Skąd wzięły się rekordowo wysokie temperatury w latach 2023 i 2024? Co mają z tym wspólnego El Nino, erupcja Hunga Tonga i ograniczenie zanieczyszczeń związanych z transportem morskim? W jakim stopniu dołożyły się zmiany w zachmurzeniu (albedo Ziemi) i natężeniu promieiowania słonecznego?
Pomimo przewidywań że rok 2025 będzie istotnie chłodniejszy niż poprzednie lata 2023 i 2024 na razie znaczącego spadku temperatur nie widać. Uważano tak, bo często po silnym El Nino chłodna La Nina obniżała globalna anomalię temperatury, tymczasem La Nina jest jak na razie słaba, a temperatury powierzchni oceanów utrzymują się na poziomie ostatnich lat (więcej o tych zjawiskach przeczytasz w artykule Pięć pytań o ENSO).
Rekordowe temperatury 2023 – 2024
Mało kto spodziewał się, że średnia globalna temperatura osiągnie aż tak wysokie wartości i że potrwa to tak długo. Według analizy Światowej Organizacji Meteorologicznej WMO, uśredniającej sześć różnych zestawów danych, globalna anomalia temperatury osiągnęła w 2023 roku poziom 1,45 stopnia Celsjusza ponad średnią 1850-1900 (w przybliżeniu odzwierciedlającą okres przedindustrialny, WMO 2024) a w 2024 (WMO,2025) – aż o 1,55 stopnia Celsjusza ponad średnią przedindustrialną. Dwa poprzednie w kolejce lata to 2016 (1,29 °C) oraz 2020 (1,27 °C).
Dla porównania, prognoza średniej globalnej temperatury na rok 2023, opracowana przez brytyjską służbę meteorologiczną i oparta o symulację modelu klimatu inicjalizowanego obserwacjami z listopada 2022, przewidywała wartość globalnej anomalii temperatury z 95% przedziałem w zakresie od 1,12 do 1,34 °C (tzn. że temperatura miała należeć do tego przedziału z prawdopodobieństwem 95%). Podobnie konserwatywne były inne prognozy, oparte o korelacje statystyczne różnych wskaźników ENSO. Na tym tle temperatury w 2023 i 2024 były niezwykle wysokie, naturalne stało się więc pytanie o ich przyczynę.
Przyczyny rekordów – El Niño? erupcja Hunga Tonga? czystsze powietrze?
Odpowiedź „jest El Niño, nie jest więc niczym dziwnym że jest cieplej” nie była satysfakcjonująca, bo używając tradycyjnych miar intensywności tego zjawiska, El Niño 2023/24 było umiarkowanie silne, i daleko mu było na przykład do 1997/98 i 2015/16 (patrz ilustracja 1). Jeśli już, wyjątkowa była poprzedzająca go La Niña, która (z krótkimi przerwami) trwała bezprecedensowe trzy lata.
Wkrótce popularność zdobyły dwa wyjaśnienia, upatrujące przyczyn skoku globalnej temperatury w czynnikach zewnętrznych („wymuszeniach”) względem systemu klimatycznego. Pierwszym była erupcja podmorskiego wulkanu Hunga Tonga–Hunga Haʻapai na południowym Pacyfiku w styczniu 2022 roku, która wprowadziła do górnych warstw atmosfery (stratosfery) duże ilości pary wodnej (ilustracja 3) i wzmacniając efekt cieplarniany.
Drugim zdarzeniem które miało przyczynić się do wzrostu globalnej temperatury było wdrożenie w 2020 roku regulacji o ograniczeniu zawartości siarki w paliwie używanym we frachcie morskim. Doprowadziło to do redukcji emisji związków będących prekursorami aerozoli – drobnych, zawieszonych w powietrzu cząstek zanieczyszczeń, które mogą wpływać na klimat na wiele sposobów: bezpośrednio, rozpraszając światło i zmniejszając ilość promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi, a także pośrednio, modyfikując procesy prowadzące do tworzenia i dalszego życia chmur. W tym przypadku, zmniejszenie zawartości związków siarki w spalinach emitowanych przez pływające po oceanach świata statki – przede wszystkim masowce, kontenerowce, tankowce i inne statki towarowe – miała spowodować zwiększenie przejrzystości powietrza nad morskimi szlakami, i w konsekwencji ocieplenie oceanów. Popularności tej hipotezy nadało obserwowana w drugiej połowie 2023 roku rozległa anomalia dodatnia temperatury północnego Atlantyku, a więc odpowiadająca mniej więcej regionowi, gdzie powinniśmy widzieć efekt zmniejszenia koncentracji aerozoli w atmosferze.
Oba wydarzenia – wybuch wulkanu i regulacje zawartości siarki w paliwie żeglugowym – miały wpływ na globalny klimat, ale skala tego wpływu była już dyskusyjna. Dotychczas opublikowane analizy, często oparte o szacunki wywiedzione z symulacji modeli klimatu albo obliczeń transferu radiacyjnego, sugerowały raczej niewielki wkład w wyjątkowe ocieplenie 2023 roku.
Jest też możliwe, że to wyjątkowe ocieplenie było kombinacją wielu czynników, z których każdy indywidualnie taki wyjątkowy nie był, dokładając kilka czy kilkanaście setnych stopnia do wartości globalnej anomalii temperatury, nakładających się na trend antropogenicznego globalnego ocieplenia. Możliwe też, że wartość tego trendu – nieco wyższa niż kilkanaście lat temu, jak pisaliśmy niedawno na Nauce o klimacie – odzwierciedla coraz silniejsze dodatnie klimatyczne sprzężenia zwrotne.
Skok temperatury a zmiany w zachmurzeniu
Rozwikłanie zagadki skokowego wzrostu temperatur w ostatnich dwóch latach ma więc znaczenie praktyczne w tym sensie, że odpowiedź może nam coś nowego powiedzieć o klimacie i pomóc doprecyzować szacunki zmian temperatury związanych z działalnością człowieka (nie tylko emisją gazów cieplarnianych, ale też aerozoli). Jednocześnie warto podkreślić, że zagadkowość ta nie wynika z fundamentalnych braków w naszej wiedzy o funkcjonowania systemu klimatycznego. Staramy się wykryć i opisać przyczyny zjawiska bardzo subtelnego w porównaniu do skali typowej (sezonowej i międzyrocznej) zmienności atmosfery i oceanów, nie jest więc dziwne że jest to trudne zadanie.
Nowe odpowiedzi przyniosła opublikowana niedawno w czasopiśmie Science praca autorstwa Helge Goesslinga, Thomasa Rackowa i Thomasa Junga. Badacze ci skoncentrowali się na analizie bilansu radiacyjnego mierzonego u szczytu atmosfery, a dokładniej jego krótkofalowej – „słonecznej” części (więcej o pomiarach bilansu znajdziesz między innymi w tekście Najnowsze pomiary bilansu energetycznego Ziemi).
Wykorzystując dane pochodzące z pomiarów radiometrycznych instrumentów CERES (zainstalowanych na satelitach amerykańskich agencji NASA – Aqua i Terra – oraz NOAA – Suomi NPP i NOAA-20) a także obliczenia oparte o reanalizę ERA5 z ECMWF, autorzy wykazali że większość „niewyjaśnionego” wzrostu temperatury da się wyjaśnić spadkiem albedo planety – to znaczy zmniejszeniem ilości promieniowania słonecznego odbitego w kosmos.
Doniesienia o stopniowym spadku albedo naszej planety pojawiają się w literaturze naukowej regularnie w ostatnich latach. Jednak Praca Goesslinga i współpracowników podaje analizę najbardziej prawdopodobnych przyczyn tego zjawiska. Autorzy, analizując rozkład przestrzenny anomalii albedo, zademonstrowali też, że tylko niewielki udział w nich mają zmiany na powierzchni Ziemi, związane ze zmianami pokrywy śniegu i lodu, a za zdecydowaną większość odpowiadają chmury. Wynika to po części z tego, że rejony ze śniegiem i lodem są też zwykle zachmurzone, więc zmiany powierzchniowego albedo są przez chmury maskowane.
Część zmian albedo była efektem dekadowego trendu spadku zachmurzenia (np. na południowym Atlantyku), część pojawiła się dopiero w 2023 roku (np. na wschodnim Pacyfiku), a część była złożeniem obu zjawisk, krótko- i długoterminowej zmienności (np. wschodnia część północnego Atlantyku).
Jakaś część krótkoterminowej zmienności zachmurzenia musiała być oczywiście związana z El Niño 2023/24, jednak ze statystycznego porównania efektów towarzyszących poprzednim zdarzeniom tego typu wynika, że był to efekt relatywnie niewielki (globalnie około 0,07 °C). Niewielki był też wpływ wzrastającej od 2020 roku aktywności słonecznej (0,03 °C), choć pomagają wyjaśnić różnicę pomiędzy wynikami opartymi o pomiary CERES oraz tymi z reanalizy ERA5. ERA5 jest uzupełniana na bieżąco w oparciu o dane obserwacyjne, z wyjątkiem wymuszeń radiacyjnych, które pochodzą z jednego ze scenariuszy klimatycznych projektu CMIP5. Ostatnie półtora 11-letniego cyklu słonecznego w ERA5 różni się więc trochę od rzeczywistego.
Czy to zmiany nasłonecznienia powodują globalne ocieplenie?
Patrząc na globalny bilans energetyczny całej planety widzimy, że ilość promieniowania krótkofalowego (słonecznego) pochłanianego przez Ziemię zwiększyła się w większym stopniu, niż zmieniła się ilość promieniowania długofalowego (cieplnego) uciekającego z Ziemi w kosmos. Fakt ten jest czasem przytaczany jako dowód tego, że to zmiany nasłonecznienia spowodowane wzrostem aktywności słonecznej są przyczyną globalnego ocieplenia, a nie wzrost koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze.
W rzeczywistości efekt ten, choć nieco sprzeczny z intuicją, jest (od dawna przewidywaną) konsekwencją współgrania wymuszeń klimatycznych i sprzężeń zwrotnych. W zakresie długofalowym na wzmocnienie efektu cieplarnianego, które redukuje strumień promieniowania uciekającego z planety, nakłada się samo ocieplenie powierzchni i atmosfery ziemskiej, które ten strumień zwiększa (zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna). Oba efekty mają przeciwne znaki i wielkość, zatem niwelują zmianę strumienia netto promieniowania długofalowego niemal do zera.
Wzrost temperatury nie ma natomiast bezpośredniego wpływu na ilość promieniowania krótkofalowego pochłanianego przez planetę. Ma natomiast wpływ pośredni, poprzez omawiane w artykule sprzężenia zwrotne związane z albedo.
W sumie zmiany albedo (wyłączając szacowany wpływ El Niño) miały odpowiadać za 0,22 °C wzrostu temperatury względem kontrfaktycznej sytuacji, w której albedo pozostałoby niezmienione.
A skąd zmiany w zachmurzeniu?
Co jednak jest przyczyną zmian zachmurzenia i spadku albedo? Czy to tylko tymczasowa fluktuacja, czy symptom jakiejś głębszej zmiany w systemie klimatycznym? I czy może mieć jakiś związek z wspomnianą wcześniej redukcją zawartości siarki w paliwie spalanym przez statki? Odpowiedzi dostarczone przez omawiane badanie nie są konkluzywne, ale autorzy uważają, że ten ostatni efekt, związany z antropogenicznymi aerozolami, może odpowiadać tylko za niewielką część obserwowanych zmian. Wskazują też, że trend spadkowy albedo może być manifestacją innego, związanego z działalnością człowieka efektu: dodatniego sprzężenia zwrotnego chmur piętra niskiego nad wodami oceanicznymi, których ilość ma się zmniejszać, wraz z ociepleniem klimatu, zarówno w tropikach jak i średnich szerokościach geograficznych (Sherwood i in., 2020).
Pośrednio potwierdzają taki wniosek najnowsze analizy przyrostu temperatury powierzchni morza opublikowane w końcu stycznia 2025 przez Merchanta i kolegów. Gdyby tak było, rewizji musiałby też ulec zakres równowagowej czułości klimatu. Potwierdzenie takiego wniosku wymaga jednak większej ilości danych – nie tylko dłuższych serii pomiarowych, ale dokładniejszych obserwacji samych chmur.
The post Globalne ocieplenie zabiera nam chmury appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.
Źródło: https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/globalne-ocieplenie-zabiera-nam-chmury | Piotr Florek