Podnebne spremembe v bližnji preteklosti, sedanjosti in prihodnosti

1. Astronomsko društvo Vega Podnebne spremembe v bližnji preteklosti, sedanjosti in prihodnosti predstavitev za skupino Repatice in kometi Gregor Vertačnik Ljubljana, februar 2008

2. Kazalo • Glavna lastnost toplogrednih plinov • Ravnovesna temperatura Zemljinega površja • Podnebna sprememba od sredine 19. stoletja do danes • Spremembe v kriosferi • Spremembe v oceanih in morjih • Vzroki za spremembe • Podnebne projekcije za 21. stoletje

3. Glavna lastnost toplogrednih plinov • plini, ki znatno absorbirajo del dolgovalovnega (zemeljskega) infrardečega sevanja • najpomembnejši: • vodna para • ozon (UV del sevanja) • ogljikov dioksid • metan • didušikov oksid • fotoni z ustrezno energijo povzročijo vibriranje atomov v molekuli (prehod v višje energijsko stanje) ter povečanje notranje energije in s tem temperature Prepustnost ozračja in absorbtivnost nekaterih njegovih sestavin. Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_gas

4. Ravnovesna temperatura Zemljinega površja • ozračje s toplogrednimi plini vzdržuje za ~30 °C povprečno višjo temperaturo kot bi jo imela Zemlja brez toplogrednih plinov • današnje ozračje je bolj kot ne neprepustno za dolgovalovno sevanje tal • temperaturi ozračja in tal sta močna povezani • povečevanje koncentracije toplogrednih plinov ima dva glavna učinka: • manjša prepustnost ozračja (bistveno pri nizki koncentraciji) • izvor glavnine dolgovalovnega sevanja ozračja je vse višje Shema energijske bilance Zemlje (tokovi) in vpliv toplogrednih plinov. Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_effect

5. Podnebna sprememba od sredine 19. stoletja do danes • opazno naraščanje koncentracije in izpustov toplogrednih plinov • hitro segrevanje v obdobju ~1920-1940 in po letu ~1980, ohladitev sredi 20. stoletja • v 20. stoletju se je povprečna svetovna temperatura zraka pri tleh dvignila za okoli 0,7 °C • glavni vzrok podnebne spremembe skoraj gotovo človeški izpusti toplogrednih plinov (vulkanski izbruhi in Sončeva dejavnost imata precej manjši vpliv) • severna polobla se segreva dvakrat tako hitro kot južna (večji delež kopnega na severu) • po letu 1980 se površje in spodnja troposfera segrevata izjemno hitro, verjetno najhitreje v zadnjih tisočletjih • spodnja stratosfera se je po letu 1980 znatno ohladila

6. Človekovi izpusti ogljikovega dioksida (ogljika) glede na izvor. Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_gas Prispevek različnih dejavnikov k podnebni spremembi v zadnjih 100 letih. Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Climate_change

7. Povprečna svetovna temperatura po letu 1880 in temperaturni odklon v letu 2007 glede na obdobje 1951-1980 (NASA GISTEMP). Vir: http://data.giss.nasa.gov/gistemp/2007/ Povprečna svetovna temperatura po letu 1860 (HadCRUTv3). Vir: http://www.cru.uea.ac.uk/cru/info/warming/ Naraščanje koncentracije CO2 na Havajih v zadnjih 50 letih. Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Global_warming

8. leto 2007 je bilo med najtoplejšimi po letu 1860, rekord sta verjetno preprečila močna La Ninja ob koncu leta in minimum Sončeve dejavnosti • leto 2008 prav tako verjetno ne bo rekordno zaradi La Ninje in Sončevega minimuma • naslednji El Ninjo bo verjetno v letu 2009 ali 2010 in takrat bo prišlo do novega skoka v povprečni svetovni temperaturi • količina padavin se je v obdobju 1900-2005 spremenila: • več padavin na vzhodu S in J Amerike, S Evrope, S in osrednje Azije • manj padavin v Sahelu, Sredozemlju, J Afriki in delih J Azije • sprememba v padavinah časovno in prostorsko bolj raznolika kot temperaturna sprememba, a konsistenta s spremembo v splošni cirkulaciji • verjetno se je v splošnem povečala pogostost obilnih padavinskih dogodkov

9. Temperaturni odklon površine morij in oceanov sredi januarja 2008, v fazi močne La Ninje. Vir: http://www.osdpd.noaa.gov/PSB/EPS/SST/climo.html Temperaturni odklon površine morij in oceanov sredi januarja 1998, v fazi močnega El Ninja. Vir: http://www.osdpd.noaa.gov/PSB/EPS/SST/climo_archive/climo_1998.html

10. pogostost suš se je po 70. letih 20. stol. povečala, še posebej v tropskem in subtropskem pasu • po letu 1970 se je povečala vsebnost vodne pare nad oceani v povprečju za okoli 4 %  dodatno segrevanje • opazne spremembe v splošnem kroženju ozračja (ENSO, AMO; perioda nekaj desetletij) • zahodni zračni tok na srednjih širinah se je v obdobju od 60. od 90. let 20. stoletja okrepil, glavna vetrovna stržena sta se pomaknila proti poloma • od 70. let 20. stol. se je povečala pogostost močnih tropskih ciklonov

11. Spremembe v kriosferi • zmanjševanje zasneženih površin, še posebej spomladi in poleti in na severni polobli (posledica višjih temperatur) • zmanjševanje obsega arktičnega morskega ledu, še posebej poleti (~7 % na desetletje), obseg antarktičnega morskega ledu ne kaže sprememb • tanjšanje arktičnega morskega ledu, v povprečju skoraj 1 m v obdobju 1987-1997 • masa grenlandskega ledenega pokrova se zmanjšuje vse hitreje (~240 km3 v letu 2006), za antarktični pokrov pa ni dovolj točnih podatkov • postopno odtaljevanje permafrosta na Aljaski, na ruski Arktiki in na tibetanski planoti (nekaj cm letno) • največji sezonski obseg zamrznjenih tal na severni polobli se je zmanjšal za okoli 7 % v obdobju 1901-2002

12. Odklon v površini morskega arktičnega ledu. Vir: http://arctic.atmos.uiuc.edu/cryosphere/ Odklon v površini morskega antarktičnega ledu. Vir: http://arctic.atmos.uiuc.edu/cryosphere/ Obseg morskega arktičnega ledu v letih 2007 ter primerjava z letom 2005 in dolgoletnim povprečjem. Vir: NSIDC, http://nsidc.org/news/press/2007_seaiceminimum/20070810_index.html Obseg morskega arktičnega ledu po letnih časih od leta 1900 dalje. http://arctic.atmos.uiuc.edu/cryosphere/

13. zmrzovanje/taljenje rek in jezer je v splošnem vse kasneje/prej • izguba ledu v ledenikih in večjih območjih stalnega ledu (brez Antarktike in Grenlandije) je povzročila dvig oceanov in morij za okoli ~0,8 mm v obdobju 1991-2004 • postopno odtaljevanje permafrosta na Aljaski, na ruski Arktiki in na tibetanski planoti (nekaj cm letno) • največji sezonski obseg zamrznjenih tal na severni polobli se je zmanjšal za okoli 7 % v obdobju 1901-2002 • številni alpski ledeniki se hitro krčijo – triglavski Zeleni sneg in ledenik pod Skuto sta tik pred koncem

14. Maksimalna sezonska višina snega na Kredarici – občuten padajoč trend po homogenizaciji meritev. Vir podatkov: ARSO

15. Obseg Triglavskega ledenika leta 1957. Vir: http://www.zrc-sazu.si/giam/triglavski_ledenik.htm Obseg Triglavskega ledenika v letih 1952, 1995 in 1999 z vrisanimi merilnimi točkami (iz knjige Visokogorska jezera v vzhodnem delu Julijskih Alp, 2002). Obseg Triglavskega ledenika po rekordno vročem poletju 2003. Vir: http://www.zrc-sazu.si/giam/triglavski_ledenik.htm

16. Spremembe v morju in oceanih • v obdobju 1961-2003 se je zgornjih 700 m v povprečju segrelo za 0,10 °C • slanost morij v subpolarnih širinah se je v povprečju zmanjšala, povečala pa se je slanost plitvih tropskih in subtropskih morij • masa anorganskega ogljika v oceanih se je povečala za več kot 100 Gt od začetka industrijske dobe (1750), oceani so sprejeli okoli 40 % izpustov CO2 v tem obdobju • pH oceanov se je v povprečju znižal za 0,1 od leta 1750 • povprečni dvig oceanov je v 20. stoletju znašal okoli 1,7 mm/leto, obdobju 1993-2003 pa okoli 3,1 mm/leto; dvig je časovno in prostorsko močno spremenljiv • glavna vzroka za dvig oceanov sta taljenje ledu in raztezanje vode

17. Dvig povprečne gladine morij in oceanov, izmerjen v okviru projekta TOPEX/Poseidon. Avtorske pravice: Univerza v Koloradu, vir: http://www.nasa.gov/centers/jpl/news/ gracef-20060602.html Povprečni dvig gladine morij in oceanov po letu 1880 (levo) in od zadnje ledene dobe (desno). Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Sea_level_rise

18. Vzroki za spremembe • velika verjetnost je, da je človek s svojo dejavnostjo glavni krivec za podnebne spremembe v zadnjih desetletjih • sprememba v koncentraciji toplogrednih plinov in aerosolov v ozračju: • posledica industrijske dobe (po letu 1750) • izvor umetnih izpustov CO2 večinoma fosilna goriva, manj zmanjševanje biomase (umetni izvor je dokazan z izotopsko analizo) • v času industrijske dobe se je močno povečala tudi koncentracija metana in N2O • sprememba rabe tal • Sončeva dejavnost

19. Kjotski protokol • Protokol za omejitev izpustov šestih toplogrednih plinov (ki so vzrok za podnebno spremembo) • Podpisan 11. septembra 1997, v veljavo stopil 16. februarja 2005 z rusko ratifikacijo • Do novembra 2007 je protokol ratificiralo 174 držav, ki prispevajo več kot 60 % izpustov toplogrednih plinov • Nekatere države in EU so se zavezale k zmanjšanju izpustov (podpisnice 1. aneksa), 137 držav v razvoju pa razen spremljanja in poročanja o izpustih nima drugih obveznosti • ZDA je protokol l. 1998 podpisala (Al Gore), a ga ni ratificirala • EU se je obvezal, da bo do leta 2012 zmanjšal izpuste vsaj za 8 % glede na leto 1990, a različno po posameznih državah (manj razvite lahko celo povečajo izpuste) • Protokol velja do leta 2012

20. Letni izpust ogljikovega dioksida na prebivalca in na leto po državah (stanje v letu 2004). Največji izpust je bil v Katarju (69 t/preb./leto), Luksemburg je imel 25 t/preb./leto, ZDA 20 t/preb./leto, Avstrija 8,5 t/preb./leto, Slovenija 8,1 t/preb./leto , Italija 7,7 t/preb./leto, Madžarska 5,7 t/preb./leto, Hrvaška 5,2 t/preb./leto, Čad 0,01 t/preb./leto. Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_by_carbon_dioxide_emissions_per_capita

21. Zemljevid držav, ki so podpisale (rumeno) in ratificirale protokol (zeleno), držav, se še niso izrekle (sivo) in držav, ki ne nameravajo podpisati protokola (rdeče). Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Kyoto_Protocol_signatories

22. Podnebni scenariji za 21. stoletje • predvidevanja podnebnih modelov glede na verjetne scenarije vhodnih spremenljivk (predvsem koncentracije toplogrednih plinov) • štiri glavne skupine IPCC-scenarijev prihodnosti človeške družbe (A1, A2, B1, B2), v poročilu IPCC AR4 pa jih je šest (A1B, A1FI, A1T, A2, B1, B2)

23. A1 – hiter in uspešen gospodarski razvoj, kjer se razlike med bogatimi in revnimi zmanjšujejo: • velika predanost tržnim rešitvam • veliki prihranki in predanost zasebnemu izobraževanju • velika stopnja vlaganj in odkritij v izobraževanju, tehnologiji in ustanovah na narodni in mednarodni stopnji • mednarodni pretok ljudi, idej in tehnologij • A1FI – poudarek na uporabi fosilnih goriv • A1B – “ravnotežje” med vsemi gorivi • A1T – poudarek na uporabi nefosilnih goriv • A2 – manjši pretok blaga in denarja in počasnejši tehnološki razvoj kot pri scenariju A1: • razlike med zdaj razvitimi državami in državami v razvoju ostanejo podobne • zanašanje na lastne vire, regionalno orientiran ekonomski razvoj

24. B1 – velika stopnja ekološke in socialne zavesti s trajnostnim razvojem po celem svetu: • zavedanje strašnih posledic prekomernega sekanja gozda, izčrpavanja prsti, pretiranega ribolova in onesnaženja • povečan posluh vlade, podjetij, medijev in javnosti za okoljske in socialne vidike razvoja • pomembna vloga tehnoloških sprememb • B2 – več poudarka na okolju in sociali kot pri scenariju A2: • okoljsko zavedni državljani, poudarek na lokalnem združevanju in skupnostih • manjša moč mednarodnih ustanov, večja moč odločanja na lokalni in regionalni ravni • pomembni blaginja, enakost in zaščita okolja • počasnejši in manj enakomeren tehnološki razvoj kot pri A1 in B1

25. Svetovno prebivalstvo po različnih scenarijih. Vir: http://www.grida.no/climate/ipcc/emission/099.htm

26. Koncentracija toplogrednih plinov (v ekvivalentu ogljikovega dioksida) pri različnih scenarijih. Vir: www.knmi.nl/onderzk/CKO/Challenge/scenario.html

27. Podnebne projekcije za 21. stoletje • dvig temperature v 21. stoletju, v glavnem kot posledica višje koncentracije toplogrednih plinov, v prvih desetletjih ni bistvene razlike med scenariji • najverjetneje bo dvig povprečne svetovne temperature v 21. stoletju 2-4 °C • kopno (še posebej visoko na severu) se bo v povprečju ogrelo dvakrat bolj kot cel svet, najmanj se bodo ogreli oceani na južni polobli in severni Atlantik • oceani in morja se bodo postopno ogrevali v globino • ravnovesna povprečna svetovna temperatura se verjetno zviša za 2-4,5 °C pri podvojitvi koncentracije CO2 • močnejši, daljši in pogostejši vročinski valovi • večinoma manjši dnevni temperaturni hod • večja količina padavin na tropskih območjih z obilnimi padavinami in na visokih širinah; v splošnem manj padavin v subtropskih predelih • večja intenziteta padavin • pogostejše suše v notranjosti celin

28. zmanjševanje količine snega in ledu zaradi prevladujočega vpliva poletnega taljenja nad zimskimi padavinami, zmanjševanje obsega morskega ledu na Antarktiki in še posebej na Arktiki • globlje sezonsko taljenje permafrosta • zmanjšala se bo sposobnost kopnega in oceanov za vsrkavanje ogljikovega dioksida -> pozitivna povratna zanka! • dvig morske gladine do konca stoletja bo verjetno okoli pol metra (70-75 % dviga bo povzročilo temperaturno raztezanje oceanov, Arktika in Antarktika sta veliki neznanki) • večji dvig povprečne površinske temperature Tihega oceana na vzhodu in osrednjem delu kot na zahodu (bližje El Ninju) • dvig povprečnega zračnega pritiska pri tleh v subtropskih in zmernih geografskih širinah, padec v visokih širinah -> pomik poti ciklonov za nekaj stopinj proti severu, manj viharjev v zmernih geografskih širinah • porast števila močnih tropskih ciklonov in intenzitete padavin v teh ciklonih • verjetna znatna oslabitev atlantske oceanske cirkulacije, verjetnost za popolno ustavitev je zelo majhna

29. Neskladnost napovedi (IPCC TAR) in meritev povprečnega dviga morske gladine. Vir: http://www.realclimate.org/index.php/archives/2007/03/the-ipcc-sea-level-numbers/

30. Napovedi temperaturnih sprememb po različnih scenarijih. Vir: http://www.ipcc.ch/SPM2feb07.pdf

31. napovedi za Evropo: • največja otoplitev na severu pozimi in v Sredozemlju poleti • v osrednjem in južnem delu poleti večji dvig maksimalnih temperatur kot dvig povprečne temperature • zelo verjetno povečanje višine padavin na v večjem delu severne Evrope in zmanjšanje v večjem delu Sredozemlja • večje ekstremne dnevne višine padavin v severni Evropi • verjetno večja možnost suše v osrednji Evropi in Sredozemlju • zelo verjetno skrajšanje trajanja snežne odeje in verjetno zmanjšanje debeline snežne odeje v večjem delu Evrope • dve veliki grožnji Evropi, ki sta povezani s podnebno spremembo: • stalitev grenlandskega ledenega pokroa  dvig morja za 7 m, stalitev zahodnega antarktičnega pokrova  dvig morja za 6-15 m • prekinitev termohaline atlantske cirkulacije  hitra ohladitev

32. Izračunana sprememba v povprečni letni temperaturi (levo) in letni višini padavin (desno) v obdobju 2071-2100 glede na obdobje 1961-1990 v Evropi po scenariju A2. Vir: http://peseta.jrc.es/docs/ClimateModel.html

33. Predvidna temperaturna sprememba v 30 letih po zastoju termohaline cirkulacije. Vir: Michael Vellinga, Hadley Centre, http://www.cru.uea.ac.uk/cru/info/thc/

34. Viri in literatura • http://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_gas • http://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_effect • http://www.gsfc.nasa.gov/gsfc/service/gallery/fact_sheets/earthsci/green.htm • http://en.wikipedia.org/wiki/Global_warming • http://en.wikipedia.org/wiki/Climate_change • http://en.wikipedia.org/wiki/Climate • http://en.wikipedia.org/wiki/Greenland_ice_sheet • http://en.wikipedia.org/wiki/Kyoto_Protocol • http://www.grida.no/climate/ipcc/emission/ • http://en.wikipedia.org/wiki/Special_Report_on_Emissions_Scenarios • http://peseta.jrc.es/docs/ClimateModel.html • http://en.wikipedia.org/wiki/Ice_age • http://en.wikipedia.org/wiki/Global_warming • http://www.ipcc.ch/ • http://www.realclimate.org/ • http://www.ncdc.noaa.gov/oa/climate/research/monitoring.html • http://www.giss.nasa.gov/ • http://www.cru.uea.ac.uk/ • http://www.metoffice.gov.uk/research/hadleycentre/ • http://arctic.atmos.uiuc.edu/cryosphere/ • http://edgcm.columbia.edu/ • Willson, R.C., in A.V. Mordvinov, 2003: Secular total solar irradiance trend during solar cycles 21-23. Geophys. Res. Lett., 30, št. 5, 1199, doi:10.1029/2002GL016038. • http://data.giss.nasa.gov/gistemp/2007/ • http://www.osdpd.noaa.gov/PSB/EPS/SST/climo.html • http://nsidc.org/news/press/2007_seaiceminimum/20070810_index.html • http://en.wikipedia.org/wiki/Sea_level_rise • http://www.nasa.gov/vision/earth/lookingatearth/abrupt_change.html