Citlivost klimatu popisuje, jak citlivé je globální klima na změnu bilanWce toků energie tropopauzou dolů a vzhůru (tedy na radiační působení). Například víme, že v případě, že se množství oxidu uhličitého (CO₂) v zemské atmosféře zdvojnásobí z pre-industriální úrovně 280 ppm (počet částic na milion) až na 560 ppm, způsobí to energetickou nerovnováhu tím, že se ztíží průchod dlouhovlnného infračerveného záření vzhůru troposférou natolik, že by se jen tím povrch ohřál asi o 1,2 °C. Tak málo by to ale bylo pouze bez započtení zpětných vazeb, např. tání ledu a obecně takových změn planety, že odráží méně slunečního záření, a toho, že teplejší atmosféra obsahuje více vodních par (což je další skleníkový plyn).

Citlivost klimatu je údaj popisující, jak moc se planeta ohřeje, když započítáme různé zpětné vazby ovlivňující globální klima. Příslušná rovnice je:

dT = λ * dF

kde dT je změna v průměrné teplotě zemského povrchu, λ je citlivost klimatu, obvykle s jednotkami v kelvinech nebo ve stupních Celsia na watty na čtvereční metr (K / (W m^-2)), a dF je radiační působení, které je podrobněji popsáno ve článku vyvracejícím argument, že „účinek CO₂ je slabý“ (v pokročilé verzi).

Citlivost klimatu se nevztahuje jen na CO₂

Je důležité si uvědomit, že změna povrchové teploty je úměrná citlivosti a radiačnímu působení (ve W m^-2) bez ohledu na zdroj energické nerovnováhy. Citlivost klimatu na různá radiační působení se liší v závislosti na účinnosti daného radiačního působení, ale klima není výrazně více citlivé na radiační působení dalších faktorů než na radiační působení skleníkových plynů.

Popis z AR4: Figure 2.19. Efficacies as calculated by several GCM models for realistic changes in RF agents. Letters are centred on efficacy value and refer to the literature study that the value is taken from (see text of Section 2.8.5 for details and further discussion). In each RF category, only one result is taken per model or model formulation. Cloud-albedo efficacies are evaluated in two ways: the standard letters include cloud lifetime effects in the efficacy term and the letters with asterisks exclude these effects. Studies assessed in the figure are: a) Hansen et al. (2005); b) Wang et al. (1991); c) Wang et al. (1992); d) Govindasamy et al. (2001b); e) Lohmann and Feichter (2005); f) Forster et al. (2000); g) Joshi et al. (2003; see also Stuber et al., 2001a); h) Gregory et al. (2004); j) Sokolov (2006); k) Cook and Highwood (2004); m) Mickley et al. (2004); n) Rotstayn and Penner (2001); o) Roberts and Jones (2004) and p) Williams et al. (2001a). 

Obrázek 1: Účinky různých radiačních působení, jak jsou vypočítány v mnoha různých studiích (IPCC 2007, Fyzikální základy, kapitola 2, 2.8.5 Efficacy and Effective Radiative Forcing)

Jinými slovy, pokud někteří tvrdí, že citlivost zemského klimatu na CO₂ je nízká, obhajují také nízkou citlivost klimatu na jiné vlivy jako jsou sluneční záření, orbitální změny a vulkanické emise. Ve skutečnosti, jak je znázorněno na obr.1, klima je méně citlivé na změny sluneční aktivity než na změny obsahu skleníkových plynů. Takže pokud někdo argumentuje nízkou citlivostí klimatu, vysvětlit minulé klimatické změny se stává obtížné. Například střídáním dob ledových a meziledových se průměrná teplota planety měnila o 6 °C ( v Antarktidě spíše o 8-10 °C). Pokud by citlivost klimatu byla opravdu tak nízká (například v důsledku zvýšení rozlohy nízko ležící oblačnosti vyvolaného globálním oteplením a tím zvýšenému odrážení slunečního záření), jak potom vysvětlit takto velké změny klimatu v minulosti?

Obrázek 2: Antarktické teplotní změny za posledních 450 000 let odvozené z ledových vrtných jader

Jaký je možný rozsah citlivosti klimatu?

Čtvrtá hodnotící zpráva IPCC shrnula klimatickou citlivost slovy, že se „pravděpodobně nachází v rozmezí 2 °C až 4,5 °C s nejlepším odhadem kolem 3 °C a že je velmi nepravděpodobné, že by byla nižší než 1,5 °C. Hodnoty podstatně vyšší než 4,5 °C nelze vyloučit, ale jejich pravděpodobnost je nízká.“

Jednotlivé studie udávají citlivost klimatu na zdvojnásobení CO₂ kdekoliv mezi 0,5 °C a 10 °C, ale díky stále lepším údajům se zdá, že extrémně vysoké a nízké hodnoty jsou velmi nepravděpodobné. Jak se klimatická věda v průběhu času rozvinula a pokročila, odhady se přibližují k hodnotě kolem 3 °C. Souhrn nedávných studií o citlivosti klimatu lze nalézt zde.

Závěr studie vedené Stefanem Rahmstorfem zní takto: „Několika výzkumnými klimatologickými centry po celém světě bylo vyvinuto mnoho velmi vylepšených modelů. Současné klimatické modely se se pohybují v rozmezí 2,6 až 4,1 °C, většina s kupí kolem 3 °C“ (Rahmstorf 2008). Několik studií udává spodní hranici klimatické citlivosti zhruba 1,5 °C, na druhé straně několik dalších zjistilo, že citlivost vyšší než 4,5 °C nelze vyloučit

Studie z roku 2008 pod vedením Jamese Hansena zjistila, že citlivost klimatu na „rychlé zpětné vazby“ je 3 °C, ale pokud se jedná o zpětné vazby probíhající delší dobu (např. rozpad ledových příkrovů, vegetační migrace a uvolňování skleníkových plynů z půdy, tundry nebo oceánu), tak pokud CO₂ v atmosféře zůstává na dvojnásobné úrovni, citlivost se podle paleoklimatických dat zvyšuje na 6 °C.

Jaké jsou limity hodnoty citlivosti klimatu?

Paleoklima

To, čím jsou hodnoty citlivosti limitovány především, je skutečnost, že musí být v souladu s paleoklimatickými údaji. Citlivost, která je příliš nízká, bude v rozporu s dřívějšími klimatickými změnami – kdyby existovala nějaká silná negativní zpětná vazba, která by citlivost příliš snižovala, tak by například zamezila přechodům planety z dob ledových k dobám meziledovým. Stejně tak příliš vysoká klimatická citlivost by naopak způsobila více klimatických změn v minulosti a změny by byly větší.

Jedna nedávná studie zkoumající teplotní maximum (PETM) v období na rozmezí paleocénu a eocénu (před asi 55 milióny lety), během níž se planeta oteplila o 5-9 °C, zjistila, že „U přijatých hodnot pro citlivost klimatu na zdvojnásobení atmosférické koncentrace CO₂, může tento nárůst CO₂, jak jej ukazují proxy data, vysvětlit pouze oteplení jen o 1 až 3,5 °C“ (Zeebe 2009). To naznačuje, že klimatická citlivost může být vyšší, než si v současné době myslíme, a že pravděpodobně není nižší.

Nedávné reakce na velké sopečné výbuchy

Klimatičtí vědci se také pokoušeli odhadnout citlivost klimatu na základě odpovědí planety na nedávné velké sopečné erupce, například Mount Pinatubo v roce 1991. Wigley et al. (2005) došli k závěru, že:

„Ze srovnání pozorovaných a modelovaných ochlazení po erupcích Agung, El Chichón a Pinatubo plyne klimatická citlivost, která je v souladu s rozsahem citlivosti dle Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) 1,5 °C – 4,5 °C. Ochlazení spojené s Pinatubem naznačuje, že citlivost musí být nad dolní hranicí IPCC 1,5 °C, a žádná z pozorovaných erupčních odezev nevylučuje citlivost nad 4,5 °C.“

Podobně, Forster et al. (2006) dospěl k těmto závěrům:

"Hodnota klimatické zpětné vazby vychází jako (2,3 ± 1,4) W m^-2 K^-1. To odpovídá rozsahu 1.0 K až 4.1 K pro oteplování po dosažení rovnováhy v důsledku zdvojnásobení oxidu uhličitého."

Nedávné reakce na 11-letý sluneční cyklus

Tung a Camp (2007) poznamenali, že

„Roční nárůst radiačního působení ve spodních vrstvách atmosféry během přechodu ze slunečního minima na maximum je vlastně blízký 1% ročnímu nárůstu radiačního působení skleníkových plynů, běžně používaného ve scénářích emisí skleníkových plynů [Houghton a et al., 2001]. Je tak zajímavé porovnat velikosti a strukturu pozorované reakce na sluneční cyklus s časným oteplením, které lze očekávat vlivem nárůstu koncentrací skleníkových plynů během pěti let.“

Tung a Camp tak dokázali použít satelitní sluneční data za 4,5 cyklu k výpočtu klimatické citlivosti, která vyšla 2,3 °C – 4,1 °C pro zdvojnásobení CO₂, a to nezávisle na modelech klimatu.

Ostatní empirická pozorování

Gregory et al. (2002) používají pro odhad klimatické citlivosti pozorování teplotních změn uvnitř oceánů, povrchových teplotních změn naměřených od roku 1860 a odhady antropogenního a přírodního radiačního působení na klimatický systém. Dospěli k závěru, že:

„Získáme 90% interval spolehlivosti, jehož dolní mez (5. percentil) je 1,6 K. Medián je 6,1 K, tedy nad běžně udávaným rozmezím 1,5 K – 4,5 K; modus (hodnota, která se vyskytuje nejčastěji) je 2,1 K.“

Zkoumání projekcí teploty v minulosti

V roce 1988 klimatolog NASA Dr. James Hansen dokončil průkopnickou studii, ve které vytvořil globální klimatický model, který počítá budoucí oteplování na základě tří různých scénářů emisí CO₂ označených A, B a C (Hansen 1988). Nyní, po více než 20 letech, jsme schopni Hansenovi projekce přezkoumat.

Hansenův model předpokládá poměrně vysokou citlivost klimatu na úrovni 4,2 °C při zdvojnásobení CO₂. Jeho scénář B byl realitě nejblíže – skutečné celkové radiační působení je asi o 10 % vyšší než v tomto emisním scénáři. Trend oteplování od roku 1988 do 2010 předpovězený v tomto scénáři byl 0,26 °C za desetiletí, zatímco nárůst naměřené teploty za toto období byl přibližně 0,18 °C za desetiletí, tedy o 40 % nižší než v případě scénáře B.

Co nám tedy Hansenovy modely a skutečná pozorování říkají je, že citlivost klimatu je o 40 % nižší než 4,2 °C neboli kolem 3 °C při zdvojnásobení atmosférického CO₂. Pro další podrobnosti se podívejte na rozšířené vyvrácení důkazů, že "Hansenova předpověď z roku 1988 byla mylná."

Analýza pravděpodobnostních odhadů

Annan a Hargreaves (2009) vyšetřovali různé pravděpodobnostní odhady citlivosti klimatu, z nichž mnohé navrhly „znepokojivě vysokou pravděpodobnost“ (vyšší než 5 %), že klimatická citlivost je při zdvojnásobení CO₂ vyšší než 6 °C. S využitím bayesovského statistického přístupu dospěla tato studie k závěru, že

„dlouhý, jen pomalu klesající horní okraj rozdělení, který je charakteristický pro všechny nedávné odhady klimatické citlivosti, tímto postupem vymizí, takže horní 95% limit pravděpodobnosti... pak jednoduše ukazuje polohu v blízkosti 4 °C a určitě pod 6 °C.“

Annan a Hargreaves uzavírají, že klimatická citlivost na zdvojnásobení CO₂ v atmosféře je pravděpodobně blízko 3 °C, může být i vyšší, ale s největší pravděpodobností není o moc nižší.

Obrázek 3: Příklad rozdělení pravděpodobnosti citlivosti klimatu na zdvojnásobení CO2 v atmosféře

Souhrn těchto výsledků

Knutti a Hegerl (2008) představují ucelený, stručný přehled našeho vědeckého chápání klimatické citlivosti. Ve své práci představují obrázek, který elegantně vystihuje, jak různé metody pro odhad citlivosti klimatu zkoumající různá časová období přinesly konzistentní výsledky, jak ukazuje studie popsaná výše. Jak můžete vidět, různé metody jsou obecně v souladu s rozmezím 2 °C – 4.5 °C, s tím, že existuje několik metod, které ponechávají možnost nižších hodnot, ale i několik metod neschopných vyloučit hodnoty vyšší.

Obrázek 4: Rozdělení a rozpětí citlivosti klimatu podle různých postupů. Kroužek označuje nejpravděpodobnější hodnotu. Široké pruhy označují pravděpodobnou hodnotu (s vyšší než 66% pravděpodobností). Úzké pruhy označují nejširší rozmezí pravděpodobných hodnot (existuje více než 90% jistota, že skutečná hodnota spadá do tohoto rozpětí). Přerušované čáry značí, že neexistuje žádná pevně stanovitelná horní hranice rozpětí. Pravděpodobný rozsah (2 °C – 4,5 °C) podle IPCC je označen vertikálním šedým pruhem a nejpravděpodobnější hodnota (3 °C) černou čarou.

Co to všechno znamená?

Podle studie MIT z roku 2009 nám v současné době zbývá pouhý krok k dosažení tohoto zdvojnásobení atmosferického CO₂ ve 2.pol. 21. století.

Obrázek 5: Projektovaný desetiletý průměr koncentrace CO₂. Červené plné čáry jsou medián a percentily 5 % a 95 % pro studii MIT 2009, přerušované modré čáry jsou to stejné pro projekci MIT z roku 2003.

Takže pokud nezměníme běh vývoje, budeme během 21. století svědky prudkého oteplování. Většina vědců zabývajících se klimatem souhlasí s tím, že 2 °C oteplení je „hranice ohrožení“. Obrázek 6 ukazuje nárůst teploty pro danou úroveň CO₂. Tmavě šedá plocha znázorňuje pravděpodobný rozsah klimatické citlivosti 2 °C až 4,5 °C.

Obrázek 6: Vztah mezi atmosférickou koncentrací CO₂ a klíčovými dopady spojenými nárůstem globální teploty po dosažení rovnováhy. Nejpravděpodobnější oteplení je vyznačeno pro klimatickou citlivost 3 °C (černá čára). Pravděpodobný rozsah (tmavě šedá oblast) je pro citlivost klimatu 2 °C až 4,5 °C. Vybrané klíčové dopady (některé zpožděné) pro celou řadu odvětví a různé teploty jsou uvedeny v horní části obrázku (Knutti a Hegerl 2008).

Pokud se nám podaří stabilizovat koncentrace CO₂ na úrovni 450 ppm (atmosférická koncentrace CO₂ ke konci roku 2010 byla 390 ppm), máme podle nejlepšího odhadu menší než 50% pravděpodobnost, že nepřesáhneme cíl zabránit oteplení většímu než o 2 °C. Klíčové dopady spojené s oteplením o 2 °C lze vidět v horní části obr. 6. Těsné omezení spodní hranice klimatické citlivosti signalizuje, že hledíme vstříc významnému oteplování v příštích desetiletích.

Jak to popisují vědci v RealClimate,

„Globální oteplení o 2 °C by učinilo Zemi teplejší, než tomu bylo po miliony let, způsobilo by rozvrat klimatických podmínek, které byly stabilní po dobu delší, než je historie lidského zemědělství. Vzhledem k suchu, které již postihuje Austrálii, rozpadu mořského ledu v Arktidě a nárůstu škod z bouří již při zvýšení teploty o pouhých 0,8 °C, které doposud nastalo, nám připadá označovat až 2 °C za hranici ohrožení... poněkud benevolentní.“

(Verze argumentu Advanced. Překlad Zlatuše Procházková, úpravy a zveřejnění Jan Hollan.)