Имперский колледж Лондона Имперский колледж Лондона

Институт Грэнтэма — Изменение климата и окружающая среда

• Дом
• Институт Грэнтэма — Изменение климата и окружающая среда
• Ресурсы
• Часто задаваемые вопросы об изменении климата: причины, последствия и действия
• Откуда мы знаем, что происходит изменение климата?

Откуда мы знаем, что происходит изменение климата?

Несколько независимых наборов данных показывают, что средняя температура поверхности Земли повысилась примерно на 1,1 °C с начала промышленной революции в 1850 году. Эта историческая тенденция глобального потепления является четким сигналом того, что антропогенные выбросы парниковых газов меняют климат планеты. Но почему именно это происходит?

В этом разделе объясняется, что такое эффект парниковых газов и что он говорит нам о воздействии антропогенных выбросов на планету; то, как ученые знают природные явления, такие как солнце или цикл Эль-Ниньо, не может объяснить изменение климата; и почему люди вызывают атмосферный CO₂ достичь более высоких уровней, чем когда-либо за последние несколько миллионов лет.

Часто задаваемые вопросы

Откуда мы знаем, что глобальные температуры растут?

Мы знаем, что глобальные температуры повышаются, потому что несколько независимых наборов данных, составленных из прямых измерений температуры поверхности Земли, показывают, что глобальные средние температуры повысились примерно на 1,1°C с 1850 года [1].

Это потепление не происходило гладко, так как год от года наблюдаются небольшие колебания. Климатическая система сложна, и парниковые газы — не единственный фактор, влияющий на изменение температуры. В дополнение к влиянию деятельности человека на климат большое количество энергии естественным образом перемещается внутри климатической системы, особенно между атмосферой и океаном. Это влияет на глобальные температуры в течение нескольких лет, создавая временные более теплые или более холодные периоды, например, во время явлений Эль-Ниньо.

Однако долгосрочная картина температуры с 1850 года ясна.Историческая тенденция к потеплению атмосферы, наблюдаемая в течение последних 150 лет, примечательна и значительно больше, чем можно объяснить естественными вариациями.

Причину этого повышения температуры можно физически объяснить увеличением содержания CO в атмосфере.₂ концентрации, сопровождающие его. Они выросли с 280 частей на миллион примерно в 1850 году до более чем 400 частей на миллион сегодня. Это явный признак того, что выбросы парниковых газов человеком ответственны за повышение глобальной температуры. Естественные климатические процессы не могли вызвать столь быстрое и продолжительное повышение температуры поверхности [2] .

Мы можем быть уверены в данных. Научные процессы измерения исторических и современных изменений температуры стали более совершенными, и ученые регулярно проводят тщательные проверки качества, чтобы убедиться, что их наблюдениям можно доверять и сравнивать их с течением времени.

Это включает в себя внесение поправок во временные ряды записей температуры для учета изменений в местоположении или окружающей среде станции наблюдения или изменений в методах измерения исторических записей температуры. Этот мониторинг дает нам уверенность в том, что повышение глобальной температуры связано с деятельностью человека после промышленной революции, когда сжигание ископаемого топлива привело к выбросу в атмосферу огромных количеств парниковых газов.

использованная литература

[1] МГЭИК, 2021 г.: Резюме для политиков. В: Изменение климата 2021: Основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Массон-Дельмотт, В., П. Чжай, А. Пирани, С. Л. Коннорс, К. Пеан, С. Бергер, Н. Кауд, Ю. Чен, Л. Гольдфарб, М. И. Гомис, М. Хуанг, К. Лейцель, Э. Лонной, Дж.Б.Р. Мэтьюз, Т. К. Мэйкок, Т. Уотерфилд, О. Елекчи, Р. Ю и Б. Чжоу (ред.)]. Издательство Кембриджского университета. Под давлением.

[2] МГЭИК. (2013): Резюме для политиков. В: Изменение климата 2013: Основы физических наук.Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Stocker, T.F. et al. (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США
А

Как люди вызвали повышение глобальной температуры?

Ученые используют сочетание подходов для оценки того, как деятельность человека вызвала изменение климата и историческое повышение температуры примерно на 1,1 ° C с 1850 года. Одним из методов является фундаментальное физическое понимание эффекта парниковых газов.

Ученые начали понимать парниковый эффект с 1820-х годов, когда они поняли, что присутствие атмосферных газов нагревает поверхность Земли. Парниковые газы позволяют большей части солнечной радиации проходить через атмосферу и достигать поверхности Земли, но затем мешают тепловому излучению, испускаемому теплой поверхностью, возвращаться обратно в космос. Благодаря этому процессу CO₂ и другие парниковые газы повышают среднюю температуру поверхности Земли с -18°C, которая была бы без атмосферы, примерно до +14°C [1] .

СО₂ является мощным парниковым газом, который, однажды выброшенный в атмосферу, остается и влияет на климатическую систему на протяжении столетий. Деятельность человека привела к увеличению уровня выбросов CO.₂ с начала промышленной революции. Поскольку концентрации CO₂ и другие парниковые газы, такие как метан, увеличиваются в атмосфере, они удерживают больше тепла и еще больше повышают температуру поверхности. Это вызывает глобальное потепление.

Чтобы понять влияние деятельности человека на естественные колебания климатической системы, ученые используют сложные компьютерные модели. Эти модели рассчитывают температуру, ветер, влажность и другие метеорологические параметры, которые являются частью естественной климатической системы. Сравнение результатов моделей, учитывающих только естественные факторы, с моделями, учитывающими деятельность человека, ясно показывает, что люди вызвали изменение климата.Модели показывают изменение температуры только в соответствии с наблюдаемым потеплением, когда они включают выбросы в результате деятельности человека [2] .

Это проясняет, что парниковые газы, выбрасываемые в результате деятельности человека, такой как промышленность, транспорт и сельское хозяйство, являются основной причиной глобального потепления с 1850 года.

использованная литература

[1] Эндрюс, Д. Р. (2000). Введение в физику атмосферы . Издательство Кембриджского университета, Кембридж.

[2] МГЭИК (2013 г.). Изменение климата 2013: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк

Как природные факторы влияют на климат? Могут ли они объяснить изменение климата?

На мировой климат влияет множество различных природных процессов, которые оказывают различное воздействие на протяжении времени. Они часто на короткое время влияют на глобальную температуру поверхности и делают некоторые периоды либо теплее, либо холоднее. Однако ни один из этих природных факторов не может объяснить долгосрочную тенденцию глобального потепления, которую мы наблюдаем с 1850 года и наблюдаем сегодня [1].

Известно, что извержения вулканов влияют на климатическую систему. Они выбрасывают аэрозоли в верхние слои атмосферы, которые могут временно блокировать солнечный свет и, таким образом, снижать температуру поверхности. Ярчайший пример этого эффекта — мощное извержение вулкана Тамбора в 1815 году, которое привело к так называемому «году без лета». Однако эффект длился всего несколько лет. Это будет иметь место и в случае любых новых извержений вулканов. Хотя вулканы также выделяют некоторое количество CO₂, количество незначительно по сравнению с CO₂ выбросы от деятельности человека после индустриализации.

Океаны также распределяют огромное количество тепла по всему миру. Каждые несколько лет у западного побережья Южной Америки теплая вода из-под поверхности океана поднимается наверх и изливает тепло в атмосферу; это явление известно как явление Эль-Ниньо.Это атмосферное тепло влияет на среднюю температуру всей планеты, а это означает, что самые теплые годы за всю историю наблюдений часто связаны с циклом Эль-Ниньо. Однако явления Эль-Ниньо не объясняют тенденции к потеплению средней глобальной температуры за последнее столетие — они лишь временно повышают глобальные температуры на небольшую долю градуса.

Солнце обеспечивает всю энергию для климата Земли. Это означает, что любые изменения в его радиационном выходе также могут сильно повлиять на глобальную температуру атмосферы и океана. Ученые измеряли солнечное излучение с помощью спутников в течение последних сорока лет и изучали показатели солнечной активности за гораздо более длительные периоды в геологических данных. Эти данные показывают нам, что по крайней мере за последние 10 000 лет энергия Солнца изменилась менее чем на одну десятую процента. Этого достаточно, чтобы вызвать колебания глобальной температуры примерно на 0,1°C, но это не может объяснить глобальное потепление примерно на 1°C за последнее столетие [2] .

Эти различные природные факторы играют роль в охлаждении или нагревании планеты в течение относительно коротких периодов времени, таких как месяцы и годы. Они не могут объяснить тенденцию к потеплению в прошлом веке. Это можно объяснить только влиянием выбросов парниковых газов человеком.

Рисунок: Разница глобальной температуры со средним значением 1890-1919 гг.

использованная литература

[1] МГЭИК (2013 г.). Изменение климата 2013: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк

[2] Виейра, Л.Е.А. и др. (2011). Эволюция солнечной радиации в голоцене. Астрономия и астрофизика 531, А6

Что определяет, насколько чувствительна температура поверхности планеты к увеличению выбросов парниковых газов?

«Чувствительность климата» — это то, как глобальные температуры реагируют на увеличение содержания CO.₂ в атмосфере.Это помогает нам понять, насколько повысится температура в ответ на выбросы в результате деятельности человека. В настоящее время ученые подсчитали, что климат нагревается примерно на 1,5–4,5 °C каждый раз, когда концентрация CO₂ в атмосфере удваивается [1] .

Понимание этой чувствительности принимает во внимание другие процессы, которые могут еще больше усилить или ослабить реакцию климата на потепление после увеличения содержания CO.₂. Например, по мере нагревания атмосферы содержание в ней водяного пара увеличивается. Поскольку водяной пар также является парниковым газом, он сильно увеличивает повышение температуры, которое может произойти из-за повышенного уровня CO.₂ один. Это пример того, как процессы положительной обратной связи усиливают реакцию климата на потепление из-за увеличения содержания CO.₂ и сделать последствия более серьезными.

Облака также играют важную роль в формировании того, как температура поверхности Земли реагирует на увеличение содержания CO в атмосфере.₂. Густые яркие облака, лежащие над океаном, особенно в тропиках, усиливают отражение солнечного света обратно в космос, что охлаждает планету. Однако тонкие, высокие ледяные облака действуют как парниковые газы и задерживают тепло. Ожидается, что с усилением потепления облачное отражение солнечного света уменьшится, а парниковый эффект облаков усилится. Эти изменения указывают на то, что облака играют важную роль в усилении эффекта глобального потепления, хотя их точное влияние остается неопределенным.

Другой важный процесс, влияющий на чувствительность климата, касается ледяных шапок, морского льда и ледников. Своими белыми яркими поверхностями, заснеженными участками они отражают солнечный свет от Земли и охлаждают ее. Однако по мере повышения температуры в таких местах, как Арктика, снег и лед тают. По мере того, как снежный покров уменьшается, он обнажает воду или землю, которые, будучи более темными и менее отражающими, поглощают больше солнечного света. Это еще одна положительная обратная связь, усиливающая глобальное потепление [2] .

использованная литература

[1] МГЭИК. (2013): Резюме для политиков.В: Изменение климата 2013: Основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Stocker, T.F. et al. (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США

[2] МГЭИК. (2013). Изменение климата 2013: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк

Климат меняется не в первый раз. Откуда мы знаем, что мы не просто находимся в естественном цикле между ледниковыми периодами?

Ледниковые периоды происходят, когда CO₂ уровни в атмосфере составляют около 180 частей на миллион. Циклические более теплые периоды между ледниковыми периодами, известные как межледниковые периоды, происходят при концентрации около 280 частей на миллион. Так было во всех циклах ледникового периода за последние 800 000 лет; на самом деле, поскольку у ученых есть измерения ледяных кернов. Однако сегодня выбросы в результате деятельности человека вызвали выбросы CO в атмосферу.₂ уровни достигают около 410 частей на миллион; намного выше уровня естественного теплого периода в течение этих 800 000 лет, и он все еще растет.

Ледниковые периоды вызываются и ускоряются изменениями поступающей солнечной радиации, поскольку изменения орбиты Земли меняют способ распределения солнечной энергии. В Северном полушарии разница между летней и зимней инсоляцией — количеством солнечного света, достигающего Земли — изменяется в течение циклов в 100 000, 40 000 и 21 000 лет. Когда летнее солнечное излучение уменьшается, летнее потепление не может растопить снег, накопившийся за предыдущую зиму. Это запускает процесс, ведущий к ледниковому периоду, который в последний раз происходил на Земле около 20 000 лет назад.

Эти естественные вариации солнечной радиации малозаметны, и ученые знают, что они слишком слабы, чтобы построить ледниковый период сами по себе.Однако их эффект усиливается петлями обратной связи, которые делают их сильнее. Например, когда поверхность Земли становится белой из-за увеличения снежного и ледяного покрова, она становится более отражающей и, таким образом, еще больше охлаждает планету. Изменение CO₂ Уровни также являются важным контуром обратной связи при создании Ледникового периода. Часть этой петли обратной связи связана с изменениями количества CO.₂ запасы океана.

По мере охлаждения полярных океанов они становятся более продуктивными. Это связано с тем, что более холодная поверхностная вода обладает меньшей плавучестью, чем теплая вода, и поэтому богатые питательными веществами подземные воды «поднимаются» в поверхностный слой воды — «освещенную солнцем зону». Богатая питательными веществами вода поглощает больше атмосферного CO₂ в раковины и кости морских существ и растений. Это уменьшает количество CO.₂ в атмосфере и еще больше усиливает охлаждение Земли. По мере того как орбита Земли вокруг Солнца смещается, а лето становится теплее, лед начинает таять, и происходит обратный процесс, приводящий к глобальному потеплению.

Темпы сегодняшнего роста CO₂ уровней в атмосфере происходит намного быстрее, чем при любом ледниковом цикле. Только за последние 60 лет выбросы в результате деятельности человека с использованием ископаемого топлива вызвали выбросы CO₂ уровни увеличиваются примерно на 100 частей на миллион, в результате чего мы достигаем 410 частей на миллион. Потребовалось 10 000 лет для CO₂ уровни вырастут на 100 частей на миллион естественным образом после последнего ледникового периода.

Количество CO₂ в атмосфере также выше, чем в любой другой момент в истории человечества. В последний раз в мире был CO₂ концентрация 410 частей на миллион была между 5,0–3,5 миллионами лет назад, когда мир был на 3–4 градуса теплее, чем сегодня. Гренландия и Западная Антарктида были свободны ото льда, а уровень моря был на 15–20 метров выше, чем сегодня.

[Изображение НАСА/Кэтрин Хансен, лицензия CC BY 2.0]