Uh-Oh. Now What? se

Fig. 1. Global temperatur (i förhållande till medelvärdet 1880-1920 för varje månad) för El Ninos 1997-98, 2015-16 och 2023-24. El Ninos påverkan på den globala temperaturen når vanligtvis sin topp tidigt på året (El Ninos toppår) efter det år då El Ninon uppstod.

Uh-Oh. Vad händer nu? Samlar vi in data för att förstå situationen?

14 August 2023

James Hansen, Makiko Sato, Reto Ruedy

Misstanken att den globala uppvärmningen accelererade skapades redan av uppvärmningstakten mellan El Ninos 1997-98 och 2015-16.[1] Den globala uppvärmningen mellan 1970 och 2010 var 0,18°C/decennium (fig. 2), men takten ökade till 0,24°C/decennium mellan dessa två super-El Ninos.[2]

Fig. 2. Global temperature relative to 1880-1920 based on the GISS analysis. [3],[4]

Fig. 3. Temperatur i tropiska Stilla havet som används för att definiera El Ninos styrka. El Nino (La Nina) definieras nominellt som att inträffa när Nino 3.4 är > 0,5°C (< -0,5°C).

El Nino och aerosoler. Det återstår att se hur stark den nuvarande El Nino är (fig. 3). Om den spirande El Nino visar sig vara jämförbar med de två super-El Ninos under de senaste tre decennierna, kommer det att ge en måttstock för den nuvarande globala uppvärmningstakten. Vi räknar med att den långsiktiga globala uppvärmningen kommer att accelerera med minst 50 %, dvs. till minst 0,27 °C/decennium, främst på grund av minskningen av aerosoler (fina luftburna partiklar) som orsakats av människan[2],[5] Aerosoler har en avkylande effekt genom att öka reflektionen av solljus till rymden (främst via aerosoleffekter på molnens ljusstyrka och livslängd), vilket innebär att en minskning av aerosoler ökar den globala uppvärmningen. Globala molnegenskaper mäts inte med den precision som krävs för att definiera aerosolernas klimatpåverkan. Det finns tillräckligt med teoretiska och anekdotiska bevis för betydelsen och den ungefärliga storleken av aerosolernas klimatpåverkan för att bekräfta att aerosoler är den näst största människoskapade klimatpåverkan, men bättre kunskap om aerosolernas klimatpåverkan krävs för tillförlitliga klimatprognoser..

Solens ljusstyrka. Förändringar i solinstrålningen orsakar en liten men icke försumbar klimatpåverkan som är relevant för tolkningen av den globala temperaturförändringen under de närmaste åren. Lyckligtvis har solen mätts väl från rymden sedan 1979 (fig. 4). Solcykeln närmar sig solmaximum och instrålningen överstiger redan instrålningen under den föregående cykeln, vilket ger en drivkraft i storleksordningen +0,1W/m2 i förhållande till den genomsnittliga instrålningen. Solcykeln har försumbar effekt på lång sikt, men den bidrar med i storleksordningen +0,1W/m2 till energibalansen i dag och kommer kanske att bidra med några hundradels grader Celsius till den globala temperaturen under det närmaste året.

Fig. 4. Solinstrålning och klimatpåverkan. Solinstrålning och klimatdrivning, den senare är 0,175 × strålningsförändring, där 0,175 = (1 - jordens albedo)/4, där jordens albedo = 0,3. Datakällor: Physikalisch Meteorologisches Observatorium, Davos, University of Colorado Solar Radiation and Climate Experiment, och Total Irradiance Monitor på den internationella rymdstationen (GES DISC).

Fig. 5. Antarktis havsisutbredning (havsområde med minst 15% havsis).

Källa: NOAA National Snow and Ice Data Center, University of Colorado, Boulder.

Återkopplingar. När solen går upp i år, sett från Antarktis och Södra oceanen, kommer energiflödet från solen att slå ner på en yta som är betydligt mörkare än någon gång tidigare under satellitperioden (dvs. sedan 1970-talet), och därmed säkert mörkare än någon gång tidigare under perioden med bra temperaturdata. Havsisen på södra halvklotet har minskat dramatiskt till en nivå som ligger långt under tidigare rekord (fig. 5). Ökad absorption av solljus kommer att öka jordens energibalans ytterligare och öka den globala uppvärmningen. Effekten på havsytans temperatur kommer att vara mindre än effekten på ytluftens temperatur, så temperatursammanställningar (som GISTEMP) som använder havsytans temperatur i stället för ytluftens temperatur kommer inte att registrera hela effekten på ytluften. Det viktiga är effekten på jordens energibalans, som nu mäts relativt väl genom kombinationen av satellitmätningar av den planetära strålningsbalansen och in situ-mätningar av havens värmeinnehåll (fig. 6). Vi har ännu inte beräknat den förväntade effekten av den minskade havsisen på jordens energibalans (EEI) eftersom det beror på hur havsistäcket förändras när solen stiger högt upp på himlen sett från södra oceanen. Beräkningen måste ta hänsyn till molnens avskärmning. Det står dock klart att det minskade havsistäcket kommer att leda till en avsevärt ökad drivkraft för den globala uppvärmningen.

Det finns en annan viktig, i stort sett omättad, klimatåterkoppling: molnförändringar som svar på den globala uppvärmningen. Det senaste avslöjandet (Global warming in the pipeline[6]) från paleoklimatdata att jämviktsklimatkänsligheten (ECS) är 4,8°C ± 1,2°C för2×CO2 innebär att moln ger en starkt förstärkande klimatåterkoppling, eftersom ECS skulle vara ~2,5-3°C för2×CO2 utan molnåterkopplingar. Uppgiften att utvinna korrekt kunskap från observerade molnförändringar försvåras av det faktum att moln också reagerar på förändrade atmosfäriska aerosoler. I båda fallen innebär molnförändringarna förändringar i molnens mikrofysik, dvs. förändringar i molnpartiklarnas storleksfördelning och fas. Även om global övervakning av aerosol- och molnmikrofysik har föreslagits,[7] har det inte uppnåtts. Trots detta är det möjligt att göra stora framsteg i förståelsen genom att kombinera molnmodellering med befintliga och planerade observationer, inklusive de rumsliga och tidsmässiga förändringarna av jordens energibalans.

Fig. 6. 12-månaders löpande medelvärde av jordens energiobalans från CERES satellitdata[8] normaliserat till 0,71 W/m2 medelvärde för juli 2005 - juni 2015 (blå stapel) från in situ data.[9]

Viktiga observationer. Trots den uppenbara betydelsen av att förstå orsakerna till klimatförändringarna och de åtgärder som krävs för att återställa ett gynnsamt klimat, är fortsättningen och förbättringen av några av de mest grundläggande observationerna i fara. De observationer som krävs för att ta fram fig. 6 är nödvändiga för att förstå vår nuvarande klimatsituation.

[Politiska ledare vid FN:s COP-möten (Conference of the Parties) ger intryck av att framsteg görs och att det fortfarande är möjligt att begränsa den globala uppvärmningen till så lite som 1,5°C. Det är rent, oförfalskat svammel, vilket framgår av en minimal förståelse av fig. 6 här och fig. 27 i referens 6. Det är viktigt att de anmärkningsvärda observationer som möjliggjorde konstruktionen av Fig. 6 fortsätter och förbättras - vilket är en större utmaning än vad regeringarna kanske är medvetna om. Exakta observationer behövs från rymden och i hela världshavet].

Mätningar av jordens strålningsbudget från rymden var till stor del en produkt av den kraftiga ökningen av statliga utgifter under 1990-talet för NASA:s Earth Observing System. Än så länge finns det inga konkreta planer för hur dessa observationer ska fortsätta på lång sikt. NASA tenderar att se sig självt som en byrå som utvecklar vetenskapliga och instrumentella tekniker, medan fortsatta långsiktiga observationer bör skötas av andra. När det gäller klimatförändringar är det dock långsiktiga observationer som är vetenskapen. Det är mycket viktigt att NASA planerar för att fortsätta med dessa viktiga mätningar.

Mätningar i havet är lika viktiga. Argo-programmet som distribuerade cirka 4 000 autonoma, djupdykande flottar runt världshaven måste fortsätta och förbättras. Fler mätningar behövs särskilt i polarområdena där några av de mest betydande klimatförändringarna börjar inträffa, förändringar som kommer att påverka hela planeten. U.S. National Atmospheric and Oceanic Administration (NOAA) har tillhandahållit en stor del av Argo-flottörerna, men många andra nationer bidrar; programmen bör fortsätta sin utveckling.

En ny klimatgräns. Den globala temperaturökningen under de senaste två månaderna är ingen vanlig fluktuation. Den drivs av den nuvarande utomordentligt stora obalansen i jordens energi (EEI). EEI är den direkta orsaken till den globala uppvärmningen. Den stora obalansen tyder på att varje månad under resten av året kan bli ett nytt rekord för den månaden. Vi är på väg in i ett nytt klimatområde.

När den första författaren höll ett TED-talk för 10 år sedan var EEI ca 0,6W/m2, beräknat som ett genomsnitt över sex år (det kanske inte låter så mycket, men det motsvarar energin i 400 000 Hiroshima-atombomber per dag, varje dag). Nu har EEI ungefär fördubblats. Det mesta av den energin går ut i havet. Om havsisen på södra halvklotet förblir låg kommer mycket av denna överskottsenergi att hamna i södra oceanen, vilket är en av de sista platser vi vill att den ska hamna på.

Det betyder inte att problemet är olösligt. Det är möjligt att återställa jordens energibalans. Om allmänheten tycker att smaken av den nya klimatgränsen är tillräckligt obehaglig kan vi kanske börja överväga de åtgärder som krävs för att återställa ett gynnsamt klimat.

[1] Grantham, J., The Race of Our Lives Revisited, GMO White Paper, August 2018.

[2] Hansen J, Sato M, Loeb N, Simons L and von Schuckmann K. Earth’s energy imbalance and climate response time. Communication of Climate Science, Awareness and Solutions, 22 December 2022.

[3] Lenssen NJL, Schmidt GA, Hansen JE et al. Improvements in the GISTEMP uncertainty model, J Geophys Res Atmos 2019;124(12):6307-26

[4] Hansen J, Ruedy R, Sato M et al. Global surface temperature change. Rev Geophys 2010;48:RG4004

[5] Hansen J, Sato M, Ruedy R. El Nino and global warming acceleration. Communication of Climate Science, Awareness and Solutions, 14 June 2023.

[6] Global warming in the pipeline, draft paper, criticisms welcome

[7] Hansen J, Rossow W, Fung I. Long-term monitoring of global climate forcings and feedbacks. Washington: NASA Conference Publication 3234, 1993

[8] 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.

[9] von Schuckmann K, Cheng L, Palmer MD et al. Heat stored in the Earth system: where does the energy go?, Earth System Science Data 2020;12:2013-41