt under molnen. Man kan lära sig mycket av att beräkna responsfunktioner för växthusgaser,

Svarsfunktionerna för global temperatur och EEI för både 2014- och 2020-modellen,

"De data som använts för att skapa figurerna i detta dokument finns tillgängliga i Zenodo repository,

We thank Eelco Rohling for inviting JEH to describe our perspective on global climate response

to human-made forcing. JEH began to write a review of past work, but a paper on the LGM by

Jessica Tierney et al. 23 and data on changing ship emissions provided by Leon Simons led to the

need for new analyses and division of the paper into two parts. We thank Jessica also for

pointing out the paper by Zhu et al. 83 , which independently identifies cloud drop microphysics at

cloud tops as key physics affecting climate sensitivity that can be constrained by paleoclimate

data. JEH designed the study and carried out the research with help of Makiko Sato; Larissa

Nazarenko provided data from GISS models and helped with analysis; Leon Simons provided

ship emission information and aided interpretations; Norman Loeb and Karina von Schuckmann

provided EEI data and insight about implications; Matthew Osman provided paleoclimate data

and an insightful review of the entire paper; Qinjian Jin provided simulations of atmospheric

sulfate and interpretations; all authors contributed to our prior research incorporated in the paper

All authors declare that they have no conflicts of interest. Climate Science, Awareness and

Solutions, which is directed by JEH and supports MS and PK is a 501(C3) non-profit supported

100% by public donations. Principal supporters in the past few years have been the Grantham

Foundation, Carl Page, Frank Batten, James and Krisann Miller, Peter Joseph, Ian Cumming,

Eric Lemelson, Gary and Claire Russell, Donald and Jeanne Keith Ferris, Aleksandar Totic,

Chris Arndt, Jeffrey Miller, Morris Bradley and about 150 more contributors to annual appeals.

1 Tyndall, J., On the absorption and radiation of heat by gases and vapours, Phil. Mag. 22, 169-194, 273-285, 1861.

2 Hansen, J.: draft Chapter 15 (Greenhouse Giants) of Sophie’s Planet, a book in preparation. Tyndall made the

greatest early contributions to understanding of “greenhouse” science, but Eunice Foote earlier investigated the role

of individual gases in affecting Earth’s temperature and speculated on the role of CO 2 in altering Earth’s

temperature. Draft Chapters 15, 16 (Farmers’ Forecast vs End-of-Century) and 17 (Charney’s Puzzle: How Sensitive

3 Revelle, R., W. Broecker, H. Craig, C.D. Keeling, and J. Smagorinsky, President’s Science Advisory Committee,

Restoring the Quality of Our Environment, Appendix Y4 Atmospheric Carbon Dioxide, The White House,

4 Charney, J., Arakawa, A., Baker, D., Bolin, B., Dickinson, R., Goody, R., Leith, C., Stommel, H. and Wunsch, C.:

Carbon Dioxide and Climate: A Scientific Assessment, Natl. Acad. Sci. Press, Washington, DC, 33p, 1979.

5 Nierenberg, W.A. (Chairman), Changing Climate: Report of the Carbon Dioxide Assessment Committee,

Washington, DC, National Academies Press, 519 pages, https://doi.org/10.17226/18714, 1983.

6 Hansen, J.E., and T. Takahashi (Eds.): Climate Processes and Climate Sensitivity. AGU Geophysical Monograph

7 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 reference 6 (American Geographical Union Monograph 29).

8 David, E.E., Jr.: Inventing the Future: Energy and the CO 2 “Greenhouse “ Effect, in reference 6 (American

10 Oreskes N, Conway E.: Merchants of Doubt: How a Handful of Scientists Obscured the Truth on Issues from

12 United Nations: Framework Convention on Climate Change (UNFCCC), United Nations, New York, NY

(accessed at https://unfccc.int/process-and-meetings/what-is-the-united-nations-framework-convention-on-climate-

13 IPCC, 2021: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth

Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani,

14 Hansen, J., M. Sato, P. Hearty, R. Ruedy, M. Kelley, V. Masson-Delmotte, G. Russell, G. Tselioudis, J. Cao, E.

Rignot, I. Velicogna, B. Tormey, B. Donovan, E. Kandiano, K. von Schuckmann, P. Kharecha, A.N. Legrande, M.

Bauer, and K.-W. Lo: Ice melt, sea level rise and superstorms: evidence from paleoclimate data, climate modeling,

and modern observations that 2 C global warming could be dangerous Atmos. Chem. Phys., 16, 3761-3812, 2016.

15 Hansen, J.: Foreword: uncensored science is crucial for global conservation, in DellaSala, D.A. (Ed.)

Conservation Science and Advocacy for a Planet in Peril, 451 pp., Elsevier, Amsterdam, Netherlands.

16 Lunt, D. J., Haywood, A. M., Schmidt, G. A., Salzmann, U., Valdes, P. J., and Dowsett, H. J.: Earth system

sensitivity inferred from Pliocene modelling and data, Nat. Geosci. 3, 60–64, 2010.

17 Rohling, E.J., et al. (PALAEOSENS Project Members): Making sense of palaeoclimate sensitivity, Nature

18 Caballero, R., M. Huber, State-dependent climate sensitivity in past warm climates and its implications for future

19 Inglis, G.N. et al.: Global mean surface temperature and climate sensitivity of the early Eocene Climatic Optimum

(EECO), Paleocene–Eocene Thermal Maximum (PETM), and latest Paleocene, Clim. Past 16, 1953–1968, 2020.

20 Turner, S.K.: Constraints on the onset duration of the Paleocene–Eocene Thermal Maximum, Phil. Trans. Roy.

21 CLIMAP project members: Seasonal reconstruction of the Earth’s surface at the last glacial maximum, Geol. Soc.

22 Rind, D. and D. Peteet: Terrestrial conditions at the last glacial maximum and CLIMAP sea-surface temperature

estimates: Are they consistent? Quat. Res., 24, 1-22, 1985, doi:10.1016/0033-5894(85)90080-8.

23 Tierney, J.E., J. Zhu, J. King, S.B. Malevich, G.J. Hakim and C.J. Poulson: Glacial cooling and climate sensitivity

24 Osman, M.B., J.E. Tierney, J. Zhu, R. Tardif, G.J. Hakim, J. King and C.J. Poulson: Globally resolved surface

25 At maximum LGM cooling, i.e., at 18 ky BP, the cooling is ~7°C (Osman et al. , 2021; Tierney, priv. comm.).

26 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.

27 IPCC, 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth

Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A.

28 Sherwood, S.C., M.J. Webb, J.D. Annan, K.C. Armour, P.M. Forster, J.C. Hargreaves, et al.: An assessment of

Earth’s climate sensitivity using multiple lines of evidence, Rev. Geophys. 58, e2019RG000678, 2020.

29 Baggenstos, D., Häberli, M., Schmitt, J., Shackleton, S. A., Birner, B., Severinghaus, J. P., Kellerhals, T., and

Fischer, H.: Earth's radiative imbalance from the Last Glacial Maximum to the present, Proc. Natl. Acad. Sci. USA,

30 Myhre, G., D. Shindell, F.-M. Bréon, W. Collins, J. Fuglestvedt, J. Huang, D. Koch, J.-F. Lamarque, D. Lee, B.

Mendoza, T. Nakajima, A. Robock, G. Stephens, T. Takemura and H. Zhang, 2013: Anthropogenic and Natural

Radiative Forcing. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the

Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner,

M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University

31 Hansen, J., M. Sato, R. Ruedy, L. Nazarenko, A. Lacis, G.A. Schmidt, G. Russell, et al., Efficacy of climate

32 Lohmann, U., L. Rotstayn, T. Storelvino, A. Jones, S. Menon, J. Quass, A.M.L. Ekman, D. Koch and R. Ruedy:

Total aerosol effect: radiative forcing or radiative flux perturbation? Atmos. Chem. Phys. 10, 3235-3246, 2010.

33 Eyring, V., Bony, S., Meehl, G. A., Senior, C. A., Stevens, B., Stouffer, R. J., & Taylor, K. E. (2016). Overview

of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) experimental design and organization.

Geoscientific Model Devel. 9(5), 1937–1958, https://doi.org/10.5194/gmd-9-1937-2016.

34 Kelley, M., G.A. Schmidt, L. Nazarenko, S.E. Bauer, R. Ruedy, G.L. Russell, et al., GISS-E2.1: Configurations

35 Miller, R.L., G.A. Schmidt, L. Nazarenko, S.E. Bauer, M. Kelley, R. Ruedy, G.L. Russell, et al.: CMIP6 historical

simulations (1850-2014) with GISS-E2.1. J. Adv. Model. Earth Syst., 13, no. 1, e2019MS002034, 2021.

36 The specific GISS (2020) model is described as GISS-E2.1-G-NINT in published papers; NINT (noninteractive)

37 Hansen, J., M. Sato, R. Ruedy, A. Lacis, and V. Oinas: Global warming in the twenty-first century: An alternative

38 Lacis, A.A., and V. Oinas, 1991: A description of the correlated k distributed method for modeling nongray

gaseous absorption, thermal emission, and multiple scattering in vertically inhomogeneous atmospheres. J. Geophys.

39 Rothman, L., Rinsland, C., Goldman, A., Massie, S., Edwards, D., Flaud, J., Perrin, A., Camy-Peyret, C., Dana,

V., Mandin, J., et al.: The HITRAN molecular spectroscopic database and HAWKS (HITRAN Atmospheric

40 Prather, M., and D. Ehhalt: Atmospheric chemistry and greenhouse gases, Chap. 4, pp. 239– 287, in Climate

Change 2001: The Scientific Basis, edited by J. T. Houghton et al., Cambridge Univ. Press, New York, 2001.

41 Hansen, J. and M. Sato. Greenhouse gas growth rates. Proc. Natl. Acad. Sci. 101, 16109-16114, 2004.

42 Links to MPTG and OTG data: www.columbia.edu/~mhs119/GHGs/TG_F.1900-1990.txt and

43 Jouzel, J., Masson-Delmotte, V., Cattani, O., Dreyfus, G., Falourd, S., Hoffmann, G., Minster, B., Nouet, J.,

Barnola, J.M., Chappellaz, et al.: Orbital and millennial Antarctic climate variability over the past 800,000 years,

44 Luthi, D., Le Floch, M., Bereiter, B., Blunier, T., Barnola, J.M., Siegenthaler, U., Raynaud, D., Jouzel, J., Fischer,

H., Kawamura, K., and Stocker, T.F.: High-resolution carbon dioxide concentration record 650,000-800,000 years

45 Hays, J.D., J. Imbrie and N.J. Shackleton: Variation in the Earth’s orbit: pacemaker of the ice ages, Science, 194,

46 Lorius, C., J. Jouzel, D. Raynaud, J. Hansen, and H. Le Treut: The ice-core record: Climate sensitivity and future

47 Zachos, J., Pagani, M., Sloan, L., Thomas, E., and Billups, K.: Trends, rhythms, and aberrations in global climate

48 Hansen, J., M. Sato, P. Kharecha, G. Russell, D.W. Lea, and M. Siddall: Climate change and trace gases. Phil.

49 MARGO Project Members. Constraints on the magnitude and patterns of ocean cooling at the Last Glacial

50 Hansen, J., L. Nazarenko, R. Ruedy, M. Sato, J. Willis, A. Del Genio, D. Koch, A. Lacis, K. Lo, S. Menon, T.

Tovakov, Ju. Perlwitz, G. Russell, G.A. Schmidt, and N. Tausnev: Earth's energy imbalance: Confirmation and

51 It is often said that glacial terminations (at intervals ~100,000 years in Fig. 2) occur when Earth orbital parameters

produce maximum summer insolation at the latitudes of Northern Hemisphere ice sheets (e.g., Cheng, H., Edwards,

R.L., Broecker, W.S., Denton, G.H., Kong, X., Wang, Y., Zhang R. and Wang, X., Ice age terminations, Science

326, 248-252, 2009). However, close examination of termination dates shows that they occur at times of late Spring

(mid-May) maximum radiation anomalies (Reference 48). Maximum insolation anomaly in late Spring causes

meltwater induced darkening of the ice to occur as early in the year as possible, thus lengthening the melt season.

52 Ruddiman, W.F.: The anthropogenic greenhouse era began thousands of years ago, Clim. Change 61, 261-293,

53 Rohling, E.J., F.D. Hibbert, F.H. Williams, K.M. Grant, G. Marino, G.L. Foster, R. Hennekam, G.J. de Lange,

A.P. Roberts, J. Yu., J. M. Webster and Y. Yokoyama, Differences between the last two glacial maxima and

implications for ice-sheet, ō18O, and sea-level reconstructions, Quaternary Sci. Rev. 176, 1-28, 2017.

54 Hansen, J., M. Sato, P. Kharecha, K. von Schuckmann, D.J. Beerling, J. Cao, S. Marcott, V. Masson-Delmotte,

M.J. Prather, E.J. Rohling, J. Shakun, P. Smith, A. Lacis, G. Russell, and R. Ruedy: Young people's burden:

55 Hoffman, J.S., Clark, P.U., Parnell, A.C., and He, F.: Regional and global sea-surface temperatures during the last

56 Schilt, A., Baumgartner, M., Schwander, J., Buiron, D., Capron, E., Chappellaz, J., Loulergue, L., Schupach, S.,

Spahni, R., Fischer, H., and Stocker, T.F.: Atmospheric nitrous oxide during the last 140,000 years, Earth Planet.

57 PGM → Eemian: CO 2 196 → to 272 ppm yields 1.82 W/m 2 ; CH 4 388 → 615 ppb yields 0.27 W/m 2 ; N 2 O 215 →

265 ppb yields 0.21 W/m 2 for total 2.30 W/m 2 . LGM → early Holocene: CO 2 191 → 261 ppm yields 1.72 W/m 2 ;

CH 4 374 → 527 ppb yields 0.19 W/m 2 ; N 2 O 204 → 259 ppb yields 0.24 W/m 2 for total 2.15 W/m 2 . LGM → late

Holocene: CO 2 191 → 275 ppm yields 2.00 W/m 2 ; CH 4 374 → 591 ppb yields 0.26 W/m 2 ; N 2 O 204 → 265 ppb

58 Schneider, T., J. Teixeira, C.S. Bretherton, F. Brient, K.G. Pressel, C. Achar and A.P. Siebesma: Climate goals

59 Kagiyama, M., P. Braconnot, S.P. Harrison, A.M. Haywood, J.H. Jungclaus, B.L. Otto-Bliesneret al.: The PMIP4

contribution to CMIP6 – Part 1: overview and over-arching analysis plan, Geosci. Model Dev. 11, 1033-1057, 2018.

60 Pincus, R., P.M. Forster and B. Stevens: The radiative forcing model intercomparison project (RFMIP):

61 Hegerl, G. C., Zwiers, F. W., Braconnot, P., Gillett, N. P., Luo, Y., Marengo Orsini, J. A., et al. (2007). Chapter 9:

Understanding and attributing climate change. In S. D. Solomon, et al. (Eds.), Climate change 2007: The physical

science basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on

62 Yoshimori, M., T. Yokohata and A. Abe-Ouchi: A comparison of climate feedback strength between CO 2

63 Stap, L.B., P. Kohler and G. Lohmann: Including the efficacy of land ice changes in deriving climate sensitivity

64 Koppen, W.: Das geographische system der climate, in Handbuch der Klimatologie 1, part C, eds. W. Koppen and

65 Kohler, P., R. Bintanja, H. Fischer,F. Joos, R. Knutti, G. Lohmann and V. Masson-Delmotte: What caused Earth’s

temperature variations during the last 800,000 years? Data-based evidence on radiative forcing and constraints on

66 Rabineau, M., S. Berne, J.L. Oliver, D. Aslanian, F. Guillocheau, and P. Joseph: Paleo sea levels reconsidered

from direct observation of paleoshoreline position during Glacial Maxima (for the last 500,000 yr). Earth Planet.

67 Hansen, J., M. Sato, P. Kharecha, D. Beerling, R. Berner, V. Masson-Delmotte, M. Pagani, M. Raymo, D. Royer,

and J.C. Zachos: Target atmospheric CO 2 : Where should humanity aim? Open Atmos. Sci. J. 2, 217-231, 2008.

68 Ruth, U., Barnola, J.M., Beer, J., Bigler, M., Blunier, T. Castellano, E., Fischer, H., Fundel, F., Huybrechts, P.,

Kaufmann, P., Kipfstuhl, S., Lambrecht, A., Morganti, A., Oerter, H., Parrenin, F., Rybak, O., Severi, M., Udisti, R.,

Wilhelms, F., and Wolff, E.: EDML1: a chronology for the EPICA deep ice core from Dronning Maud Land,

69 Bryan, K., F.G. Komro, S. Manabe and M.J. Spelinan, Transient climate response to increasing atmospheric

70 Hansen, J., G. Russell, A. Lacis, I. Fung, D. Rind, and P. Stone: Climate response times: dependence on climate

71 Hansen J Climate Threat to the Planet, American Geophysical Union, San Francisco, California, 17 December

2008, http://www.columbia.edu/~jeh1/2008/AGUBjerknes20081217.pdf. (3 December 2022, date last accessed).

72 Tom Delworth (NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory), Gokhan Danabasoglu (National Center for

Atmospheric Research), and Jonathan Gregory (UK Hadley Centre) provided long 2×CO 2 runs of GCMs of these

leading modeling groups. All three models had response times as slow or slower than the GISS GCM.

73 Yr 1 (no smoothing), yr 2 (3-yr mean), yr 3-12 (5-yr mean), yr 13-300 (25-yr mean), yr 301-5000 (101-yr mean).

74 Schmidt, G.A., M. Kelley, L. Nazarenko, R. Ruedy, G.L. Russell, et al., Configuration and assessment of the

GISS ModelE2 contributions to the CMIP5 archive. J. Adv. Model. Earth Syst., 6, 141-184, 2014.

75 The GISS (2014) model is labeled as GISS-E2-R-NINT and GISS (2020) as GISS-E2.1-G-NINT in published

papers, where NINT (noninteractive) signifies that the models use specified GHG and aerosol amounts.

76 Prather, M. J.: Numerical advection by conservation of second order moments. J. Geophys, Res. 91, 6671–6680,

77 Romanou, A., Marshall, J., Kelley, M., & Scott, J., Role of the ocean's AMOC in setting the uptake efficiency of

78 von Schuckmann, K., L. Cheng, M.D. Palmer, J. Hansen et al.: Heat stored in the Earth system: where does the

energy go?, Earth System Science Data 12, 2013-2041, doi:10.5195/essd-12-2013-2020, 2020.

79 Loeb, N. G., Johnson, G. C., Thorsen, T. J., Lyman, J. M., Rose, F. G., & Kato, S., Satellite and ocean data reveal

marked increase in Earth’s heating rate, Geophys. Res. Lett. 48, e2021GL093047, 2021.

80 See diagram (Fig. 4) of Hansen, J., D. Johnson, A. Lacis, S. Lebedeff, P. Lee, D. Rind, and G. Russell: Climate

impact of increasing atmospheric carbon dioxide. Science, 213, 957-966, 1981 for illustration of how solar, thermal

81 Kamae, Y., M. Watanabe, T. Ogura, M. Yoshimori and H. Shiogama: Rapid adjustments of cloud and

hydrological cycle to increasing CO 2 : a review, Curr. Clim. Chan. Rep 1, 103-113, 2015.

82 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.

83 Zhu, J., Otto-Bliesner, B. L., Brady, E. C., Gettelman, A., Bacmeister, J. T., Neale, R. B., et al:. LGM

paleoclimate constraints inform cloud parameterizations and equilibrium climate sensitivity in CESM2. J. Adv. Mod.

85 Hansen, J., 2009: Storms of My Grandchildren, Bloomsbury, New York, 320 pages.

86 World Health Organization, Ambient (outdoor) air pollution, Fact Sheet, 22 September 2021.accesed 2022.06.23.

87 Vimeux F, K.M. Cuffey and J. Jouzel, New insights into Southern Hemisphere temperature changes from Vostok

ice cores using deuterium excess correction, Earth Planet Sci. Lett. 203, 829-43, 2002.

88 Petit, J.R., J. Jouzel, D. Raynaud, et al. Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the

89 Hansen, J., R. Ruedy, M. Sato, and K. Lo: Global surface temperature change. Rev. Geophys., 48, RG4004, 2010.

90 Lenssen, N.J.L., G.A. Schmidt, J.E. Hansen, M.J. Menne, A. Persin, R. Ruedy, and D. Zyss, 2019: Improvements

in the GISTEMP uncertainty model, J. Geophys. Res. Atmos., 124(12), 6307-6326, 2019.

91 Tardiff, R., G.J. Hakim, W.A. Perkins, K.A. Horlick, M.F. Erb, J. Emile-Geay, D.M. Anderson, E.J. Steig and D.

Noone, Last Millenium Reanalysis with an expanded proxy database and seasonal proxy modeling, Clim. Past 15,

92 Buizert, C. T. J. Fudge, W. H. G. Roberts, E. J. Steig, S. Sherriff-Tadano, C. Ritz, E. Lefebvre, et al.: Antarctic

surface temperature and elevation during the Last Glacial Maximum, Science 372 (6546), 1097-1101, 2021.

93 Hansen, J. et al.: Sea level rise in the pipeline, in preparation for submission to Oxford Open Climate Change.

94 Shakun, J.D., P.U.Clark, F. He, S.A. Marcott, A.C. Mix, Z. Liu, B. Otto-Bliesner, A. Schmittner and E. Bard:

Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation, Nature 484, 49-

95 Marcott, S. A., Shakun, J. D., Clark, P. U., and Mix, A. C.: A reconstruction of regional and global temperature

96 Ruddiman, W.F., D.Q. Fuller, J.E. Kutzbach, P.C. Tzedakis, J.O. Kaplan, E.C. Ellis, S.J. Vavrus, C.N. Roberts, R.

Fyfe, F. He, C. Lemmon and J. Woodbridge: Late Holocene climate: natural or anthropogenic? Rev. Geophys. 54,

98 Barber, B. Resistance by scientists to scientific discovery, Science 134, 596-602, 1961.

99 Hoffman, P.F., A.J. Kaufman, G.P. Halverson and D.P. Schrag: A Neoproterozoic Snowball Earth, Science 281,

100 Alvarez, L.,W. Alvarez, F. Asaro and H. Michel: Extraterrestrial Cause for the Cretaceous-Tertiary

101 Mishchenko, M.I., B. Cairns, G. Kopp, C.F. Schueler, B.A. Fafaul, J.E. Hansen, R.J. Hooker, T. Itchkawich, H.B.

Maring, and L.D. Travis, 2007: Accurate monitoring of terrestrial aerosols and total solar irradiance: Introducing the

102 Monthly updates of global temperature and related data at http://www.columbia.edu/~mhs119/Temperature/

103 Day, J.W., J.D. Gunn, W.J. Folan, A. Yaniz-Arancibia and B.P Horton: Emergence of complex societies after sea

104 Riser, S. C., Freeland, H. J., Roemmich, D., Wijffels, S., Troisi, A., Belbéoch, M., Gilbert, D., Xu, J., Pouliquen,

S., Thresher, A., Le Traon, P.-Y., Maze, G., Klein, B., Ravichandran, M., Grant, F., Poulain, P.-M., Suga, T., Lim,

B., Sterl, A., and Jayne, S. R.: Fifteen years of ocean observations with the global Argo array, Nat. Clim. Change 6,

105 Hansen, J., M. Sato, P. Kharecha, and K. von Schuckmann: Earth's energy imbalance and implications. Atmos.

106 Koch, D., S.E. Bauer, A. Del Genio, G. Faluvegi, J.R. McConnell, S. Menon, R.L. Miller, D. Rind, R. Ruedy,

G.A. Schmidt and D. Shindell: Coupled aerosol-chemistry-climate twentieth-century model investigation: trends in

107 Novakov, T., Ramanathan, V., Hansen, J. E., Kirschstetter, T. W., Sato, M., Sinton, J. E., and Sathaye, J. A.:

Large historical changes of fossil-fuel black carbon aerosols, Geophys. Res. Lett., 30, 1324, 2003.

108 Knutti, R., Why are climate models reproducing the observed global surface warming so well? Geophys. Res.

109 In the absence of a response function from a GCM with ECS = 4°C, we use the normalized response function of

110 Forster, P., T. Storelvmo, K. Armour, W. Collins, J.-L. Dufresne, D. Frame, D.J. Lunt, T. Mauritsen, M.D.

Palmer, M. Watanabe, M. Wild, and H. Zhang: The Earth’s Energy Budget, Climate Feedbacks, and Climate

Sensitivity. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth

Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani,

S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy,

J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University

111 Bauer, S.E., K. Tsigaridis, G. Faluvegi, M. Kelley, K.K. Lo, R.L. Miller, L. Nazarenko, G.A. Schmidt and J.

Wu: Historical (1850-2014) aerosol evolution and role on climate forcing using the GISS ModelE2.1 contribution to

112 The forcing in the “inferred aerosols” in Fig. 14 used for calculations in Fig. 13 is –1.8 W/m 2 in 2010, with a

113 Wang, Z., Lin, L., Xu, Y., Che, H., Zhang, X., Zhang, H., Dong, W., Wang, C., Gui, K., and Xie, B.: Incorrect

Asian aerosols affecting the attribution and projection of regional climate change in CMIP6 models, Clim. Atmos.

114 Zheng, Y., Q. Zhang, D. Tong, S.J. Davis and K. Caldeira: Climate effects of China’s efforts to improve its air

115 International Maritime Organization (IMO), MEPC.176(58), Amendments to the annex of the protocol of 1997 to

amend the international convention for the prevention of pollution from ships, 1973, as modified by the protocol of

116 Quaas, J., H. Jia, C. Smith, A.L. Albright, W. Aas, N. Bellouin, O. Boucher, M.Doutriaux-Boucher, P.M. Forster,

D. Grosvenor, S. Jenkins, Z. Klimont, N.G. Loeb, X. Ma, V. Naik, F. Paulot, P. Steir, M. Wild, G. Myhre and M.

Schulz: Robust evidence for reversal of the trend in aerosol effective climate forcing, Atmos. Chem. Phys. 22,

117 Hansen, J., W. Rossow, B. Carlson, A. Lacis, L. Travis, A. Del Genio, I. Fung, B. Cairns, M. Mishchenko and M.

Sato: Low-cost long-term monitoring of global climate forcings and feedbacks, Clim. Change 31, 247-271, 1995.

118 Hansen, J., W. Rossow and I. Fung (eds.): Long-term monitoring of global climate forcings and feedbacks,

119 Bellouin, N., Quaas, J., Gryspeerdt, E., Kinne, S., Stier, P., Watson-Parris, D., et al.: Bounding global aerosol

120 Glassmeier, F., F. Hoffmann, J.S. Johnson, T. Yamaguchi, K.S. Carslaw and G. Feingold: Aerosol-cloud-climate

121 Manshausen, P., D. Watson-Parris, M.W. Christensen, J.P. Jalkanen and P. Stier: Invisible ship tracks show large

122 Wall, C.J., J.R. Norris, A. Possner, D.T. McCoy, I.L. McCoy and N.J. Lutsko: Assessing effective radiative

forcing from aerosol-cloud interactions over the global ocean, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 119, e2210481119, 2022.

123 Jin, Q., B.S. Grandey, D. Rothenberg, A. Avramov and C. Wang: Impacts on cloud radiative effects induced by

coexisting aerosols converted from international shipping and maritime DMS emissions: Atmos. Chem Phys. 18,

124 Gryspeerdt, E., Smith, T. W. P., O'Keeffe, E., Christensen, M. W., & Goldsworth, F. W. : The impact of ship

emission controls recorded by cloud properties. Geophys. Res. Lett. 46, 12,547-12,555, 2019.

125 International Maritime Organization. IMO 2020 – cutting sulphur oxide emissions, lowers limit on sulfur content

of marine fuels from 3.5% to 0.5%. https://www.imo.org/en/MediaCentre/HotTopics/Pages/Sulphur-2020.aspx (5

126 Yuan, T., H. Song, R. Wood, C. Wang, L. Oreopoulos, S.E. Platnick, S. von Hippel, K. Meyer, S. Light and E.

Wilcox, Global reduction in ship-tracks from sulfur regulations for shipping fuel, Sci. Adv., 8(29), eabn7988, 2022.

127 Data sources and graphs available at http://www.columbia.edu/~mhs119/Solar/. Last accessed 23 October 2022.

128 Loeb, N.G., T.J. Thorsen, F.G. Rose, S. Kato, J. Lyman, G. Johnson, S.H. Ham and M. Mayer: Recent variations

129 Sato, M.: Sea ice area, Columbia University webpage accessed 05 November 2022.

130 McCoy, D. T., Burrows, S. M., Wood, R., Grosvenor, D. P., Elliott, S. M., Ma, P.-L., Rasch, P. J., and Hartmann,

D. L.: Natural aerosols explain seasonal and spatial patterns of Southern Ocean cloud albedo, Science Advances, 1,

131 Section 7.4.2.4 Cloud Feedbacks, in IPCC, 2021: Climate Change 2021 (reference 13).

132 Martinez-Boti, M. A., G.L. Foster, T.B. Chalk, E.J. Rohling, P.F. Sexton, D.J. Lunt, R.D. Pancost, M.P.S. Badger

and D.N. Schmidt: Plio-Pleistocene climate sensitivity evaluated using high-resolution CO 2 records. Nature 518, 49-

133 Rae, J.W.B., Y. G. Zhang, X. Liu, G.L. Foster, H.M. Stoll and R.D.M. Whiteford: Atmospheric CO 2 over the

past 66 million years from marine archives, Ann. Rev. Earth Plan. Sci. 49, 609-641, 2021.

134 Tierney, J.E., J. Zhu, M. Li, A. Ridgwell, G.J. Hakim, C.J. Poulson, R.D.M. Whiteford, J.W.B. Rae and L.R.

Kump: Spatial patterns of climate change across the Paleocene-Eocene thermal maximum, Proc. Natl. Acad. Sci.

135 Zhu, J., C. J. Poulsen, J. E. Tierney: Simulation of Eocene extreme warmth and high climate sensitivity through

136 Hansen, J., M. Sato, G. Russell and P. Kharecha: Climate sensitivity, sea level, and atmospheric carbon

dioxide. Phil. Trans. R. Soc. A, 371, 20120294, doi:10.1098/rsta.2012.0294, 2013.

137 Dunne, J. P., Winton, M., Bacmeister, J., Danabasoglu, G., Gettelman, et al.: Comparison of equilibrium climate

sensitivity estimates from slab ocean, 150‐year, and longer simulations, Geo. Res. Lett. 47, e2020GL088852, 2020.

138 Forster, P.M., Maycock, A.C., McKenna, C.M. et al.: Latest climate models confirm need for urgent

mitigation. Nat. Clim. Chang. 10, 7–10 (2020). https://doi.org/10.1038/s41558-019-0660-0

139 Liu, Z., J. Zhu, Y. Rosenthal, X. Zhang, B.L. OttoBliesner, A. Timmermann, R.S. Smith, G. Lohmann, W. Zheng

and O.E. Timm: The Holocene temperature conundrum Proc. Natl. Acad. Sci. USA, E3501-E3505, 11 August 2014.

140 Glojek, K., G. Mocnik, H.D.C. Alas, A. Cuesta-Mosquera, L. Drinovec, et al.: The impact of temperature

inversions on black carbon and particle mass concentrations in a mountainous area, Atmos. Chem. Phys. 22, 5577-

141 Hefner, M., Marland, G., Boden, T., Andres R.J. Global, Regional, and National Fossil-Fuel CO 2 Emissions,

Research Institute for Environment, Energy, and Economics, Appalachian State University, Boone, NC, USA.)

142 BP Statistical Review of World Energy. 72 pages, 1 St James’s Square London SW1Y 4PD UK (4 December

143 Fig. 2 of Hansen, J., Kharecha, P., Sato, M., Masson-Delmotte, V., Ackerman, F., Beerling, D. J., Hearty, P. J.,

Hoegh-Guldberg, O., Hsu, S., Parmesan, C., Rockstrom, J., Rohling, E. J., Sachs, J., Smith, P., Steffen, K., Van

Susteren, L. von Schuckmann, K., and Zachos, J. C.: Assessing "dangerous climate change": Required reduction of

carbon emissions to protect young people, future generations and nature, Plos One, 8, e81648, 2013.

145 Hansen, J., M. Sato, R. Ruedy, P. Kharecha, A. Lacis, R.L. Miller, L. Nazarenko, K. Lo, G.A. Schmidt, G.

Russell, I. et al.: Dangerous human-made interference with climate: A GISS modelE study. Atmos. Chem. Phys., 7,

146 Matthews, H.D., N.P. Gillett, P.A. Stott and K. Zickfeld, The proportionality of global warming to cumulative

148 Hansen, J., Can Young People Save Democracy and the Planet? 8 October 2021, accessed 28 November 2022.

149 Hayes, R.B.: Nuclear energy myths versus facts support it’s expanded use – a review, Cleaner Ener. Sys. 2,

150 Hansen, J., and M. Sato, 2016: Regional Climate Change and National Responsibilities Environ. Res.

151 National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine: Reflecting Sunlight: Recommendations for Solar

Geoengineering Research and Research Governance. Washington, DC: The National Academies Press.

152 Hansen, J.: Aerosol effects on climate and human health, AGU-CAS meeting, Xi’an, China, 18 October 2018.

153 Tollefson, J.: Can artificially altered clouds save the Great Barrier Reef? Nature 596, 476-478, 2021.

154 Latham, J., Rasch, P., Chen, C.C., Kettles, L., Gadian, A., Gettelman, A., Morrison, H., Bower K., and

Choularton, T.: Global temperature stabilization via controlled albedo enhancement of low-level maritime clouds,

155 Patrick, S.M.: Reflecting sunlight to reduce climate risk: priorities for research and international cooperation,

156 Cao, J, A. Cohen, J. Hansen, R. Lester, P. Peterson and H. Xu , 2016: China-U.S. cooperation to advance nuclear

157 Ying, F.: Cooperative competition is possible between China and the U.S., New York Times, 24 November.

Global warming sw

Physics > Atmospheric and Oceanic Physics

Global warming in the pipeline

Submission history