Poprzednie dwie moje notki w tej serii moim zdaniem ponad wszelką wątpliwość wykazały, że:
- efekt cieplarniany to podstawowy mechanizm fizyki atmosferycznej;
- CO2, będąc gazem cieplarnianym, wpływa na występowanie efektu cieplarnianego;
- zmiana stężenia CO2 w atmosferze jest antropogeniczna.
To oddziaływanie nie ma żadnego związku z żadnymi skomplikowanymi modelami klimatycznymi, a jedynie z podstawami fizyki atmosferycznej, których logika jest wybitnie elementarna.
Dla uproszczenia pominęłem inne antropogeniczne gazy cieplarniane, jak CFC, NO2 czy CH4, które również wpływają na efekt cieplarniany, jako podstawowe gazy cieplarniane.
Pytaniem zasadniczym nie jest zatem, czy antropogeniczne globalne ocieplenie (czy raczej zmiany klimatyczne) istnieje, ale wielkość tego ocieplenia. Tu wchodzimy już w bardziej skomplikowaną naukę, przez co o wiele łatwiej zmanipulować obraz tak, aby pasował do założonych tez (patrz blog kashmira).
W kontekście obliczania efektu cieplarnianego wywołanego globalnym ociepleniem istotne jest odpowiedzenie na dwa zasadnicze pytania: Jaki jest udział CO2 w globalnym efekcie cieplarnianym oraz jak jest zależność między wzrostem CO2 a wzrostem temperatury?
Gazy cieplarniane mają to do siebie, że niejako konkurują o to samo promieniowanie ziemskie (w momencie kiedy nakładają się pasma absorpcyjne fal). Pojedynczy gaz cieplarniany 'wychwytuje' bowiem podczerwień na pewnych falach i czasami pasma absorpcyjne np. CO2 i pary wodnej się nakładają. Sposobem na obliczanie oddziaływania danych gazów jest wpierw obliczenie tych zakresów, które nie pokrywają się. Pierwsze takie badania prowadził m.in. Ramanathan i Coakley, którzy w 1979 roku wyliczyli, że po odjęciu CO2 z miksu atmosferycznego likwiduje się 9% efektu cieplarnianego. Bardziej współczesne obliczenia m.in. Kiehl i Trenberth (1997) oraz Clough i Jacono (1995) uzyskali wyniki wyższe rzędu 14% (po części wynika to ze zmiany składu miksu atmosferycznego, po części z ulepszonej metodologii).
Z góry należy zaznaczyć, że 'wycięcie' CO2 z miksu i obniżenie efektu cieplarnianego o 9%-14% to MINIMALNY wpływ CO2 na efekt cieplarniany, który wynika z wyłapywania długich fal wyłącznie przez ten gaz. Niższych liczb niż 9% nie ma, więc w sytuacji, kiedy np. prof. Jaworowski twierdzi, że CO2 to 2% efektu cieplarnianego to najzwyczajniej w świecie zmyśla.
Zatem w oparciu o współczesny stan wiedzy nauki minimalny wpływ CO2 na efekt cieplarniany to 14%. Jednakże wprowadzenie spowrotem do miksu atmosferycznego CO2 powoduje, że ten wpływ jest dużo wyższy. Wycięcie wszystkich gazów cieplarnianych z miksu atmosferycznego dało Ramanathan i Coakley liczbę 26%, a bardziej współcześnie podaje się liczby w przedziale 20-32% (Clough i Jacono podają liczbę 30%). Te cyfry to jednak maksymalny efekt cieplarniany powodowany przez CO2, bo nie sposób zakładać, że CO2 'przejmie' całą absorpcję na pasmach wspólnych z parą wodną.
Dalszy ciąg wyliczeń polega na próbie ocenie siły oddziaływania CO2 na różnych szerokościach, przy różnym zachmurzeniu i wilgotności powietrza. To wiadomo bardzo mozolna praca naukowa. Tu warto wspomnieć, że wpływ wzrostu stężenia CO2 na atmosferę jest w dużej mierze logarytmiczna (choć de facto nie przypomina zwykłej krzywej logarytmicznej, szczególnie przy niskich poziomach CO2). Oznacza to, że każdy kolejny wzrost CO2 ma coraz mniejszy wpływ na klimat. CO2 bowiem niejako 'wyprztykuje się' z fal, których może absorbować, a niewykorzystane 'skrzydła' absorcyjne są coraz węższe.
Istnieje wiele badań próbujących określić ten logarytm, co w konsekwencji pozwoli stwierdzić, jaki wpływ na efekt cieplarniany spowoduje podwojenie stężenia gazów cieplarnianych w porównaniu do okresów preindustrialnych (czyli z 260ppm do 520ppm).
Tu wchodzi pojęcie radiative forcing, czyli wymuszenie radiacyjne. Określa on jak zmiana miksu atmosferycznego poprzez zmianę pojedynczego jej składnik wpłynie na 'siłę efektu cieplarnianego'. W tym zakresie badań jest wiele: Mitchell and Johns, 1997; Ramaswamy and Chen, 1997b; Hansen et al., 1998, Hansen et al., 2005, Pinnock et al., 1995; Roehl et al., 1995; Myhre i Stordal, 1997; Myhre et al., 1998b; Myhre et al. 2001, Jain et al., 2000. Obecnie najbardziej znanym badaniem jest Myhre et al., dzięki któremu krąży uproszczony logarytm RF=5.35*(CO2nowe/CO2stare). Dzięki temu logarytmowi można dosyć łatwo wyliczyć przyjęte przez IPCC założenie, że podwojenie stężenia CO2 spowoduje RF=3,7 W/m2 (+/- 0,4 W/m2 z uwagi na ewentualne różnice np. w zachmurzeniu). Badania Myhre są o tyle wiarygodne, że badania prowadzone były z podziałem na różne szerokości geograficzne i z uwzględnieniem różnic w składzie atmosferycznym i zachmurzeniu.
Pozostałe wspomniane badania wykazują niewielkie odstępstwa od powyższej liczby.
Warto zaznaczyć, że RF to nie to samo co wzrost temperatury, bo nie całe wymuszanie przekłada się na analogiczne ogrzewanie. Tu zakres wpływu RF na wzrost temperatury jest dużo bardziej niepewny niż same obliczenia dotyczące RF. Stąd żeby uzyskac efekt 'ociepleniowy' podwojenia stężenia CO2 należy pomnożyć RF o 0,75 (zgodnie z wynikami pracy Annan i Hargreaves). To w rezultacie daje wynik 2,9 stopni C. Wynik podany jest z 95% prawdopieństwa, że wpływ podwojenia CO2 na temperaturę znajduje się w przedziale 1,3 stopni do 4,5 stopni. Warto zauważyć, że liczby powyższe są zgodne z szeroko podawanymi w raporcie IPCC magicznymi liczbami 1,5 C (minimum), 3 C (najbardziej prawdopodobne) oraz 4,5 C (maksimum).
Reasumując: Wedle obecnego stanu wiedzy nauki podwojenie emisji CO2 spowoduje wzrost temperatury w zakresie pomiędzy 1,5 stopnie C, a 4,5 stopnia C.
Sceptycy zapewne rzucą się na trzy kwestie z tym związane:
A) Logarytm Myhre jest wadliwy, szczególnie przy niskich wartościach stężenia CO2 w atmosferze.
Tak. Logarytm nie działa prawidłowy przy początkowych wartościach stężenia CO2 w atmosferze. To wynika z prostej przyczyny sposobu w jaki powyższy wzór został skontruowany, a został skonstruowany dla wartości w zakresie pomiędzy 290ppm a 1000ppm, co wyjaśnia Myhre w swojej pracy, a IPCC w sposób uproszczony uwydatniło w swoim raporcie. Po dokładniejsze logarytmy do zastosowania zawsze i wszędzie odsyłam także do jego pracy.
B) Dotychczasowy wplyw CO2 na klimat (przy założeniu wpływu w zakresie 20%-32%) to 6,6 stopnia C do 10,6 stopnia C. Jeśli wzrost temperatury jest logarytmicznie związane ze stężeniem CO2 to obecne podwojenie CO2 nie powinno (na zdrowy rozsądek) spowodować wzrost aż o 3 stopnie C.
Wynika to z prostego faktu, że przy niskich poziomach stężenia CO2 (czy jakiegokolwiek gazu cieplarnianego) wymuszenie radiacyjne nie jest logarytmiczne, a LINEARNE. Przy niskim stężeniu CO2 nie 'wyprztykuje' danych fal, a jedynie łapie tyle ile jest w stanie. Dopiero w momencie 'wyprztykania' danych fal wzrost temperatury staje się logarytmiczny (czyli w momencie osiągnięcia pewnego 'punktu przełomu'.
C) Jeśli te obliczenia Myhre są właściwe to obecny wzrost stężenia CO2 powinien był już spowodować wzrost tempertury o ok. 1,6 stopnia C, a dotychczas zanotowano zaledwie 0,7 stopnia C.
Po pierwsze CO2 to nie jedyny czynnik klimatyczny. Wzrost temperatury netto wymuszony radiacyjnie wg IPCC to 1,2 stopnia C (po uwzględnieniu wymuszeń ujemnie wpływających na klimat, jak aerozole).
Po drugie efekt cieplarniany jest opóźniony w czasie, co spowodowane jest przede wszystkim wolniejszym ogrzewaniem się oceanów, a temperatura oceanów to istotny czynnik kształtujący ogólne globalne zmiany klimatyczne.
Jako adnotację warto zaznaczyć, że o ile CO2 ma obecnie wpływ logarytmiczny na klimat to pozostałe gazy antropogeniczne (CH4, CFC, NO2) mają wpływ linearny.
Więcej:
ABC globalnego ocieplenia
Ludzkie CO2?
