Климатична чувствителност: определение, роля на CO2 и прогноза за затопляне

Земята се затопля, защото хората отделят парникови газове в атмосферата. Това се нарича парников ефект, тъй като парникът спира част от слънчевата топлина да излезе навън, а тези газове спират част от топлината да излезе от Земята. Парниковият газ, който причинява най-голямо затопляне, е въглеродният диоксид (кратко наименование CO₂ ), а изгарянето на въглища е най-голямото нещо, което го вкарва в атмосферата. Климатичната чувствителност означава колко ще се затопли Земята, когато в атмосферата се изхвърли определено количество CO₂ . Обикновено тя означава колко по-топла ще бъде Земята, ако в атмосферата има два пъти повече CO₂ от 1750 г., преди хората да започнат да изгарят много въглища. Учените смятат, че когато количеството на CO₂ в атмосферата се удвои, всяка секунда на всеки квадратен метър на Земята се задържат допълнителни 4 джаула топлина и че след дълго време Земята ще бъде с около 3 °C по-гореща.

Какво точно означава „климатична чувствителност”?

Климатичната чувствителност обикновено се дава като две свързани величини:

• Еквилибриумна чувствителност (ECS) — колко ще се затопли средната глобална температура, след като системата на климата (включително океаните) достигне равновесие след двукратно увеличение на CO₂. Това е „дългосрочният” отговор и може да отнеме десетилетия до векове.
• Транзиентен отговор (TCR) — колко ще се затопли температурата в момент, когато CO₂ се увеличава постепенно (обикновено разглеждано при увеличение до двойно за 70 години). Това описва по-краткосрочния, „текущ” отговор на климата, преди да настъпи пълно равновесие.

Роля на CO2 и „радиационно принуждение”

Когато концентрацията на CO₂ в атмосферата се увеличи, това променя енергийния баланс на планетата: влизайки слънчева енергия остава приблизително същата, но излъчването на топлинна енергия обратно в космоса намалява. Това изменение в енергийния баланс се нарича радиационно принуждение. За двукратно увеличение на CO₂ стойността на това принуждение е приблизително 3.7 вата на квадратен метър (W/m²), което често се закръгля и посочва като ~4 джаула в секунда на кв.м (1 W = 1 J/s). Именно тази допълнителна задържана енергия е причината за очакваното затопляне.

Обратни връзки, които определят колко ще се затопли всъщност Земята

Самото увеличаване на CO₂ дава „начален удар” (радиационно принуждение), но окончателната промяна в температурата зависи от обратните връзки в климатичната система. Най-важните са:

• Водната пара — при затопляне атмосферата задържа повече влага; вода в газообразно състояние е силен парников газ, така че това е положителна обратна връзка (засилва затоплянето).
• Ледено-албедо — при затопляне снеговете и ледените покривки се топят, повърхностите стават по-тъмни и отразяват по-малко слънчева светлина, което допълнително затопля (положителна).
• Облаци — техният ефект е сложен: някои облаци отразяват слънчевата светлина (охлаждащ ефект), други задържат топлина (затоплящ ефект). Облачните обратни връзки са главен източник на несигурност.
• Промени в скоростта на охлаждане/нагряване на атмосферата (lapse rate) — частично компенсира водната пара и е често частично отрицателна обратна връзка.

Времеви мащаби

Важно е да се разбере, че пълното проявяване на климатичната чувствителност (ECS) може да отнеме много години до векове, защото океаните поемат голяма част от допълнителната топлина и забавят пълното затопляне. Затова TCR (по-краткосрочен отговор) обикновено е по-малък от ECS.

Оценки и несигурности

• IPCC AR6 (2021) дава за ECS вероятен диапазон около 2.5–4 °C с най-добра оценка около 3 °C за двукратно увеличение на CO₂. По-ранните оценки (AR5) бяха по-широки — 1.5–4.5 °C.
• TCR е оценен вероятно около 1.4–2.2 °C (най-добра оценка около 1.8 °C) в AR6.
• Основните източници на несигурност са свързани с облачните процеси и с това как аерозолите (малки частици във въздуха) влияят на радиационното принуждение.

Практическо значение

Климатичната чувствителност е критична за прогнози и политики, защото определя:

• Колко ще се затопли планетата при различни нива на емисии;
• Количеството въглерод, което можем да емитираме (остатъчен „въглероден бюджет”), за да останем под определено температурно увеличение;
• Колко бързо и колко драстични трябва да бъдат мерките за намаляване на емисиите, за да се избегнат по-екстремни промени в климата.

Кратко резюме

Климатичната чувствителност измерва затоплянето на Земята при двукратно увеличение на CO₂ (от около 1750 г. нивата, т.е. от ~280 ppm до ~560 ppm). Радианционното принуждение при такова увеличение е около 3.7 W/m² (често закръгляно до 4 J/s/m²), а дългосрочният отговор (ECS) най-вероятно е около 3 °C, с известна несигурност предимно заради облаците и аерозолите. Разбирането и свиването на тези несигурности е ключово за точни прогнози и ефективни климатични политики.

Защо е трудно да се разбере?

Трудно е да се определи колко чувствителен е климатът, тъй като след като парниковият ефект затопли малко Земята, има много различни видове обратни връзки, които могат да направят затоплянето по-бързо или по-бавно. Например топлината изпарява повече вода от морето, а тази водна пара сама по себе си е парников газ, който прави Земята още по-топла. Учените са сравнително сигурни, че повечето обратни връзки ускоряват затоплянето: но тъй като обратните връзки са много сложни, те не ги разбират много добре, а понякога компютрите им не са достатъчно бързи, за да направят достатъчно изчисления, за да получат добър отговор. Проектът, по който те работят заедно, за да разберат по-добре, се нарича Проект за взаимно сравняване на свързани модели (Coupled model intercomparison project - CMIP). Едно от нещата, които се опитват да разберат по-добре, са облаците, защото те могат да имат голямо значение.

 
Тази диаграма показва общата идея за чувствителността на климата. Когато хората изпускат CO2 , Земята се затопля. Това затопляне се засилва от повечето обратни връзки. Съществуват много различни видове обратни връзки. Една от тези обратни връзки е, че когато първото малко затопляне разтопи леда, който е отразявал голяма част от слънчевата светлина, тогава слънчевата светлина може да освети морето, което е било под леда, и да направи морето по-топло.  

Въпроси и отговори

В: Какво причинява затоплянето на Земята?

В: Кой е най-големият източник на въглероден диоксид в атмосферата?

В: Какво означава чувствителност на климата?

Въпрос: Колко допълнителна топлина се улавя при удвояване на CO2 в атмосферата?

В: Колко гореща ще стане Земята след дълго време, ако CO2 се удвои?

Въпрос: Какво пречи на част от топлината да излиза от Земята?

Търсене по буква