Naukowcy odkrywają możliwe wyjaśnienie nagłego wzrostu temperatury w 2023 r.: zmniejszenie zachmurzenia na niskich poziomach zmniejsza zdolność Ziemi do odbijania promieniowania słonecznego.
Podnoszący się poziom mórz, topnienie lodowców i morskie fale upałów – rok 2023 pobił wiele alarmujących rekordów. Wśród nich średnia temperatura na świecie wzrosła do prawie 1,5°C w stosunku do poziomu sprzed epoki przemysłowej, co stanowi niespotykany dotąd poziom. Naukowcy stoją przed poważnym wyzwaniem, aby określić przyczyny tego nagłego wzrostu. Chociaż czynniki takie jak akumulacja gazów cieplarnianych spowodowana działalnością człowieka, zjawisko pogodowe El Niño i zjawiska naturalne, takie jak erupcje wulkanów, wyjaśniają znaczną część ocieplenia, nie wyjaśniają go w pełni.
Warto zauważyć, że pozostaje niewyjaśniona różnica we wzroście globalnej temperatury wynosząca około 0,2°C. Zespół z Instytutu Alfreda Wegenera proponuje przekonującą hipotezę: powierzchnia Ziemi stała się mniej odblaskowa z powodu spadku liczby niektórych rodzajów chmur. To zmniejszenie współczynnika odbicia może pomóc wyjaśnić dodatkowe ocieplenie.
„Oprócz wpływu El Niño i oczekiwanego długoterminowego ocieplenia spowodowanego antropogenicznymi gazami cieplarnianymi omówiono już kilka innych czynników, które mogły przyczynić się do zaskakująco wysokich średnich temperatur na świecie od 2023 r.” – mówi dr Helge Goessling, główny autor z badań Instytutu Alfreda Wegenera, Centrum Badań Polarnych i Morskich im. Helmholtza (AWI): np. zwiększona aktywność słoneczna, duże ilości pary wodnej powstałej w wyniku erupcji wulkanu lub mniej cząstek aerozolu w atmosferze. Ale jeśli wszystkie te czynniki zostaną połączone, nadal pozostaje 0,2 stopnia Celsjusz ocieplenia bez widocznej przyczyny.
„Luka wyjaśniająca wynosząca 0,2 stopnia Celsjusza w odniesieniu do roku 2023 jest obecnie jedną z najintensywniej dyskutowanych kwestii w badaniach nad klimatem” – mówi Helge Goessling. Próbując wypełnić tę lukę, osoby zajmujące się modelowaniem klimatu z AWI i Europejskiego Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF) przyjrzały się bliżej danym satelitarnym z NASAa także własne dane z ponownej analizy ECMWF, w których szereg danych obserwacyjnych łączy się ze złożonym modelem pogody. W niektórych przypadkach dane sięgają 1940 r., co pozwala na szczegółową analizę ewolucji globalnego budżetu energetycznego i zachmurzenia na różnych wysokościach.
„Naszą uwagę przykuł fakt, że zarówno w zbiorach danych NASA, jak i ECMWF rok 2023 wyróżniał się jako rok o najniższym albedo planetarnym” – mówi współautor dr Thomas Rackow z ECMWF. Albedo planetarne opisuje procent przychodzącego promieniowania słonecznego, które jest odbijane z powrotem w przestrzeń kosmiczną po wszystkich interakcjach z atmosferą i powierzchnią Ziemi. „Już w ostatnich latach zaobserwowaliśmy niewielki spadek. Dane wskazują, że w 2023 r. albedo planet mogło być najniższe od co najmniej 1940 r.”. Pogorszyłoby to globalne ocieplenie i mogłoby wyjaśnić „brakujące” 0,2 stopnia Celsjusza. Ale co spowodowało ten niemal rekordowy spadek albedo planet?
Spadek chmur na niższych wysokościach zmniejsza albedo Ziemi
Albedo powierzchni Ziemi spada od lat 70. XX wieku – częściowo z powodu zmniejszania się pokrywy śnieżnej i lodu morskiego w Arktyce, co oznacza również mniej białych obszarów odbijających światło słoneczne. Od 2016 r. sytuację tę pogłębia zanikanie pokrywy lodowej na Antarktydzie. „Jednak nasza analiza zbiorów danych pokazuje, że spadek albedo powierzchniowego w regionach polarnych odpowiada jedynie za około 15 procent ostatniego spadku albedo planet” – wyjaśnia Helge Goessling.
Albedo również znacznie spadło w innych miejscach. Aby obliczyć potencjalne skutki tego zmniejszonego albedo, badacze zastosowali ustalony model budżetu energetycznego, który jest w stanie naśladować reakcję temperaturową złożonych modeli klimatycznych. Co odkryli: gdyby nie obniżone albedo od grudnia 2020 r., średnia temperatura w 2023 r. byłaby o około 0,23 stopnia Celsjusza niższa.
Konsekwencje dolnego zachmurzenia
Wydaje się, że jeden trend znacząco wpłynął na zmniejszone albedo planet: spadek chmur na małych wysokościach na północnych średnich szerokościach geograficznych i w tropikach. Pod tym względem szczególnie wyróżnia się Atlantyk, czyli dokładnie ten sam region, w którym w 2023 r. zaobserwowano najbardziej niezwykłe rekordy temperatur. „Wyraźnie widać, że wschodni Atlantyk Północny, będący jedną z głównych przyczyn najnowszego skoku średniej globalnej temperatury, charakteryzował się znacznym spadkiem chmur na niskich wysokościach nie tylko w 2023 r., ale także – podobnie jak prawie cały Atlantyk – w ciągu ostatnich dziesięciu lat”. Dane pokazują, że zachmurzenie na małych wysokościach zmniejszyło się, natomiast na umiarkowanych i dużych wysokościach spadło jedynie nieznacznie, jeśli w ogóle.
Fakt, że za obniżone albedo odpowiedzialne są głównie chmury niskie, a nie chmury wyższe, ma istotne konsekwencje. Chmury na wszystkich wysokościach odbijają światło słoneczne, powodując efekt chłodzenia. Jednak chmury w wysokich, zimnych warstwach atmosfery również powodują efekt ocieplenia, ponieważ zatrzymują w atmosferze ciepło emitowane z powierzchni. „Zasadniczo daje to taki sam efekt, jak gazy cieplarniane” – mówi Helge Goessling. Ale niższe chmury nie mają takiego samego efektu. „Jeśli jest mniej niskich chmur, tracimy jedynie efekt chłodzenia, dzięki czemu jest cieplej”.
Ale dlaczego jest mniej niskich chmur? Prawdopodobnie czynnikiem przyczyniającym się do tego jest niższe stężenie aerozoli antropogenicznych w atmosferze, szczególnie w wyniku bardziej rygorystycznych przepisów dotyczących paliwa żeglugowego. Jako jądra kondensacji aerozole odgrywają zasadniczą rolę w tworzeniu się chmur, a jednocześnie same odbijają światło słoneczne. Ponadto mogły mieć na to wpływ naturalne wahania i sprzężenia zwrotne oceanu. Jednak Helge Goessling uważa za mało prawdopodobne, aby same te czynniki wystarczą i sugeruje trzeci mechanizm: samo globalne ocieplenie zmniejsza liczbę niskich chmur.
„Jeśli rzeczywiście duża część spadku albedo wynika z sprzężeń zwrotnych między globalnym ociepleniem a niskimi chmurami, jak wskazują niektóre modele klimatyczne, w przyszłości powinniśmy spodziewać się raczej intensywnego ocieplenia” – podkreśla. „Możemy zaobserwować globalne długoterminowe ocieplenie klimatu przekraczające 1,5 stopnia Celsjusza wcześniej, niż dotychczas oczekiwano. Pozostałe budżety emisji dwutlenku węgla związane z limitami określonymi w porozumieniu paryskim musiałyby zostać odpowiednio zmniejszone, a potrzeba wdrożenia środków w celu dostosowania się do skutków przyszłych ekstremalnych warunków pogodowych stałaby się jeszcze pilniejsza”.
Odniesienie: „Niedawny globalny wzrost temperatury zintensyfikowany przez rekordowo niskie albedo planetarne”, Helge F. Goessling, Thomas Rackow i Thomas Jung, 5 grudnia 2024 r., Nauka.
DOI: 10.1126/science.adq7280
