Globální oteplování máme věřit předpovědím?

Globální oteplování máme věřit předpovědím? prof. Ing. Emil Pelikán,CSc. Ústav informatiky AV ČR, v.v.i. Fakulta dopravní ČVUT v Praze pelikan@cs.cas.cz

Obsah Úvod Klimatický systém Skleníkové plyny Změny průměrné teploty a ostatní změny Jak to bylo v minulosti Klimatické modely Predikce klimatickými modely Závěr

Klimatický systém Vznik klimatického systému - od vzniku atmosféry, tedy přibližně před 4,5 miliardami let. Život na Zemi (biosféra) cca před 3,8 mld. let. Atmosféra i biosféra se vzájemně ovlivňují ve zájemné interakci. Klimatický systém v rámci historie Země není stabilní. Mění se vlivem proměny vnějších podmínek, tedy faktorů, které na něj působí. V rámci systému existuje celá řada zpětných vazeb, které jsou dvojího typu: Pozitivní zpětné vazby, kdy změna jednoho procesu vyvolá odezvu jiného procesu, jehož změna zase zpětně působí na první proces, a to ve stejném směru. Účinek se tak zpětně zesiluje. Příkladem je například tání sněhu a ledu a zahřívání zemského povrchu. Negativní zpětné vazby, fungující opačným způsobem. Změna jednoho procesu vyvolá změnu jiného, který zpětně zase působí na první, avšak opačným, tedy utlumujícím směrem. Příkladem je zalednění oceánu a vnější teplota. Klimatický systém obsahuje množství zpětných vazeb jak negativních, tak pozitivních. Pozitivní vazby se podílejí na proměnách klimatu, negativní ho stabilizují. Klíčové je, že klimatický systém je natolik složitý, že není v možnostech současné vědy ho popsat s takovou přesností, abychom mohli zcela přesně předpovědět jeho další vývoj a to ani ve chvíli, kdy budeme znát přesné působení všech faktorů, které ho ovlivňují.

Obtížnost předpovědi Známe-li funkce f i a dokážeme-li určit hodnotu řídících parametrů, je predikce časového vývoje deterministického systému problém? Příklad (logistického) modelu popisujícího populační vývoj: kde x t je velikost populace, K je saturační. V modelu je zakomponována apriorní informace o tom, že změna velikosti populace je úměrná velikosti populace a dále, že v omezeném prostoru existuje saturační mez. Pro diskrétní krok:

Obtížnost předpovědi Pro x 0 = 0,2, K = 1 a α= 3,8 dostáváme (chaotické chování)

Obtížnost předpovědi

Obtížnost předpovědi Tedy poučení: I když známe přesně model a jeho parametry, nemusí být predikce dostatečně přesná (z důvodů nemožnosti přesně změřit počáteční stav a chaotického chování systému) Závěr: Predikce není nemožná, jen je potřeba si být vědom některých omezení a nutnosti použití speciálních modelů a predikčních technik (postupů).

Klimatický systém Aktivita slunce Vývoj kontinentů a horstev Sopečná činnost Cirkulace vody v oceánech Albedo zemského povrchu Složení atmosféry Činnost člověka FAQ 1.2, Figure 1 Na základě vědeckého badání existuje přesvědčení, že klíčovým faktorem změny klimatu v posledních desítkách let je měnící se složení atmosféry.

Skeníkové plyny Nejpravděpodobnější vysvětlení současné klimatické změny na Zemi. Skelníkový efekt: Skleníkové plyny jsou sloučeniny, které díky svým fyzikálním vlastnostem propouštějí krátkovlnné záření horkých těles a naopak pohlcují dlouhovlnné záření těles chladnějších, čímž sebe a okolí zahřívají. Logicky tedy vyvozujeme, že se atmosféra zahřívá tím více, čím vyšší je v ní množství skleníkových plynů. Odhaduje se, že v současnosti skleníkové plyny zvyšují pozemskou teplotu asi o 33 C oproti stavu, kdyby nebyly žádné. To je pro nás pozitivní, neboť bez nich by celá Země byla zamrzlá. Skleníkové plyny seřazené podle radiační účinnosti (W/m 2 ) důležitosti jsou: vodní pára oxid uhličitý methan oxid dusný, freony a různé vzácné plyny.

Skleníkové plyny -koncentrace CO 2

Koncentrace CO 2

Koncentrace skleníkových plynů

Koncentrace skleníkových plynů CH 4 Košetice

Skleníkové plyny radiační účinnost

Změny průměrné teploty

Ostatní změny

Úbytek ledu v Arktidě 1979-1982 2003-2005

Ústup ledovců v Kanadě

Vysychání jezer v Číně Inner Mongolia 11.7.2014

Jak to bylo v minulosti? Historická měření cca od r. 1700 1752 Klementinum, úplná měření od r. 1775

Jak to bylo v minulosti? Dále do historie - proxy data změny koncentrace izotopů vodíku a kyslíku v ledu z vrtů v ledovcích změny koncentrace izotopu berylia ( 10 Be) v sedimentech pylové analýzy v neporušené půdě (dominantní druhy rostlin) charakteristiky letokruhů stromů chemické složení korálů analýza sedimentů na březích a dnech jezer změny v růstu krápníků analýza fosilních půd historické údaje (kroniky)

Jak to bylo v minulosti? Měření s ledovcových vrtů CO 2 koncentrace v období od 650,000 lety do současnosti, měření z ledovcových vrtů

Jak to bylo v minulosti? Rekonstrukce vývoje teploty na Zemi na základě vrtů v antarktickém ledovci během posledních 450 000 let a mocnosti ledovce. Vzestup teploty v posledním století není zachycen, poslední viditelný teplotní skok na obrázku je konec poslední doby ledové před 10 000 lety. Zdroj: www.globalwarmingart.com

Jak to bylo v minulosti? Teplota na Zemi od konce poslední doby ledové, tj. za posledních 12 000 let podle různých modelů s vyznačením aktuálního stavu globální teploty. Zdroj: www.globalwarmingart.com

Jak to bylo v minulosti? Rekonstrukce vývoje teploty v posledních 2000 letech dle různých modelů s vyznačením teplé středověké periody, malé doby ledové i aktuálního stavu. Zdroj: www.globalwarmingart.com

Co nás čeká? Přijde Arktida o ledovou pokrývku? Roztají nám ledovce? Stoupne hladina světového oceánu? Zaplaví nás oceán? Zemřeme na tropické nemoci? Čekají nás velké přírodní katastrofy? Nebude dost vody ani potravin? Budou ohroženy ekosystémy Země? Probudíme sopky k životu? Co s tím? Máme zachycovat CO2, popř. metan? Máme klast důraz na obnovitelné zdroje energie?..

Socioekonomické aspekty KLIMA Proces rozhodování (decision making)

Klimatické modely Klimatické modely jsou založeny na řešení soustavy diferenciálních rovnic popisujících základní fyzikální i chemické procesy probíhající v klimatickém systému. Současné klimatické modely zahrnují model atmosféry, oceánu, kryosféry, blok popisující procesy na zemském povrchu, uhlíkový cyklus na pevnině a v oceánech a atmosférickou chemii. Na rozdíl od numerických modelů počasí kladou větší důraz na zákony zachování hmoty, energie a hybnosti a menší důraz na vliv počátečních podmínek. Numerické řešení probíhá na výkonných počítačích s mnoha procesory (superpočítačích).

Klimatické modely 1990 10 atm. hladin, 1 v oceánu 1996 2001 2007 38 atm. hladin, 40 v oceánu Figure 1.4

Klimatické modely desítky klimatických modelů testují se na měřených i proxy datech různé parametrizace multimodelové a ensemblové a předpovědi použití scénářů

Klimatické modely multimodelové predikce V komplexních systémech máme možnost vytvářet více modelů s přibližně stejnou výkonností.

Klimatické modely ensemblové predikce V komplexních systémech máme možnost vytvářet více informačně přínosných predikcí zašuměním počátečních podmínek.

Klimatické modely - scénáře Reprezentativní směry vývoje koncentrací (RCP) - anglicky Representative Concentration Pathways (RCPs) Jsou označeny podle přibližného celkového radiačního působení v roce 2100 v porovnání s rokem 1750: RCP2.6 2.6 W.m -2 RCP4.5 4,5 W.m -2 RCP6.0 6,0 W.m -2 RCP8.5 8.5 W.m -2 Většina simulací byla provedena s předepsanými koncentracemi CO2 ve výši 421 ppm (RCP2.6), 538 ppm (RCP4.5), 670 ppm (RCP6.0) a 936 ppm (RCP 8.5) k roku 2100.

Předpovědi klimatickými modely

Závěry panelu IPCC 2013 Oteplování klimatického systému je nepochybné a od padesátých let minulého století nemá řada pozorovaných změn obdoby po celá desetiletí až tisíciletí. Atmosféra a oceán se oteplily, množství sněhu a ledu kleslo, hladina oceánu stoupla Lidský vliv na klimatický systém je evidentní. Je to zřejmé z rostoucí koncentrace skleníkových plynů v atmosféře, kladného RF, pozorovaného oteplení a pochopení klimatického systému. Je extrémně pravděpodobné, že vliv člověka byl dominantní příčinou pozorovaného oteplení od poloviny 20. století Změna průměrné globální teploty při povrchu na konci 21. století pravděpodobně překročí 1,5 C v porovnání s obdobím let 1850 až 1900 podle všech scénářů RCP s výjimkou RCP2.6. Oteplování bude pokračovat i po roce 2100 podle všech scénářů RCP s výjimkou RCP2.6. Oteplování bude i nadále vykazovat variabilitu mezi jednotlivými roky a dekádami a nebude stejné ve všech oblastech

Závěry (z pohledu predikčního experta) Globální oteplování je složitý proces s předvídatelnými i méně předvídatelnými důsledky, který stále lépe poznáváme. Bez sofistikovaných predikčních modelů a predikčních technik by nebylo možné chování klimatu předpovídat. Je to to nejlepší, co v současné době máme. Při předpovídání vždy existuje nejistota