Zvýšený tok tepla do hlbších častí oceánov sa čoraz viac ukazuje ako hlavná príčina spomalenia otepľovania.
Koncom septembra tohto roku vyšla zatiaľ posledná správa IPCC. Na viac ako dve tisíc stránkach sa môžete dočítate napríklad o tom, že naša planéta sa v súčasnosti stále viac a viac otepľuje, ľadovce sa bezprecedentným tempom roztápajú a hladina oceánov rastie rýchlejšie, než kedykoľvek v ľudskej histórii. Pozorný čitateľ si dokonca všimne aj to, že medzivládny panel mierne znížil odhady budúceho vývoja globálnej teploty. Možno kvôli tomu, aby v očiach verejnosti pôsobil serióznejšie, a možno aj preto, aby jeho predstavitelia neboli vnímaní ako alarmisti, ponúkajúci výhradne len katastrofické vízie najbližšej budúcnosti. Média však odbornému obsahu správy venovali len minimálnu pozornosť. Upriamili ju zato na iný, trochu kontroverznejší problém. A to, prečo sa globálne otepľovanie v posledných asi 15 rokoch "spomalilo".
Žiaľ kvôli hlbokému nepochopeniu fyzikálnym príčin tohto javu, informácia poslúžila mnohým skeptikom ako pádny argument pre absolútne chybné tvrdenie, že klimatická zmena sa zastavila. Faktom je, že rast globálnej teploty sa v poslednom desaťročí skutočne spomalil (Obr. 1 a 2), nie však tak zásadne ako sa pôvodne predpokladalo. (Problémom je aj to, že "spomalenie" je vizuálne umocnené hlavne veľmi teplým rokom 1998.) Ako ukazuje aj jedna z posledných štúdií (Cowtan a Way 2013), rýchlosť otepľovania od roku 1997 stále zásadne podhodnocujeme, a to najmä kvôli absencii meraní povrchovej teploty v oblasti Arktídy, ktorá sa v období posledných dvoch desaťročí otepľuje minimálne dvoj až trojnásobným tempom v porovnaní s globálnym priemerom. (Cowtan a Way vo svojom príspevku navrhli vylepšené spôsoby priestorovej extrapolácie údajov pomocou družicových odhadov teploty aj v oblastiach, z ktorých nemáme žiadne spoľahlivé merania povrchovej teploty, zvlásť v oblastiach oceánov.)
Obr. 1: Dlhodobý vývoj priemernej globálnej teploty atmosféry nad pevninami (červená; CRUTEM4), oceánmi (modrá; HadSST3) a pevninami & oceánmi kombinovane (čierna; HadCRUT4) v období 1880-2012 - ako odchýlky od normálu 1961-1990; zelená krivka predstavuje vývoj obsahu tepla v oceánoch vo vrstve 0-800 m v období 1951-2012 - ako odchýlky od priemeru 1951-2006; modrá krivka reprezentuje rast hladiny oceánov (podľa Church & White 2011), krivky v dolnej časti predstavujú 9-ročný kĺzavý priemer globálnej teploty a obsahu tepla v oceánoch (Zdroj: Met Office)
Ako napríklad uvádza aj Cowtan a Way, toto pomerne nevýrazné spomalenie sa týka zatiaľ len krátkeho obdobia (zatiaľ štatisticky nevýznamné) a obmedzuje sa len na atmosféru, v ktorej sme schopní registrovať asi len 2 % celkového oteplenia klimatického systému Zeme. Naproti tomu, oceány v otepľovaní nepoľavili, práve naopak, akumulujú teplo stále rýchlejšie, čo je dôkazom toho, že otepľovania stále pokračuje, dokonca sa dá povedať, že sa od roku 2000 zrýchľuje. Vzhľadom na krátkosť obdobia, nevýraznosť spomalenia, ako aj jeho štatistickú nevýznamnosť, je obdobie po roku 1998 možné vnímať len akúsi krátkodobú fluktuáciu (kolísanie) globálnej teploty, ktorá zatiaľ o zmene rýchlosti otepľovania a klimatickej zmeny nevypovedá nič podstatné. Ako však uvedieme aj ďalej, veľmi zaujímavé sú príčiny tejto fluktuácie, ktorých podstatou sú fyzikálne procesy výmeny tepla medzi atmosférou a oceánmi.
O tom, že globálne oceány, a predovšetkým tropický Pacifik, zohrali pri spomalení atmosférického otepľovania zásadnú úlohu, máme dnes čoraz viac konkrétnych indícií. Tie poukazujú napríklad aj na to, že kvôli intenzívnejšej atmosférickej cirkulácii nad tropickým Pacifikom (hlavným prejavom je častejší výskyt chladnej fázy ENSO – La Niña od roku 1998) a negatívnej fáze Pacifickej dekádnej oscilácie (PDO) sa približne 30 % „prebytočného“ tepla, generovaného silnejším skleníkovým efektom atmosféry, zabudovalo v poslednom desaťročí do hlbších častí oceánov (v hĺbkach viac ako 700 metrov). Ak teda niekto hovorí o spomalení klimatickej zmeny, dopúšťa sa tak zásadnej „nepresnosti“, keďže jednoducho ignoruje 98 % oteplenia, ktoré je možné v súčasnosti pozorovať nielen v oceánoch, ale napríklad aj v Arktíde. Okrem toho, na globálne a regionálnej úrovni bolo možné v poslednom desaťročí pozorovať aj celý rad ďalších varovných signálov potvrdzujúcich fakt, že klimatická zmena v žiadnom prípade nespomalila. Rýchlejší ústup polárneho morského zaľadnenia v Arktíde, akcelerácia stúpania hladiny oceánov, ale nakoniec aj objektívny fakt, že v poslednej dekáde sme stále viacej konfrontovaní s väčšou extremitou počasia, sú len zlomkami z veľkého rozsahu týchto prejavov.
Nech už úmysly klimaskeptikov sú akékoľvek, spomalenie atmosférických prejavov otepľovania predstavujú veľmi zaujímavý fyzikálny „problém“, ktorého podstatu sa pokúsila vysvetliť aj dvojica autorov – Kevin E. Trenberth a John T. Fasullo – vo svojom najnovšom príspevku zverejnenom v špeciálnom čísle časopisu Americkej geofyzikálnej únie (AGU Earth´s future; An apparent hiatus in global warming?). Ich závery o možných príčinách tohto javu sú pritom konzistentné so zisteniami a oficiálnymi vyjadreniami britskej Met Office publikovanými už skôr v priebehu tohto roka.
Obr. 2: (hore) Vývoj globálnej teploty vyjadrený ako odchýlka ročnej T [°C] od dlhodobého priemeru 1900-1949 podľa viacerých zdrojov: NOAA, GISS NASA, HadCRU a ERA-I (Zdroj: Trenberth & Way 2013); (dole) aj takto by mohol vyzerať vývoj globálnej teploty v priebehu 21. storočia - ide o výsledok simulácie pomocou modelu MRI (ide o jeden z ensemblových členov CMIP3 modelov použitých v rámci 4. správy IPCC z roku 2007) - ako vidieť aj modely počítajú v rámci dlhodobejšieho scenára s krátkodobými obdobiami, kedy globálna teplota rastie len minimálne (Zdroj)
Poďme ale k základným faktom. Na Obr. 1 je možné vidieť súčasné spomalenie otepľovania v historickom kontexte vývoja globálnej teploty, obsahu tepla a výšky hladiny oceánov od roku 1880 (obdobie spomalenia je zvýraznené sivým vertikálnym pruhom). Ako vidieť z priebehu globálnej teploty v hornej časti obrázku, spomalenie je výraznejšie nad oceánmi ako nad pevninami, a súčasne je sprevádzané „masívnym“ nárastom obsahu tepla oceánov v hornej 800-metrovej vrstve. Ako ale ukazuje aj Obr. 3, v hlbších častiach oceánov je tento nárast dokonca ešte výraznejší a rýchlejší (v hĺbkach pod 700 m). (Na okraj len pripomínam, že podobné obdobie spomalenia rastu globálnej teploty možno vidieť aj medzi rokmi 1940 a 1970, ktoré bolo výsledkom nielen rastúcej prašnosti atmosféry v dôsledku veľkého priemyselného znečistenia tuhými aerosólmi, ale aj negatívnej fázy PDO) Všimnite si pritom, že výsledný priemer globálnej teploty (čierna) je výraznejšie ovplyvnený vývojom teploty nad oceánmi, a zmeny vývoja teploty pevnín reflektuje len minimálne (Obr. 1).
Obr. 3: Vývoj obsahu tepla v hĺbkach do 700 metrov a hlbšie podľa reanalýzy ORAS4 [1022 J] v období 1980-2010
- nárast akumulácie tepla vo väčších hĺbkach je zjavný najmä po roku 2000
(Zdroj: Trenberth & Way 2013)
Ako je teda možné, že o vývoji globálnej teploty rozhodujú viacej procesy odohrávajúce sa v oceánoch ako na pevninách? Odpoveď je v tomto prípade veľmi jednoduchá a vyplýva z prostého faktu, že oceány tvoria viac ako 70 % plochy planéty, a tropický Pacifik je jednou z jej najrozsiahlejších oblastí (~30 %). Akonáhle sa teda zmení priestorové pole teploty povrchových vrstiev oceánu tejto oblasti, okamžite sa to prejaví nielen v ostatných častiach sveta (výskyt poveternostných anomálií), ale v konečnom dôsledku to vplyvní aj výsledný pokles alebo nárast globálneho priemeru teploty. Zvlášť zjavné to je pri veľmi silných fenoménoch El Niña, resp. La Niñe, ktoré majú tendenciu zvyšovať, resp. znižovať globálnu teplotu (pozri časť o atmosférických osciláciách písanú na konci článku modrým písmom).
Obr. 4: Pacifická dekádna oscilácia v poli priemernej teploty oceánov a dlhodobý vývoj jej štandardizovaného indexu v období 1900-2013
(Zdroj: Trenberth & Way 2013)
Obr. 5: (hore) Rozdiel priemernej povrchovej teploty pevnín a oceánov medzi obdobiami 1999-2012 a 1976-1998 - pole teploty signalizuje výrazne ochladzovanie v oblasti centrálneho a východného Pacifiku (Zdroj: Trenberth & Way 2013); (dole) simulované (HadCM3, HadGEM1, HadGEM2) a pozorované trendy povrchovej teploty v priebehu obdobia 2002-2011 (Zdroj: Met Office)
Podľa Trenberth & Fusallo 2013 sa celý Pacifik po veľmi silnom El Niñu z rokov 1997-98 dostal do nového cirkulačného režimu, v ktorom veľmi nápadne dominuje chladná fáza ENSO (La Niña) fungujúca na pozadí negatívnej fázy PDO (Obr. 4). (Veľmi pravdepodobné je aj to, že El Niño v rokoch 1997-98 nakoniec viedlo aj k zmene PDO režimu, z pozitívnej do negatívnej fázy) Synchrónny výskyt oboch oscilačných módov mal za následok jeden veľmi pozoruhodný, no predvídateľný dôsledok – východný a centrálny Pacifik boli jedinými oblasťami na Zemi, ktoré sa v období rokov 1999-2012 neotepľovali (Obr. 5).
Ako ukazuje aj ďalší Obr. 6, hlavnou príčinou bola v tomto období intenzívnejšia pasátová cirkulácia, ktorá prispela k výraznej akumulácii teplej tropickej vody v západnom Pacifiku, pri východných brehoch Ázie a Indonézie. V dôsledku tohto prúdenia prenikli do centrálnej a východnej časti Tichého oceánu chladnejšie hlbinné vody, čoho následkom bolo výrazné zníženie teploty povrchu oceánu v tomto regióne. To však nie je všetko. Intenzívnejšia cirkulácia pasátov mala nakoniec za následok (okrem zmeny priestorového poľa teploty) aj v to, že v celej západnej časti Pacifiku sa teplá povrchová voda začala „ponárať“ do väčších hĺbok (čoho prejavom bol aj pokles termoklíny). Tým sa do hlbších vrstiev oceánu dostávalo viac tepla (energie), ktoré sa tu akumulovalo. Na Obr. 7 je to každopádne vidieť v podobe vyšších hodnôt obsahu tepla v hĺbkach 0-700 metrov východne od Filipín či ostrova Papua Nová Guinea (podobne aj v severnom Atlantiku). Zdá sa tiež, že silnejšia tropická cirkulácia nakoniec prispela aj k nápadným zmenám cirkulačných podmienok v miernych šírkach na severnej pologuli, kde v uvedenom období výrazne dominovala, najmä v zime, negatívna fáza Severoatlantickej oscilácie (NAO; tá je spojená s výskytom relatívne vyššieho tlaku vzduchu v oblasti Arktídy, Obr. 6 dole).
Obr. 6: Rozdiel ročného priemerného tlaku na hladine mora medzi obdobiami 1999-2012 a 1976-1998 v hPa (farebná škála) a vektory prízemného vetra (šípky) pre oblasť Tichého oceánu (hore) a severnej pologule (dole) - v období rokov 1999-2012 je v oblasti centrálneho a východného Pacifiku, ako aj v oblasti Arktídy nápadná výrazná anomália vyššie tlaku vzduchu spojená s negatívnou fázou PDO a NAO (Zdroj: Trenberth & Way 2013)
Zdá sa teda, že zmeny režimu atmosférickej a oceánskej cirkulácie v rozsiahlej oblasti tropického Pacifiku dokážu vysvetliť najväčšiu časť pozorovaného spomalenia atmosférického otepľovania po roku 1998. Čo ale ostatné prirodzené faktory, ktoré by mohli mať potenciálne rovnaký ochladzujúci efekt na globálnu klímu – menovite najmä nižšia slnečná aktivita (Obr. 8) a častejšie sopečné erupcie? Trenberth & Fusallo 2013, ako aj oficiálna správa Met Office, zhodne uvádzajú, že tak modelové simulácie, ako aj empirické pozorovania z atmosféry dominantné pôsobenie oboch faktorov vylučujú – zdôvodnenie je jednoduché, no trochu to rozpíšeme.
Obr. 7: Rozdiel obsahu tepla [108 J] v hĺbkach 0-100 m, 0-700 m a celej vrstve oceánu medzi obdobiami 1999-2012 a 1976-1998
(Zdroj: Trenberth & Way 2013)
Aby si Zem zachovala relatívne stabilnú teplotu, je potrebné, aby bilancia prichádzajúceho krátkovlnného žiarenia zo Slnka a unikajúceho dlhovlnného žiarenia zo Zeme bola v dlhodobej rovnováhe (0 W/m-2). V dôsledku silnejšie skleníkového efektu atmosféry sú toky tepla smerujúce zo zemskej atmosféry pohlcované, čo sa prejavuje tým, že Zem opúšťa o 0,5 až 1 W/m-2 menej energie (tepla), než by za normálnych podmienok malo. Keďže súčasné oteplenia je „zmiernené“ o približne rovnakú hodnotu akú vykazoval trend globálnej teploty z predošlých dvoch desaťročí – teda približne 0,2 °C/desaťročie, v prípade, že by sme uvažovali len s faktormi zníženej slnečnej aktivity a silnejšej sopečnej činnosti (obe sú v poslednej dekáde pozorované), musel by byť ich podiel na súčasnom (ne)oteplovaní takmer 100 % (inak povedané, museli by znížiť intenzitu prichádzajúceho žiarenia o už spomínaných 0,5 až 1 W/m-2). No z pozorovaní vieme, že ich kombinovaný podiel na ochladzovaní nedokáže ani v extrémnych prípadoch presiahnuť 20 %. Príčina súčasného spomalenia otepľovania teda musí pochádza z iného zdroja, a tým pravdepodobne je vnútorná premenlivosť klimatického systému, ktorú ovplyvňujú predovšetkým procesy výmeny tepla a energie medzi atmosférou a oceánmi. A ako sme už spomenuli vyššie, tými hlavnými „žolíkmi“ sú v tomto zmysle oscilačné módy ENSO a PDO, ktoré dokážu v časových škálach mesiacov, rokov ale aj celých desaťročí utlmiť alebo naopak zrýchliť tok tepla nielen z oceánov alebo aj naopak, do oceánov.
Obr. 8: Zmeny veľkosti solárnej konštanty v období posledných štyroch slnečných cyklov podľa viacerých zdrojov meraní
- posuny sú dané zmeny meracích prístrojov (Zdroj: www.acrim.com)
Záver
Krátkodobá fluktuácia globálnej teploty po roku 1998, ktorá nabáda k označeniu "pauza" alebo "spomalenie" globálneho otepľovania, je z pohľadu štatistickej analýzy dlhodobých trendov zatiaľ nevýznamná (čo znamená, že dlhodobý trend globálnej teploty významne nemení), a nemala by preto viesť k absolútne chybnej interpretácii, že dochádza k nejakému zásadnému spomaľovaniu, či dokonca zastaveniu klimatickej zmeny. O to viac by sme si v tomto tvrdení mal byť istí, keďže dnes už začíname rozumieť aj fyzikálnemu pozadiu toho, čo sa s globálnou teplotou po roku 1998 skutočne deje.
Literatúra
Trenberth, K. E. 2009. An imperative for adapting to climate change: Tracking Earth’s global energy, Curr. Opin. Environ. Sustain., 1, 19–27.
Trenberth, K. E., Fasullo, J. T. 2010. Tracking Earth’s energy, Science, 328, 316–317.
Trenberth, K. E., Hurrell, J. W. 1994. Decadal atmosphere–ocean variations in the Pacific, Clim. Dyn., 9, 303–319.
Trenberth, K. E., Shea, D. J. 2006. Atlantic hurricanes and natural variability in 2005, Geophys. Res. Lett., 33, L12704, doi:10.1029/2006GL026894.
Trenberth, K. E., Stepaniak, D. P. 2004. The flow of energy through the Earth’s climate system, Q. J. R. Meteorol. Soc., 130, 2677–2701.
Trenberth, K. E., Caron, J. M., Stepaniak, D. P., Worley, S. 2002. The evolution of ENSO and global atmospheric surface temperatures, J. Geophys. Res., 107(4065), D8, doi:10.1029/2000JD000298.
Trenberth, K. E., Fasullo, J. T., Kiehl, J. 2009. Earth’s global energy budget, Bull. Am. Meteorol. Soc., 90, 311–323.
Zdroje
Recent global-warming hiatus tied to equatorial Pacific surface cooling
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature12534.html
Coverage bias in the HadCRUT4 temperature series and its impact on recent temperature trends
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/qj.2297/abstract
An apparent hiatus in global warming?
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2013EF000165/abstract
A recent pause in global warming (2) - Met Office
http://www.metoffice.gov.uk/media/pdf/q/0/Paper2_recent_pause_in_global_warming.PDF
Pacific Decadal Oscillation (PDO)
http://www.nwfsc.noaa.gov/research/divisions/fe/estuarine/oeip/ca-pdo.cfm
The global temperature jigsaw
http://www.realclimate.org/index.php/archives/2013/12/the-global-temperature-jigsaw/
Construction of a Composite Total Solar Irradiance (TSI) Time Series from 1978 to present
http://www.pmodwrc.ch/pmod.php?topic=tsi/composite/SolarConstant
Autor: Mgr. Jozef Pecho (Ústav fyziky atmosféry AV ČR). Článok bol uverejnený 16. decembra 2013 aj na portáli ClimateMap a vyšiel v rámci projektu Od nadspotreby k solidarite: posilňovanie pôsobnosti občanov v prospech zodpovednosti Európy za globálnu udržateľnosť, ktorý spolufinancuje Európska Komisia prostredníctvom programu EuropeAid a partnerské organizácie.