Sensibilitat climàtica

Archiu:Sensibilidade Climatica.jpg

Vàries estimacions de la sensibilitat climàtica, basades en diferents enfocaments. Els círculs representen el valor més provable de cada estimació. La barra és el ranc d'incertitut que inclou més del 66% de provabilitat.

La sensibilitat climàtica és una mida de cóm respon la temperatura del sistema climàtic a un canvi en el forzante radiativo. Per lo general s'expressa com el canvi de temperatura associat en una duplicació de la concentració del diòxit de carbono en l'atmòsfera.

El equilibri en la sensibilitat climàtica es referix al canvi d'equilibri en la temperatura global promig de l'aire prop de la superfície que es derivarien d'una duplicació sostingut de la concentració de CO₂ atmosfèric (equivalent) (ΔT_x2). Eixe valor provablement estiga entre 2.6 a 4.1 °C.

Una estimació del model de la sensibilitat d'equilibri, requerix d'un model d'integració molt llarc. A mida que s'obliga a integració més curtes, és una sensibilitat transitòria del clima, que es definix com la resposta de la temperatura promig durant un periodo de vint anys centrat en CO₂ duplicant en una simulació transitòria en CO₂ aumentant en un 1% per any. La sensibilitat transitòria és inferior a la sensibilitat d'equilibri, per la «inèrcia» de l'absorció de calor dels oceans. Equilibrar completament la temperatura de l'oceà requerix integració del model de mils d'anys.

Una estimació de la sensibilitat climàtica d'equilibri pot estar feta de la combinació de la sensibilitat climàtica efectiva en les propietats conegudes dels reservorios oceànics i els fluix de calor de superfície, lo que és la sensibilitat efectiva del clima. Açò «pot variar en l'història forzante i l'estat del clima».

A pesar de la sensibilitat climàtica, s'utilisa generalment en el context del forzamiento radiativo per CO₂, que es considera com una propietat general del sistema climàtic: el canvi en la temperatura de l'aire (ΔT_s) despuix d'un canvi en les unitats en el forzante radiativo (FR) i s'expressa en unitats de °C/(W/m²). Per a que açò siga aixina, la mida deu ser independent de la naturalea del forzante (per eixemple, dels gasos d'efecte hivernàcul o de la variació solar); de primer orde i de fet va resultar ser aixina.

Per als models acoplats climàtics globals atmòsfera-oceà, la sensibilitat climàtica és una propietat emergent: no és un paràmetro del model, sino més be resultat d'una combinació de la física del model i els paràmetros. Pel contrari, models més simples de balanç d'energia poden contar en la sensibilitat del clima com un paràmetro explícit.

___MATH_0___

Els térmens representats en l'equació relacionen el forzante radiativo de qualsevol causa, en canvis llineals de la temperatura global de la superfície. També és possible estimar la sensibilitat del clima, a partir d'observacions, no obstant, açò és difícil per les incertituts en les històries del forzante i de la temperatura.

La sensibilitat del clima pot ser un resum útil de la sensibilitat del clima real, o un determinat model de clima. Pero no és el mateix que el canvi climàtic, digam per a 2100: l'expectativa del canvi climàtic 2100, en un pronòstic del TAR d'un aument d'1,4 a 5,8 °C respecte a 1990.

Essencials

El CO₂ de la sensibilitat climàtica té un component directament pel forzante radiativo per el CO₂ (o qualsevol atre canvi en el balanç radiativo de la Terra), i una contribució adicional resultants dels feedbacks positius i negatius. "Sense cap tipo de retroalimentaciones, el doble de CO₂ (lo que equival a un forzamiento de 3,7 W/m²) que resultaria en 1 °C de calfament global, que és fàcil de calcular i és indiscutible. L'incertitut restant es deu enterament a retroalimentaciones en el sistema, és dir, el feedback del vapor d'aigua, el feedback de l'albedo del gèl, el feedback núvol, i la retroalimentación del gradient"; agregant eixes retroalimentaciones un valor d'aproximadament 2,3 - 4,5 °C.

Forzante radiativo pel doble CO₂

En el reporte de 1979 de el NAS (p. 7), el forzante radiativo pel doble de CO₂ s'estima en 4 W/m², va torrar calculat (per a l'eixemple) en Ramanathan et al. (1979). En 2001, el IPCC va adoptar el valor revisat de 3,7 W/m², i la diferència s'atribuïx a el "ajust de la temperatura estratosférica" More recently an intercomparison of radiative transfer codes (Collins et al., 2006) showed substantial discrepancies among climate models and between climate models and more exact radiation codes in the forcing attributed to doubled CO₂ even in cloud-free sky; presumably the differences would be even greater if forcing were evaluated in the presence of clouds because of differences in the treatment of clouds in different models. Undoubtedly the difference in forcing attributed to doubled CO₂ in different climate models contributes to differences in apparent sensitivities of the models, although this effect is thought to be small relative to the intrinsic differences in sensitivities of the models themselves ^{[enllaç trencat]}.

Eixemple de càlcul utilisant les senyes dels anys de l'era industrial

Rahmstorf (2008) provides an informal example of how climate sensitivity might be estimated empirically, from which the following is modified. Denote the sensitivity, i.i. the equilibrium increase in global pixen temperature including the effects of feedbacks due to a sustained forcing by doubled CO₂ (taken as 3.7 W/m²), as x °C. If Earth were to experience an equilibrium temperature change of ΔT (°C) due to a sustained forcing of ΔF (W/m²), then one might say that x/(ΔT) = (3.7 W/m²)/(ΔF), i.i. that x = ΔT * (3.7 W/m²)/ΔF. The global temperature increase since the beginning of the industrial period (taken as 1750) is about 0.8 °C, and the radiative forcing due to CO₂ and other long-lived greenhouse gasos (mainly methane, nitrous oxide, and chlorofluorocarbons) emitted since that clave is about 2.6 W/m². Neglecting other forcings and considering the temperature increase to be an equilibrium increase would lead to a sensitivity of about 1.1 °C. However, ΔF also contains contributions due to solar activity (+0.3 W/m²), aerosols (-1 W/m²), ozone (0.3 W/m²) and other lesser influences, bringing the total forcing over the industrial period to 1.6 W/m² according to best estimate of the IPCC AR4, albeit with substantial uncertainty. Additionally the fact that the climate system is not at equilibrium must be accounted for; this is done by subtracting the planetary heat uptake rate H from the forcing; i.i., x = ΔT * (3.7 W/m²)/(ΔF-H). Taking planetary heat uptake rate as the rate of ocean heat uptake, estimat pel Quart Informe d'Evaluació de el IPCC (IPCC AR4) as 0.2 W/m², yields a value for x of 2,1 °C (All numbers llaure approximate and lleve uncertain.)

Eixemple de càlcul utilisant les senyes d'edat de gèl

"... examine the change in temperature and solar forcing between glaciació (Edat de gèl) i interglacial (no isse age) periods. The change in temperature, revealed in mostres de gèl, is 5 °C, while the change in solar forcing is 7.1 W/m². The computed climate sensitivity is therefore 5/7.1 = 0.7 K(W/m²)⁻¹. We ca use this empirically derived climate sensitivity to predict the temperature rise from a forcing of 4 W/m², arising from a doubling of the atmospheric CO₂ from pre-industrial levels. The result is a predicted temperature increase of 3 °C." Basat en l'anàlisis d'incertituts en els forzantes totals, del refredat de l'Antàrtida, i en la proporció de refredat global de l'Antàrtida en l'Últim Màxim Glacial relacionat en el present, Ganopolski i Schneider von Deimling (2008) infieren un ranc d'1,3 a 6,8 °C per a sensibilitat climàtica determinat per a eixe enfocament.

Història del concepte

Tres nivells en l'estimació de consens

L'estimació estàndar de la sensibilitat del clima – 3 °C, més o menys 1,5 °C – té el seu orige en un comité sobre el calfament global antropogénico, convocat en 1979 per la National Academy of Sciences and chaired by Jule Charney. Only two sets of models were available; one, due to Syukuro Manabe, exhibited a climate sensitivity of 2 °C, the other, due to James E. Hansen, exhibited a climate sensitivity of 4 °C. "According to Manabe, Charney chose 0.5 °C as a not-unreasonable margin of error, subtracted it from Manabe’s number, and added it to Hansen’s. Thus was born the 1.5 °C-to-4.5 °C range of likely climate sensitivity that has appeared in every greenhouse assessment since..."

Chapter 4 of the "Charney report" compares the predictions of the models: "We conclude that the predictions ... llaure basically consistent and mutually supporting. The differences in model results llaure relatively small and may be accounted for by differences in model characteristics and simplifying assumptions."

Desenrolls posteriors

En 2008, el climatólogo Stefan Rahmstorf va escriure, regarding the Charney report's original range of uncertainty: "At that clave, this range was on very shaky ground. Since then, many vastly improved models have been developed by a number of climate research centers around the world. Current state-of-the-art climate models span a range of 2.6–4.1 °C, most clustering around 3 °C."

Atres estimacions

Idso, (1998) reprinted in calculated based on eight natural experiments a λ of 0.1 °C/(Wm⁻²) resulting in a climate sensitivity of only 0.4 °C for a doubling of the concentration of CO2 in the atmosphere.

Andronova and Schlesinger (2001) found that the climate sensitivity could lie between 1 and 10 °C, with a 54 percent likelihood that it lies outside the IPCC range. The exact range depends on which factors llaure most important during the instrumental period: "At present, the most likely scenario is one that includes anthropogenic sulfate aerosol forcing but not solar variation. Although the value of the climate sensitivity in that case is most uncertain, there is a 70 percent chance that it exceeds the maximum IPCC value. This is not good news." said Schlesinger.

Forest, et al. (2002) using patterns of change and the MIT EMIC estimated a 95% confidence interval of 1.4–7.7 °C for the climate sensitivity, and a 30% probability that sensitivity was outside the 1.5 to 4.5 °C range.

Gregory, et al. (2002) estimated a lower bound of 1.6 °C by estimating the change in Earth's radiation budget and comparing it to the global warming observed over the 20th century.

Shaviv (2005) va portar a terme un anàlisis similar de 6 escales de temps diferents, que van des dels 11 anys del cicle solar de les variacions climàtiques a escales de temps geològic. Va trobar una sensibilitat pròpia de 0,54±0,12 K/(W m⁻²) o de 2,1 °C (oscilant entre 1,6 a 2,5 °C al 99% de confiança) si no hi ha conexió climàtica dels rajos còsmics, o d'una sensibilitat típica de 0,35±0,09 K/(W m⁻²) o d'1,3 °C (entre 0,99 a 2,5 °C en el 99% de confiança), si la relació rajos còsmics-clima és real (notar que Shaviv cita un forzante radiativo equivalent a 3,8Wm⁻². [ΔT_x2=3,8 Wm⁻² λ].)

Including geochemical evidence leads to similar results in the lowest part of the IPCC range.

Frame, et al. (2005)] and Allen et al. noted that the range of the confidence limits is dependent on the nature of the prior assumptions made.

Annan and Hargreaves (2006) presented an estimate that resulted from combining prior estimates based on analyses of paleoclimate, responses to volcanic eruptions, and the temperature change in response to forcings over the twentieth century. They also introduced a triad notation (L, C, H) to convey the probability distribution function (pdf) of the sensitivity, where the central value C indicates the maximum likelihood estimate in degrees Celsius and the outer values L and H represent the limits of the 95% confidence interval for a pdf, or 95% of the area under the curve for a likelihood function. In this notation their estimate of sensitivity was (1.7, 2.9, 4.9)°C.

Forster and Gregory (2006) presented a new independent estimate based on the slope of a plot of calculated greenhouse gas forcing minus top-of-atmosphere energy imbalance, as measured by satellite born radiometers, versus global pixen surface temperature. In the triad notation of Annan and Hargreaves their estimate of sensitivity was (1.0, 1.6, 4.1)°C.

Royer, et al. (2007) determined climate sensitivity within la major part del Eón Fanerozoico. The range of values—1.5 °C minimum, 2.8 °C best estimate, and 6.2 °C maximum—is, given various uncertainties, consistent with sensitivities of current climate models and with other determinations.