Klimatická budoucnost Země je nejistá, ale svět se musí připravit na změnu.

Vstupte do simulací klimatu, které znovu vytvářejí fyzikální interakce mezi pevninou, mořem a oblohou pomocí dobře známých fyzikálních zákonů a rovnic. Takové modely mohou nahlédnout do minulosti a rekonstruovat dávné doby ledové nebo horké světy s pomocí údajů získaných z hornin a ledových jader.

Klimatologové však tyto simulace používají také k tomu, aby si představili řadu různých možných budoucností, zejména v reakci na emise skleníkových plynů, které mění klima. Cílem těchto scénářů typu ChooseYour Own Adventure je předpovědět, co přijde v důsledku různých úrovní emisí během několika příštích desetiletí. To znamená stanovit horní a dolní hranice odpovědí na otázky, jako např: Jak horké bude počasí? Jak vysoko stoupne hladina moře?

Dobrou zprávou je, že klimatické simulace jsou stále lepší ve vytváření i těch nejjemnějších aspektů klimatických změn, jako je složitá fyzika mraků, vliv aerosolů a schopnost oceánu absorbovat teplo z atmosféry.

Ale jsou tu i špatné zprávy: Více informací neznamená vždy větší srozumitelnost. A to nyní nahrává nejistotě, jak špatný může být “nejhorší scénář” pro zemské klima.

Před pěti lety byly pravděpodobné nejhorší klimatické scénáře dostatečně znepokojivé. Podle takzvaného scénáře “business-as-usual”, kdy lidstvo nepřijme žádná opatření ke snížení emisí skleníkových plynů, se planeta do roku 2100 měla oteplit o 2,6 až 4,8 stupně Celsia ve srovnání s průměrnou teplotou Země v letech 1986 až 2005 (SN:4/13/14). Podle zprávy Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) z roku 2014 se předpokládalo, že průměrná globální hladina moří se při stejném scénáři zvýší až o metr.

Nejnovější generace klimatických modelů však naznačuje, že zemské klima může být ještě citlivější na velmi vysoké hladiny oxidu uhličitého v atmosféře, než se dříve myslelo. A to zase zvyšuje prognózy toho, jak horké by mohlo být.

“Vedeme diskuse o tom, zda těmto modelům věřit,” říká Andrew Gettelman, klimatolog z Národního centra pro výzkum atmosféry (NCAR) v Boulderu v Kalifornii.

Je to proto, že simulace používají stejné rovnice pro zkoumání minulých a budoucích klimatických podmínek. A mnoho simulací se stále potýká s problémy při přesném znovuvytvoření klimatu velmi teplých časových období v minulosti, jako byla například epocha eocénu (SN: 11/3/15). Ukazuje se, že jak se svět otepluje, nejistoty začínají narůstat. “Nikdo se nepře o to, zda méně než 2 stupně,” říká Gettelman. “Hádáme se o horní hranici.”

Zvýšení teploty

První náznak toho, že se s nejnovějšími modely děje něco velmi podivného, přišel v březnu na setkání vědců a modelářů pracujících na nové generaci simulací klimatu v Barceloně. Mnohé z těchto simulací mají být zahrnuty do příští hodnotící zprávy IPCC, jejíž první část má být vydána v dubnu 2021.

Všechny simulace zahrnují odhady něčeho, čemu se říká rovnovážná citlivost klimatu neboli ECS. To v podstatě znamená, jak by mělo budoucí zemské klima reagovat na nový normál – konkrétně na atmosféru, která obsahuje dvakrát více oxidu uhličitého než v předindustriální době.

Podobný trend ukazuje několik známých simulací, které vypracovaly týmy NCAR, amerického ministerstva energetiky, anglického Hadley Centre for Climate Prediction and Research v Exeteru a pařížského Institut PierreSimon Laplace neboli IPSL. V těchto modelech byl ECS vyšší, což znamená, že Země byla citlivější na oxid uhličitý, než v předchozích generacích modelů. Pokud je to reálné, naznačuje to, že tyto plyny mohou mít na zemskou atmosféru ještě větší vliv, než se předpokládalo. V konečném důsledku by to mohlo znamenat, že teploty by mohly být vyšší, než předpokládaly i nejvyšší předchozí prognózy.

V září vědci z IPSL a francouzského Národního centra pro vědecký výzkum (CNRS), rovněž v Paříži, zveřejnili své simulace. Na základě prognóz dvou samostatnýchklimatických modelů týmy uvedly, že průměrné globální oteplení do roku 2100 by se mohlo vyšplhat až na 6 až 7 stupňů Celsia (tedy asi 11 až 13 stupňů Fahrenheita) oproti předindustriální době.

Stejně jako mnoho jiných klimatických simulací nové generace se oba francouzské modely vyznačují jemnějším rozlišením a lépe reprezentují reálné podmínky než minulé simulace. Při testování s pozorováními současného klimatu nové simulace také lépe reprodukují tato pozorování, říká klimatolog CNRS Olivier Boucher.

Vysoký ECS však zůstává překvapením. “Náš je lepší” z hlediska fyziky, říká Boucher. “Ale neznamená to, že máme větší jistotu pro budoucí prognózy.”

Tento hlavolam ECS, který některé modely stále vykazují, se znovu objevil 21. listopadu na zasedání rady NationalAcademy of Sciences pro vědu o atmosféře a klimatu ve Washingtonu, D.C. Nejpravděpodobnější příčina vysokého ECS, řekl Gettelman na zasedání, je v tom, jak moc modely odhadují, že mrakyzvýší oteplování (SN: 3/22/14). Záleží mimo jiné na tom, jak vysoko se mraky v atmosféře nacházejí: Mraky v nižších výškách mohou odrážet světlo zpět do vesmíru, zatímco mraky ve vyšších výškách mohou zadržovat teplo. Gettelman a jeho kolegové se významem mraků při modelování ECS zabývali také včervenci v časopise Geophysical Research Letters.

“Mraky ve vysokých zeměpisných šířkách vypadají, že jsou docela důležité,” říká Gettelman. Obzvláště zajímavá je oblast nad jižním oceánem, ale nyní se připravují studie, které zkoumají vliv mraků ve vysokých nadmořských výškách v Arktidě i mraků v nižších nadmořských výškách v tropech.

Nové paradigma

Přijít na to, jak diskutovat o výškových modelech ECS, bude pravděpodobně bolestí hlavy pro autory příští zprávy IPCC. Prostředí simulací klimatu se komplikuje i v jiných ohledech.

Pro zprávu IPCC z roku 2014 se klimatičtí modeláři podíleli také na páté iteraci projektu, jehož cílem je stanovit standardy a scénáře pro klimatické projekce. Tento projekt se nazývá WorldClimate Research Programme’s Coupled Model Intercomparison Project, zkráceně CMIP5.

Předpovědi budoucnosti v rámci projektu CMIP5 byly uspořádány pomocí konceptu zvaného “reprezentativní cesty koncentrace” neboli RCP. Každá z nich popisuje možnou budoucnost klimatu na základě fyzikálních účinků skleníkových plynů, jako je oxid uhličitý a metan, které se udržují v atmosféře a zachycují sluneční záření. Země, na níž se emise skleníkových plynů dramaticky a rychle omezí, byla reprezentována scénářem nazvaným RCP 2.6. Scénář, při němž se nezmění dosavadní vývoj, byl znám jako RCP 8.5.

Příští šestá hodnotící zpráva IPCC bude vycházet z prognóz CMIP6, nových citlivějších modelů. A v nich jsou RCP vyřazeny a nastupuje nové paradigma zvané “sdílené socioekonomické cesty” neboli SSP.

Zatímco projekce RCP vycházejí pouze z toho, jak různé koncentrace plynů ohřívají atmosféru, projekce SSP zahrnují také společenské změny, jako jsou změny v demografii, urbanizaci, ekonomickém růstu a technologickém rozvoji. Vědci doufají, že díky sledování toho, jak tyto změny mohou ovlivnit budoucí změny klimatu, mohou SSP také pomoci státům lépe posoudit, jak splnit vlastní emisní cíl, k němuž se zavázaly v rámci Pařížské dohody(SN: 12/12/15).

Data drive

Lidské chování není jediným zdrojem nejistoty, pokud jde o předvídání nejhorších scénářů. Vědcise také potýkají se simulací složitých fyzikálních interakcí ledua oceánu a atmosféry, zejména při dalším nárůstu teplot.

“Většina oceánů má na sobě vzduch a oceány mají na sobě led. A led se pohybuje, led se vzájemně ovlivňuje. Je to velmi složitá věc,” říká Richard Alley, aglaciolog z Penn State.

Klimatické modely se teprve nyní dostávají do bodu, kdy jsou schopny reprodukovat mnoho z těchto interakcí tím, že je “spojí” do jedné simulace, říká Alley. To je klíčové pro přesné předpovědi možných budoucností: Takovéto propojené simulace odhalují, jak se tyto interakce vzájemně ovlivňují, což zvyšuje potenciál ještě vyšších teplot nebo ještě vyšších moří.

Při předvídání takzvaného nejhoršího scénáře však zůstává řada zdrojů možné nejistoty. Například to, jak rychle budou moře stoupat, souvisí s tím, jak rychle budou obrovské ledové příkrovy pokrývající Grónsko a Antarktidu ztrácet led do oceánu, a to prostřednictvím tání nebo kolapsu (SN: 9/25/19).

Klimatické simulace toto tání stále dobře nereprodukují, a to ani ve zvláštní zprávě IPCC o dopadech změny klimatu na led a oceány vydané v říjnu 2019. Částečně je to proto, že vědci plně nerozumí tomu, jak led reaguje na změnu klimatu, říká glaciolog Eric Rignot z Kalifornské univerzity v Irvine. “Děláme pokroky,” říká, “ale ještě nejsme u konce.”

Jednou z největších nejasností je, jak mohou oteplující se oceány interagovat s rozsáhlými spodními částmi ledovců lemujících ledové příkrovy a erodovat je, říká Rignot. Určit, jak by k takové erozi mohlo docházet, vyžaduje podrobné batymetrické mapy, mapy tohoto dna, které mohou odhalit hluboké kanály, jež umožňují teplejší oceánské vodě vplížit se do fjordů a rozežírat ledovce (SN: 4/3/18).On a jeho kolegové některé z těchto map pro Grónsko vytvářejí.

Vědci se také snaží získat data z terénu, aby mohli řešit další nejistoty, například jak může oteplování změnit chování samotných ledovců, které se natahují, ohýbají a kloužou po zemi. V roce 2018 zahájila mezinárodní spolupráce vědců pětiletý projekt, jehož cílem je studovat rozpad ledovce velikosti FloridyThwaites v Západoantarktickém ledovém štítu v reálném čase. Teplé oceánské vody ztenčují ledovec, který podpírá ledový příkrov jako opěra, a zpomalují tok ledu směrem k oceánu. Thwaites se pravděpodobně zhroutí, možná během několika příštích desetiletí.

A existují i dalšíprocesy, které zatím nejsou zahrnuty v modelech CMIP a které by mohly způsobit rychlý pád ledu do moře: Tající voda proniká trhlinami a prasklinami k základně ledového příkrovu a promazává jeho skluz z pevniny do oceánu. Tající voda může také zmrznout do pevných, nepropustných desek, které mohou urychlit tok novější tající vody do oceánu (SN: 9/18/19). Možná nejděsivější je, že někteří vědci naznačují, že budoucí oteplování by mohlo způsobit, že obří strmé ledové útesy Antarktidy náhle ztratí velké kusy ledu do oceánu, což by rychle zvýšilo hladinu moře (SN: 2/6/19).

Existuje dobrý důvod, proč současné klimatické modely s hypotézou ledových útesů nepočítají, říká Alley. “Nejlepší modely, ty, u kterých můžete mít největší důvěru, že rekonstruují to, co se stalo v poslední době, obecně nevynakládají mnoho úsilí na rozbíjení věcí,” říká. Problém není v simulaci fyziky odlamování kusů ledu, ale v simulaci toho, které ledové šelfy se přesně odlomí – a kdy. Proto je potenciální chyba při simulaci těchto procesů velmi velká.

“V tom je nyní v komunitě velké napětí,” dodává Alley. “Jak se s tím vypořádat, se zatímprovádí velmi obtížně.”

Ve zvláštní zprávě IPCC z roku 2019 byla hypotéza ledového útesu zaznamenána, ale byla považována za krajně nepravděpodobnou. To však neznamená, že je to nemožné, říká Alley – nebo že se to v minulosti nestalo. Důkazy z oceánských sedimentů ukazují, že se obří ledovce v minulosti odlomily od kontinentálních útesů a roztály v moři. Pokud ledovec Thwaites ustoupí až do nitra Antarktidy, mohlo by pokračující tání vytvořit masivní útesy dvakrát tak vysoké a desetkrát tak široké, než jaké byly pozorovány v Grónsku, poznamenal v prosinci na výročním zasedání Americké geofyzikální unie v San Francisku.

MIPCC “předpokládá, že budeme mít štěstí a nestane se to,” řekl Alley. Údaje o oceánských sedimentech však vyvolávají “opravdu vážné otázky ohledně tohoto předpokladu”.

Gettelman mezitím upozorňuje, že přetrvávající nejistota v budoucích prognózách neznamená, že by svět měl čekat, co se stane, nebo že by na to vědci měli přijít. “Ve skutečnosti to znamená, že musíme brzy něco udělat,” říká. Ať už se ukáže, že prognózy vysoké teploty nebo vzestupu mořské hladiny jsou reálné, nebo ne, “je to pořád dost špatné”.