Will We Fly Blind? se

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

14 September 2023

James Hansen, Makiko Sato, Reto Ruedy, and Leon Simons

Fig. 2. Global temperature relative to 1880-1920 based on the GISS analysis.[1],[2]

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).

Misstanken att den globala uppvärmningen accelererade skapades av uppvärmningstakten mellan El Ninos 1997-98 och 2015-16.[3] Uppvärmningstakten mellan dessa super-El Ninos var 0,24°C/decennium, vilket översteg hastigheten 1970-2010 på 0,18°C/decennium (fig. 2). Hittills tyder den nuvarande El Nino, bara 8 år efter El Nino 2015-16, på en betydande ytterligare ökning av den globala uppvärmningen. Det är för tidigt att säga hur stark den nuvarande El Ninon kommer att bli, men dess säsongsvariation är normal (fig. 3). De globala temperaturanomalierna släpar efter Nino3.4-indexet med flera månader, så det är också för tidigt att uppskatta uppvärmningstoppen, som förväntas inträffa under första halvåret 2024. Den globala temperaturen under de första månaderna av El Nino är dock så extrem (fig. 1) att det nu är nästan säkert att den löpande 12-månaders medeltemperaturen kommer att överstiga 1,5°C i maj 2024 eller tidigare.

Den omedelbara orsaken till den globala uppvärmningen är jordens energiobalans (EEI): det kommer in mer energi (absorberat solljus) än det går ut energi (värme som strålar ut i rymden). EEI har ökat kraftigt under det senaste decenniet (fig. 4). Obalansen hittills under 2020-talet (1,36W/m2) är nästan dubbelt så stor som (0,71W/m2) under kalibreringsperioden (mitten av 2005 till mitten av 2015) där satellitdata[4] för EEI (med stor precision i tidsmässiga förändringar) sätts på en absolut skala via dekadiska medelvärde in situ (Argo float) havsvärmelagringsdata.[5] Den huvudsakliga mekanismen för den globala uppvärmningen under det senaste århundradet har varit minskningen av jordens utgående värmestrålning orsakad av ökande växthusgaser, vilket gör atmosfären mer ogenomskinlig vid infraröda våglängder som avger värmestrålning. Värmestrålning till rymden kommer alltså från högre, kallare nivåer, vilket minskar energiförlusten till rymden och orsakar den planetära energibalansen och därmed den globala uppvärmningen.

Fig. 4. 12-månaders löpande medelvärde av jordens energiobalans från CERES satellitdata[4] normaliserat till 0,71 W/m2 medelvärde för juli 2005 - juni 2015 (blå stapel) från in situ data.[5]

Fig. 5. Global absorberad solstrålning (W/m2) i förhållande till medelvärdet för de första 120 månaderna av CERES-data. CERES-data finns tillgängliga på http://ceres.larc.nasa.gov/order_data.php Den globala absorberade solstrålningens anomalier är 0,99 och 1,29 W/m2 i de angivna intervallen.

Växthusgaser är dock inte orsaken till det ökade EEI sedan 2015. Hur vet vi detta? Satellitinstrumentet (CERES) mäter både förändringen av den emitterade värmestrålningen och förändringen av den reflekterade solstrålningen. Förändringen sedan 2015 är en minskning av solljus som reflekteras av jorden, och därmed en ökning av solstrålning som absorberas av jorden (fig. 5). Denabsorberade solstrålningen under 2015-2019 var 0,99W/m2 större än under kalibreringsperioden (2005-15), och sedan januari 2020 är obalansen ännu större (1,29W/m2). Ökningen av EEI berodde inte på en ökning av solinstrålningen. Tvärtom, under de fem åren 2015-19 minskade solens ljusstyrka med en mängd som minskade den absorberade solstrålningen med cirka 0,15W/m2, följt av en ökning sedan 2020 med cirka 0,2W/m2 (fig. 6, höger skala). Förändringar av havsisområdet påverkar EEI, men havsisförändringarna under det senaste decenniet har varit små, förutom minskningen av havsisen på södra halvklotet under de senaste 2 åren.[6] Hunga Tongas vulkanutbrott i början av 2022 påverkar också de senaste två åren. Jenkins et al[7] uppskattar att vattenånga som injicerades i stratosfären orsakade en liten uppvärmning (+0,12W/m2), men Schoeberl et al[8] fann att den kylande effekten av stratosfäriska aerosoler som injicerades av Hunga Tonga gav en nettokylande effekt, med en topp i mitten av 2022 på cirka -0,5W/m2. I genomsnitt under 2022 kan Hunga Tonga ha varit ca -0,3W/m2, men i dag är den mindre.

Fig. 6. Solinstrålning och klimatpåverkan, där den senare är 0,175 × instrålningsförändring, 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. 7. Absorberad solstrålning för angivna regioner i förhållande till de första 120 månaderna av CERES-data. Södra halvklotet 20-60°S består till 89% av hav. Nordatlanten är (20-60°N, 0-60°W) och norra Stilla havet är (20-60°N, 120-220°W). Datakälla: http://ceres.larc.nasa.gov/order_data.php

Vi drar slutsatsen att även om solens och Hunga Tongas påverkan inte är försumbar, så förklarar de inte den stora, ihållande ökningen av absorberad solstrålning sedan 2015. Den enda kända mekanismen som kan orsaka en så stor ökning är en minskning av molnens albedo. I en annan artikel[9] drog vi slutsatsen att de minskade partikelhaltiga luftföroreningarna under det senaste decenniet borde leda till en sådan minskning av molnens albedo och därmed till att den globala uppvärmningen accelererar under perioden efter 2010. Den tydligaste och förmodligen mest effektiva minskningen av aerosoler beror på de begränsningar av svavelhalten i fartygsbränslen som Internationella sjöfartsorganisationen (IMO) införde i januari 2015 och som skärptes i januari 2020. Förändringen av den globala absorberade solstrålningen tyder på att 2015 års förändring hade störst effekt, men det kan vara missvisande. Moln, och därmed planetens albedo (reflektionsförmåga), har en stor naturlig variabilitet, t.ex. är molnförändringar korrelerade med Pacific Decadal Oscillation (PDO). PDO övergick till sin positiva fas 2015, vilket gynnar minskat molntäcke och ökad global absorption av solstrålning.[10] PDO övergick tillbaka till sin negativa fas 2020 (fig. 8), vilket gynnar ökat molntäcke och minskad absorption av solstrålning. Ändå har EEI efter 2020 ökat (fig. 4), liksom den absorberade solstrålningen (fig. 5).

Slutresultatet är starka indirekta bevis för att en pågående minskning av partikelformiga luftföroreningar håller på att öka jordens absorption av solenergi, vilket bidrar till den globala uppvärmningen av växthusgaser. Vi förutspår en ökning med minst 50 procent av den globala uppvärmningstakten efter 2010, jämfört med 0,18 °C/decennium 1970-2010.[9] Detta är en delbetalning för den faustiska överenskommelse som mänskligheten gjorde när den valde att bygga sina ekonomier på fossila bränslen.[11]

Fig. 8. Pacific Decadal Oscillation.[12]

Fig. 9. Totalsulfat (delar per biljon i volym) och procentandel av totalsulfat från sjöfarten i simuleringar av Jin et al.[13] före IMO:s bestämmelser om svavelhalt i bränslen.

Absorberad solstrålning som mäts av CERES-satellitinstrumenten, tillsammans med IMO:s bestämmelser om fartygens sulfatutsläpp, ger ett annat indirekt sätt att utvärdera aerosoleffekterna. Den andel av de totala sulfatutsläppen som härrör från fartyg är stor i norra Stilla havet och norra Atlanten (fig. 9), så studier av denna region bör bidra till att kvantifiera aerosoleffekten. Fig. 9b tyder på att aerosoleffekten på molnens albedo är stor, även om det behövs en längre registrering för att övervinna det "brus" som beror på molnens naturliga variabilitet.

"Det här är vansinne", måste du säga, "varför mäter ni inte aerosolernas klimatpåverkan i stället för att dra denna slutsats via en detaljerad effekt på EEI och absorberad solenergi?" Bra fråga. Det korta svaret är att vi (den första författaren och andra) försökte, men att vi under vår långa karriär inte kunde övertala NASA att flyga en liten satellit med de två instrument (en polarimeter med hög precision och en infraröd spektrometer) som behövs för att övervaka aerosol- och molnmikrofysik som definierar aerosolens klimatdrivning.[14] Den korta förklaringen är att NASA föredrog stora, långsamma uppdrag för flera miljarder dollar som behövdes för att stödja budgeten för de stora NASA-centren. Lägg därtill en klimatförnekande NASA-administratör som, som ett argt svar på vår envishet, strök första raden i NASA:s uppdragsbeskrivning "Att förstå och skydda hemplaneten."[15]

Det är fortfarande värt att fortsätta övervaka aerosoler och moln med den precision som krävs, men den mest brådskande uppgiften är att säkerställa en fortsättning av CERES eller CERES-liknande övervakning av jordens strålningsbalans. Än så länge finns det inga konkreta planer för hur dessa observationer skall fortsätta på lång sikt. NASA tenderar att se sig själv som en byrå som utvecklar vetenskapliga och instrumentella tekniker, medan långsiktiga observationer bör skötas av andra. Långtidsobservationer är dock klimatvetenskap. Det är mycket viktigt att NASA gör upp planer 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 ske, förändringar som kommer att påverka hela planeten. U.S. National Atmospheric and Oceanic Administration (NOAA) har tillhandahållit en stor del av Argo-floatarna, men många andra nationer bidrar; programmen bör fortsätta sin utveckling.

Utan sådana data kommer vi att flyga blinda in i en framtid fylld av faror. Vi är åtminstone skyldiga unga människor kunskap om vad vi ger oss in på.

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

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

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

[4] Loeb NG, Johnson GC, Thorsen, TJ et al. Satellite and ocean data reveal marked increase in Earth’s heating rate. Geophys Res Lett 2021;48:e2021GL093047

[5] 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

[6] http://www.columbia.edu/~mhs119/SeaIceArea/

[7] Jenkins S, Smith C, Allen M et al. Tonga eruption increase chance of temporary surface temperature anomaly above 1.5°C. Nature Climate Change 2022;13:127-9

[8] Schoeberl M, Schoeberl MR, Wang Y, et al. The estimated climate impact of the Hunga Tonga-Hunga Ha’apai eruption plume 1. Geophys Res Lett (in press).

[9] Hansen J, Sato M, Simons L et al. Global warming in the pipeline. Submitted to Oxford Open Climate Change, we are hopeful that the revised version recently submitted will be approved and published soon.

[10] Loeb NG, Johnson GC, Thorsen, TJ et al. Satellite and ocean data reveal marked increase in Earth’s heating rate. Geophys Res Lett 2021;48:e2021GL093047

[11] Hansen J. Storms of My Grandchildren. ISBN 978-1-60819-502-2. New York: Bloomsbury, 2009

[12] https://www.ncei.noaa.gov/access/monitoring/pdo/

[13] Jin Q, Grandey BS, Rothenberg D et al. Impacts on cloud radiative effects induced by coexisting aerosols converted from international shipping and maritime DMS emissions. Atmos Chem Phys 2018;18:16793-16808

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

[15] Hansen J, Swiftboating, stealth budgeting, and unitary executives. World Watch., 19(6), Nov-Dec, 2006