Zmiana klimatu

Średnia globalna anomalia temperatury w latach 1850–2020 (odchylenie od średniej z lat 1850–1900) według analiz różnych instytutów klimatologicznych.

Zmiana klimatu – zmiana stanu systemu klimatycznego, opisywana w kategoriach zmiany średniej lub zmienności jakiegoś parametru, a która utrzymuje się przez dłuższy czas[1]. Pod pojęciem klimatu rozumie się średni stan atmosfery i oceanu w skalach od kilku lat do milionów lat, a precyzyjniej, statystyczny opis stanu systemu klimatycznego przy pomocy takich miar statystycznych jak średnia czy wariancja odnoszących się do parametrów meteorologicznych. Zmiany klimatu wynikać mogą z działania wymuszeń klimatycznych, zarówno naturalnych (takich jak ilość dochodzącego promieniowania słonecznego), jak i działalności człowieka (jak emisja gazów cieplarnianych); mogą być również skutkiem wewnętrznej zmienności klimatycznej. Na przełomie XX i XXI wieku termin „globalna zmiana klimatu” zaczął być używany w kontekście globalnego ocieplenia (wzrostu średniej temperatury powierzchni Ziemi w odpowiedzi na wzrost koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze) oraz towarzyszących mu zjawisk (np. zmiany w występowaniu opadów, ekstremalnych zjawisk pogodowych)[2].

Metody badań zmian klimatu

Przyczyny zmian klimatu są badane za pomocą:

  • badań paleoklimatycznych,
  • pomiarów bezpośrednich w atmosferze i prac polowych,
  • reanalizy istniejących danych,
  • numerycznych modeli ogólnej cyrkulacji Ziemi (ang. General Circulation Models, w skrócie GCM).

Każda z tych metod ma zalety i wady.

Badania paleoklimatyczne

Jedną z metod wnioskowania o obecnych zmianach klimatu jest zrozumienie zjawisk powodujących zmiany klimatu w przeszłości. Te metody noszą ogólną nazwę badań paleoklimatycznych.

Badania polowe

Inną metodą badania zmian klimatu jest prowadzenie badań eksperymentalnych w atmosferze. Podczas gdy zmiany klimatu mierzone są w kategoriach lat, intensywne pomiary polowe prowadzone są zazwyczaj przez kilka tygodni. W badaniach polowych wybiera się zazwyczaj pewien proces fizyczny. Przykładowo, w czasie zimowego monsunu indyjskiego na półkuli północnej jest dużo zanieczyszczeń przywiewanych z Indii nad Ocean Indyjski. W tym samym czasie na półkuli południowej nie ma zanieczyszczeń. Tę różnicę można wykorzystać do zrozumienia roli pyłów zawieszonych na zmianę klimatu. W ostatniej dekadzie przeprowadzono kilka eksperymentów klimatycznych badających różne aspekty zmian klimatu: CEPEX, INDOEX, FIRE-Cirrus, ARESE, SUCCESS, MINOS, ACE-Asia, ACE-2 i inne.

Ponowna analiza istniejących danych

Ciągi pomiarowe nawet najbardziej podstawowych wielkości atmosferycznych, takich jak temperatura powierzchni Ziemi, są bardzo krótkie. Większość systematycznych pomiarów zaczęto dokonywać dopiero po II wojnie światowej. Jakość tych danych zależy od kraju, w którym robione były pomiary; problemem jest duża odległość pomiędzy stacjami pomiarowymi, zwłaszcza w obszarach oceanicznych. Jednym z największych sukcesów współczesnej meteorologii jest użycie metod teledetekcyjnych z satelitów meteorologicznych i z pomiarów naziemnych. Pozwoliło to na uzyskiwanie globalnych informacji na temat rozkładu temperatury z wysokością, na temat prędkości wiatru na powierzchni oceanu lub na temat ilości chlorofilu w oceanie (kolor oceanu). Dodatkowym problemem w ocenie zmian klimatu jest fakt, że techniki pomiarowe zmieniają się w czasie. Rozwiązaniem było ujednolicenie pomiarów za pomocą technik asymilacji danych i przeprowadzenie dokładnej analizy jakościowej. Metoda ta nazywa się ponowną analizą danych meteorologicznych, które dostępne są na szczegółowym poziomie dla atmosfery i powierzchni Ziemi od lat 60.–70. XX

Numeryczne modele ogólnej zmiany klimatu

Zebrane dane klimatyczne służą za bazodanową podstawę do komputerowych programów modeli klimatycznych. Do modelowania klimatu używa się superkomputerów, których moc obliczeniowa ciągle rośnie, pozwalając na coraz dokładniejsze prognozy.

Modele numeryczne globalnej cyrkulacji (GCM) Ziemi opierają się na modelach podobnych do modeli numerycznych używanych w prognozie pogody. Innymi słowy, z pierwszych zasad fizycznych opisuje się przepływ powietrza w atmosferze, a wiele procesów fizycznych, takich jak pokrywa chmur, oddziaływanie powietrza w swobodnej atmosferze z górami, transport aerozoli atmosferycznych, ilość energii słonecznej absorbowanej i odbijanej w atmosferze, jest parametryzowanych na podstawie równań fizyki. Np. wymiana promieniowania słonecznego w modelach GCM jest opisana najczęściej za pomocą dwustrumieniowego przybliżenia równania transportu. Zaletą modeli GCM jest możliwość studiowania różnych scenariuszy. Np. można zadać pytanie, jaki jest wpływ na średnią temperaturę na powierzchni Ziemi dwukrotnego zwiększenia ilości dwutlenku węgla. Można też zrekonstruować, jakie są czynniki wpływające na zmiany temperatury. Wadą modeli numerycznych GCM jest to, że parametryzacje (przybliżenia) stosowane do opisu zjawisk fizycznych mogą być kwestionowane oraz fakt, że rozdzielczość modeli GCM (jak blisko oddalone są od siebie kolejne punkty na siatce opisującej wyniki symulacji) jest ograniczona. Można w przybliżeniu powiedzieć, że modele numeryczne GCM badają scenariusze lub hipotezy sprzężeń zwrotnych (ang. feedback) pomiędzy różnymi elementami klimatu.

Naturalne czynniki zmiany klimatu

Wpływające na klimat czynniki naturalne można podzielić na dwie kategorie. Pierwszą jest niewymuszona zmienność klimatyczna, będąca głównie konsekwencją wewnętrznych interakcji i przepływu energii pomiędzy atmosferą a oceanami. Najlepiej poznanym przykładem takiego rodzaju zmienności jest zjawisko El Niño. Drugą kategorię stanowią różne rodzaje naturalnych wymuszeń klimatycznych, które działają poprzez zmianę ilości energii krążącej w systemie klimatycznym. W skalach czasowych lat, dekad i stuleci najważniejszymi z tych naturalnych wymuszeń są zmiany aktywności słonecznej i erupcje wulkaniczne.

Teoria cykli Milankovicia

Jeden z astronomicznych czynników kontrolujących zmiany klimatu na ziemi. Zmiana nachylenia osi obrotu Ziemi.
Na czerwono, zielono, i niebiesko zaznaczone są zmiany parametrów astronomicznych w czasie ostatniego miliona lat. Na żółto zaznaczona jest ilość dochodzącej energii słonecznej na 65N. Na czarno zaznaczone są stadia oblodzenia na Ziemi.

Milutin Milanković pomiędzy 1911 a 1941 rokiem opracował teorię rekonstrukcji warunków klimatycznych panujących dawniej na Ziemi w zależności od cykli astronomicznych (cykl ekscentryczny, cykl skośny i cykl precesyjny). Ta ogólnie przyjęta teoria jest przykładem zewnętrznego wpływu na warunki klimatyczne Ziemi.

Zmiany stałej słonecznej

Liczba plam słonecznych – nieregularne zmiany aktywności Słońca od 1610 roku
Zmiana stałej słonecznej w czasie ostatnich 30 lat. Widać cykl 11-letni. Oznaczenia wykresów: irradiancja (dzienna/roczna), plamy słoneczne, rozbłysk słoneczny, strumień radiowy 10,7 cm.

‘Zmienną’ o podstawowym znaczeniu dla klimatu na Ziemi jest Słońce. Zmiana ilości energii dochodzącej do Ziemi ulega zmianie niezależnej od cykli Milankovicia. Istnieje wiele prac naukowych łączących zmianę stałej słonecznej ze zmianami klimatu, m.in. przed rewolucją przemysłową. Nawiązują one m.in. do wystąpienia średniowiecznego optimum klimatycznego i tzw. małej epoki lodowej.

Wpływ erupcji wulkanów

Erupcja wulkanu Tambora (VEI=7)[3], od 5 kwietnia do 15 kwietnia 1815 w Indonezji wprowadziła 70 Gt popiołu wulkanicznego do atmosfery, sięgając warstw ponad 40 km i powodując największy egzystencjalny kryzys w czasach nowożytnych[4]. Mróz w maju 1815 w Ameryce Północnej zniszczył większość plonów, a w czerwcu dwie wielkie burze śnieżne we wschodniej Kanadzie i w Nowej Anglii doprowadziły do wielu ofiar śmiertelnych. Na początku czerwca w mieście Quebec leżało prawie 30 cm śniegu, co dodatkowo w konsekwencji doprowadziło do wymrożenia ziemi i zniszczenia upraw.

Erupcja pogłębiła efekt Minimum Daltona, małej aktywności słonecznej w latach 1790–1830 oraz erupcji innych wulkanów: Mayon w 1814 roku, Soufrière (Saint Vincent) w 1812 oraz być może nieznanego wulkanu około 1810 r. Erupcję wulkanu ‘napędzały’ gazy wulkaniczne SO2 i głównie CO2, których wyrzut przyspieszył koniec małej epoki lodowej. Poziom CO2 tej epoki osiągnął minimum 275 ppm około 1800[5].

Stężenie SO2 w lodzie z Greenlandii

Gazy cieplarniane i pyły zawieszone

Wiele gazów cieplarnianych, takich jak dwutlenek siarki czy dwutlenek węgla, jest produkowanych w naturalnych procesach biologicznych. Dla przykładu wiele typów fitoplanktonu produkuje propionian siarczku metylu (ang. dimethyl sulphoniopropionate (DMSP)), który jest przekształcany na siarczek metylu (ang. DMS dimethyl sulphide). Obecność DMS w atmosferze prowadzi do zwiększonej ilości aerozoli siarczanowych. Podobnie aerozol soli morskiej jest związany z prędkością wiatru, czyli jest pochodzenia naturalnego, z wyjątkiem sytuacji gdy prędkość wiatru jest modulowana poprzez antropogeniczne zmiany temperatury na Ziemi.

Zmiana stężenia dwutlenku węgla w atmosferze obserwowana na Hawajach. Pomiary C.D. Keelinga.

Antropogeniczne czynniki zmiany klimatu

Gazy cieplarniane

Najpowszechniejszym gazem cieplarnianym jest para wodna. Stężenie innego gazu cieplarnianego – dwutlenku węgla – wynosi obecnie ponad 400ppm. Dwukrotny wzrost dwutlenku węgla spowoduje, na podstawie rekonstrukcji modeli numerycznych, zmianę temperatury na ziemi o około +3 °C[6]. Zmiana ta jest tylko w małym stopniu spowodowana bezpośrednim wpływem absorpcji promieniowania słonecznego przez dwutlenek węgla, a w dużym stopniu poprzez sprzężenie zwrotne temperatury z ilością chmur i pary wodnej w atmosferze.

Aerozole atmosferyczne (pyły zawieszone)

Aerozole atmosferyczne (pyły zawieszone) dzielą się na cztery podstawowe grupy: (a) cząstki siarczanów (b) pyły mineralne (c) aerozol soli morskiej oraz (d) pyły węglowo-grafitowe (sadza lub związki organiczne węgla). Część z aerozoli atmosferycznych tworzy się na prekursorach gazowych powodowanych działalnością człowieka. Tylko dwa typy pyłów zawieszonych są absorbujące: sadza i tlenki żelaza w drobinach piasku (pyły mineralne). Ostatnio absorbujące własności sadzy i pyłów mineralnych są bardzo intensywnie badane, ponieważ ich efekt jest podobny do efektu gazów cieplarnianych.

Zdjęcie satelitarne zanieczyszczeń spowodowanych pożarami w Chinach zrobione za pomocą instrumentu MODIS. Zanieczyszczenia tego typu mogą modyfikować strukturę opadu atmosferycznego.

Chmury i efekty pośrednie

Pomimo że bezpośrednie czynniki zmian klimatu są powszechnie dyskutowane (takie jak gazy cieplarniane czy sadze), to efekty pośrednie związane z tymi czynnikami mają często znacznie większe znaczenie klimatyczne. Dla przykładu, dwutlenek węgla pochłania około 2 watów na metr kwadratowy, podczas gdy chmury odbijają około 50% przychodzącego promieniowania słonecznego (czyli w tropikach w środku dnia około 500 watów na metr kwadratowy). Innymi słowy efekt chmur na zmianę klimatu może być kilkaset razy większy niż efekt cieplarniany dwutlenku węgla. Jednak nie należy z tego wyciągać wniosku, że gazy cieplarniane nie są istotne. Oddziałują one z atmosferą w sposób ciągły i mogą powodować zmianę pokrywy chmur. Innym przykładem efektu pośredniego jest zmiana wielkości i ilości kropli w chmurach w sytuacji, gdy w atmosferze jest dużo małych pyłów zawieszonych (aerozoli). Ten efekt powoduje zmianę odbijalności chmur. To właśnie efekty pośrednie są jednymi z najważniejszych antropogenicznych czynników zmiany klimatu.

Przyczyny zmian klimatu

Powody zmian klimatu można podzielić na dwie grupy: zmiany wywołane (a) czynnikami naturalnymi (b) efektami antropogenicznymi (działalność człowieka). Wiele scenariuszy ogólnych zmian klimatu jest formułowanych w postaci prostych hipotez sprzężeń zwrotnych (zob. punkty krytyczne w ziemskim systemie klimatycznym), w których zmiana jednego parametru powoduje zmianę innych parametrów. Przykładowe powody zmian klimatu są opisane poniżej. Istnieje wiele innych hipotez.

Gazy cieplarniane

Efekt cieplarniany to proces, w którym absorpcja i emisja promieniowania podczerwonego przez gazy atmosferyczne ogrzewa dolną atmosferę (troposferę) i doprowadza do wzrostu temperatury powierzchni planety.

Naturalnie występujące gazy cieplarniane podnoszą przeciętną temperaturę Ziemi o około 33 °C, dzięki czemu jest ona zamieszkiwalna[7]. Główne gazy cieplarniane na Ziemi to para wodna, odpowiedzialna za 50% efektu cieplarnianego (razem z chmurami 75%); oraz dwutlenek węgla, powodujący 19% efektu; metan, ozon, podtlenek azotu, inne gazy odpowiedzialne są za mniej niż 7% efektu cieplarnianego[8]. Ze względu na nieliniowość wpływu na transport promieniowania poszczególnych gazów cieplarnianych udziały poszczególnych gazów są określone z pewnym przybliżeniem. Związane to jest z tym, że widma absorpcyjne poszczególnych gazów cieplarnianych nie są rozłączne, a ilość pary wodnej w atmosferze zależy silnie od temperatury.

Bezpośredni efekt absorpcji promieniowania ziemskiego przez dwutlenek węgla jest mały. Jednak efekty wtórne związane ze zwiększoną ilością pary wodnej w atmosferze (ze względu na większą temperaturę troposfery) mogą spowodować zmianę w pokrywie chmur i w efekcie znacznie większe zmiany klimatyczne.

Teoria CLAW

W 1987 Charlson, Lovelock, Andreae oraz Warren zaproponowali, że wzrastająca temperatura Ziemi doprowadzi do rozwoju większej ilości fitoplanktonu. Wiele typów fitoplanktonu produkuje dimetylosulfoniopropionian (DMSP (CH3)2S+CH2CH2COO), który jest przekształcany na siarczek dimetylu (DMS (CH3)2S). Obecność DMS w atmosferze prowadzi do zwiększonej ilości aerozoli siarczanowych. Autorzy zakładają, że aerozole siarczanowe nad oceanami służą jako jądra kondensacji chmur. Chmury zwiększają ilość promieniowania słonecznego odbitego, co powoduje zmniejszenie temperatury powierzchni Ziemi. Hipoteza CLAW jest przykładem (ujemnego) sprzężenia zwrotnego zjawisk klimatycznych. Modele ogólnej cyrkulacji atmosfery mogą być używane do testów hipotezy CLAW. Obecnie coraz większą uwagę zwraca się na sprzężenia zwrotne pomiędzy zmiennymi atmosferycznymi i innymi parametrami otoczenia (np. biologia morza, jak w przypadku hipotezy CLAW).

Teoria termostatu tropikalnego

Jedną z hipotez ogólnych zmian klimatu jest oddziaływanie chmur lodowych typu cirrostratus i ich wpływ na regulację temperatury oceanu w atmosferze tropikalnej. Obserwuje się, że w tropikach temperatura oceanu prawie nigdy nie przekracza pewnej granicznej temperatury. Teoria kontroli temperatury oceanu w tropikach zakłada, że zwiększona temperatura oceanu powoduje powstawanie najpierw wypiętrzonych chmur cumulus, a potem rozległych chmur cirrus. Chmury te odbijają promieniowanie słoneczne dochodzące do Ziemi i zmniejszają jej temperaturę. Jest to przykład ujemnego sprzężenia zwrotnego. Hipotezę tę opublikował w 1993 Ramanathan i Collins, i była ona następnie badana w eksperymencie [[Central Equatorial Pacific Experiment|CEPEX]].

Aerozole

Hipoteza oziębiającego wpływu aerozoli atmosferycznych (pyłów zawieszonych) związana jest z ich własnościami odbijania promieniowania słonecznego z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Przez wiele lat myślano o aerozolach (czyli cząstkach siarczanów, pyłach mineralnych, aerozolu soli morskiej) jako o cząstkach głównie odbijających. Obecnie coraz częściej bada się rolę aerozoli związków węglowo-grafitowych (sadza), które są w stanie absorbować promieniowanie atmosferyczne. Żeby rozważyć ten scenariusz sprzężenia zwrotnego, ogólne numeryczne modele cyrkulacji atmosfery muszą uwzględniać procesy zmian chemicznych atmosfery i emisję (powstawanie) i transport pyłów zawieszonych.

Efekt motyla

Hipoteza wpływu skrzydeł motyla jest jedną z najbardziej znanych hipotez zmian klimatu i pogody. Jest to hipoteza mówiąca o telekonekcjach (oddziaływaniach na odległość) pomiędzy zjawiskami pozornie nie związanymi ze sobą. W szczególności uważa się, że małe lokalne zaburzenie w przepływie powietrza może powodować duże zaburzenie przepływu w znacznej odległości od początkowego zaburzenia. Hipoteza ta tłumaczy, dlaczego zjawiska pogodowe są trudne do prognozowania. Ogólne modele numeryczne cyrkulacji ziemskiej są oczywiście podatne na tego typu błędy. Wobec tego przeprowadza się obliczenia dla wiązek (kilkunastu) zbliżonych sytuacji, a średnia z wyników opisuje klimat. (Patrz też: Edward Lorenz.)

Efekt pary wodnej

Efekt tęczówki w meteorologii to kontrowersyjny mechanizm klimatycznego sprzężenia zwrotnego wiążącego parę wodną, temperaturę oceanu i pokrywę wysokich chmur w tropikach. Według tej hipotezy klimatycznej zwiększona temperatura oceanu związana z globalnym ociepleniem prowadzi do zmniejszenia pokrywy chmur w atmosferze tropikalnej. W związku z tym powierzchnia ziemi może wyemitować więcej energii cieplnej, co prowadzi do oziębienia. Zwiększona ilość pary wodnej, według tej hipotezy, prowadzi do stabilizacji klimatu. Nazwa tęczówka jest analogią do fizjologii oka, którego tęczówka może się zwężać lub rozszerzać, regulując ilość dochodzącego światła.

Globalne ocieplenie

Globalna temperatura powierzchni w latach 1970–2020 rosła szybciej niż w którymkolwiek innym 50-leciu w ciągu ostatnich 2000 lat. Temperatury w latach 2011–2020 były wyższe od tych podczas ostatniego kilkusetletniego ciepłego okresu sprzed ok. 6500 lat i podobne do średnich temperatur w ciepłym okresie który miał miejsce ok. 125 000 lat temu[9].

Przyczyny zmian klimatu w historii geologicznej Ziemi są tematem intensywnych badań. Kolejne raporty Międzyrządowego Zespołu do spraw Zmian Klimatu (IPCC) precyzują obecny stan wiedzy na temat przyczyn zarówno globalnego ocieplenia, jak i zmian klimatu które miały miejsce w odległej przeszłości. Raport podsumowujący IPCC, opublikowany w 2013, potwierdził że większość globalnej zmiany temperatury w okresie 1951-2010 należy przypisać działalności człowieka (przede wszystkim emisjom CO2)[10]. Nowsze analizy przypisują czynnikom antropogenicznym większość z globalnego ocieplenia o wartości około 1 °C mierzonego od roku 1850[11][12].

Zobacz też

Przypisy

  1. IPCC: IPCC 2018 Special Report Glossary.
  2. Mit: Zmieniono „globalne ocieplenie” na „zmianę klimatu”. Marcin Popkiewicz (tłum.), naukaoklimacie.pl, 4 listopada 2013 [dostęp 2020-06-29].
  3. Bellrock.org.uk „The Year without a Summer”.
  4. J.D.Post „The Last Great Subsistence Crisis in the Western World”, The Johns Hopkins University Press, Baltimore 1977.
  5. Historical CO2 Records from the Law Dome DE08, DE08-2, and DSS Ice Cores.
  6. Paul VoosenJul. 22, 2020, 10:00 Am, After 40 years, researchers finally see Earth’s climate destiny more clearly, Science | AAAS, 22 lipca 2020 [dostęp 2020-11-02] (ang.).
  7. IPCC: IPCC WG1 AR4 Report – Chapter 1: Historical Overview of Climate Change Science (ang.). W: IPCC WG1 AR4 Report [on-line]. 2007. s. 97 (5 z 36 pdf). [dostęp 2008-04-04]. [zarchiwizowane z tego adresu (2018-11-26)].
  8. Gavin S Schmidt. Attribution of the present-day total greenhouse effect. „Journal of Geophysical Research: Atmospheres”. Tom 115, nr D20, 2010. 
  9. IPCC, 2021: Podsumowanie dla Decydentów. W: Zmiana Klimatu 2021: Fizyczne Podstawy Naukowe. Wkład I Grupy Roboczej do Szóstego Raportu Oceny Międzyrządowego Zespołu ds. Zmiany Klimatu. [V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu and B. Zhou (red.)]. Cambridge University Press. W druku. s. 9.
  10. N.L. Bindoff: Detection and Attribution of Climate Change:from Global to Regional (ang.). W: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [on-line]. Międzyrządowy Zespół do spraw Zmian Klimatu., 2013-12-23. [dostęp 2020-10-28]. [zarchiwizowane z tego adresu (2020-10-07)].
  11. Karsten Haustein, Friederike Otto. A Limited Role for Unforced Internal Variability in Twentieth-Century Warming. „Journal of Climate”. Tom 32 Numer 16 s. 4893–4917. 
  12. Nathan Gillett. Constraining human contributions to observed warming since preindustrial. „Nature Climate Change”. In press. 

Linki zewnętrzne

Media użyte na tej stronie

Sunspot numbers pl.svg
Autor: Slashme, translation & additional descriptions by Szczureq, Licencja: CC BY-SA 3.0
Liczba plam obserwowanych na Słońcu od 1610 roku. Widoczne są pewne okresowości, głównie cykl 11-letni (okres 131 ± 14 miesięcy). Zielona linia reprezentuje ciągłe obserwacje (średnie miesięczne) z Solar Influences Data Center, od 1749 roku. Czerwona linia odpowiada sporadycznym obserwacjom prowadzonym od 1610 roku.
Milankovitch Variations.png
Autor: This image was produced by Robert A. Rohde from publicly available data, and is incorporated into the Global Warming Art project., Licencja: CC-BY-SA-3.0
This figure shows the variations in Earth's orbit, the resulting changes in solar energy flux at high latitude, and the observed glacial cycles.

According to Milankovitch Theory, the precession of the equinoxes and the apsides, variations in the tilt of the Earth's axis (obliquity) and changes in the eccentricity of the Earth's orbit are responsible for causing the observed 100 kyr cycle in ice ages by varying the amount of sunlight received by the Earth at different times and locations, particularly high northern latitude summer. These changes in the Earth's orbit are the predictable consequence of interactions between the Earth, its moon, and the other planets.

The orbital data shown are from Quinn et al. (1991). Principal frequencies for each of the three kinds of variations are labeled. The solar forcing curve (aka "insolation") is derived from July 1st sunlight at 65 °N latitude according to Jonathan Levine's insolation calculator [1]. The glacial data are from Lisiecki and Raymo (2005) and gray bars indicate interglacial periods, defined here as deviations in the 5 kyr average of at least 0.8 standard deviations above the mean.
Pollution over east China.jpg

This true-color image over eastern China was acquired by the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), flying aboard NASA’s Aqua satellite, on Oct. 16, 2002 [1]. The scene reveals dozens of fires burning on the surface (red dots) and a thick pall of smoke and haze (greyish pixels) filling the skies overhead. Notice in the high-resolution version of this image how the smog fills the valleys and courses around the contours of the terrain in China’s hilly and mountainous regions. The terrain higher in elevation is less obscured by the smog than the lower lying plains and valleys in the surrounding countryside.

This scene spans roughly from Beijing (near top center) to the Yangtze River, the mouth of which can be seen toward the bottom right. Toward the upper right corner, the Bo Hai Bay is rather obscured by the plume of pollution blowing eastward toward Korea and the Pacific Ocean. Toward the bottom right, the Yangtze River is depositing its brownish, sediment-laden waters into the Yellow Sea.
Mauna Loa CO2 monthly mean concentration PL.svg
Autor: Oeneis, Licencja: CC BY-SA 4.0
This figure shows the history of atmospheric carbon dioxide concentrations as directly measured at Mauna Loa, Hawaii since 1958. This curve is known as the Keeling curve, and is an essential piece of evidence of the man-made increases in greenhouse gases that are believed to be the cause of global warming. The longest such record exists at Mauna Loa, but these measurements have been independently confirmed at many other sites around the world [1].

The annual fluctuation in carbon dioxide is caused by seasonal variations in carbon dioxide uptake by land plants. Since many more forests are concentrated in the Northern Hemisphere, more carbon dioxide is removed from the atmosphere during Northern Hemisphere summer than Southern Hemisphere summer. This annual cycle is shown in the inset figure by taking the average concentration for each month across all measured years.

The red curve shows the average monthly concentrations, and blue curve is a smoothed trend.
Aktywność słoneczna.png
Autor: This image was created by Robert A. Rohde from the published data listed below and replaces an image created by William M. Connolley. It is part of the Global Warming Art project.
Translation: Dobrzejest, wikipedia.pl : Adi4000, Licencja: CC-BY-SA-3.0
Variations in sunspot number since 1610.
Changes in solar activity since 1400.

This picture depicts the last three solar cycles as measured in solar irradiance, sunspot numbers, solar flare activity, and 10.7 cm radio flux. Solar irradiance, i.e the direct solar power at the top of the Earth's atmosphere, is depicted as both a daily measurement and a moving annual average. All other data are depicted as the annual average value.

The ~11 year solar magnetic cycle is a fundemental aspect of the sun's behavior and is associated with variations in total output and activity. Irradiance measurements have only been available during the last three cycles and are based on a composite of many different observing satellites. [1] However, the high correlation between irradiance measurements and other proxies of solar activity make it reasonable to estimate past solar activity. Most important among these proxies is the record of sunspot observations that has been recorded since ~1610. Since sunspots and associated faculae are directly responsible for small changes in the brightness of the sun, they are closely correlated to changes in solar output. Direct measurements of radio emissions from the Sun at 10.7 cm also provide a proxy of solar activity that can be measured from the ground since the Earth's atmosphere is transparent at this wavelength. Lastly, solar flares are a type of solar activity that can impact life on Earth by affecting electrical systems, especially satellites. Flares usually occur in the presence of sunspots, and hence the two are correlated, but flares themselves make only tiny perturbations of the solar luminosity.

Recently, it has been claimed that the total solar irradiance is varying in ways that aren't duplicated by changes in sunspot observations or radio emissions. However, this conclusion is disputed. Some believe that shifts in irradiance may be the result of calibration problems in the measuring satellites.[1][2] These speculations also admit the possibility that a small long-term trend might exist in solar irradiance, though the data chosen for this plot do not have a significant trend.[3] Also, the differences in flare activity over the three cycles would not be related to possible measurement artifacts in irradiance.

With respect to global warming, though solar activity has been at relatively high levels during the recent period, the fact that solar activity has been near constant during the last 30 years precludes solar variability from playing a large role in recent warming. It is estimated that the resdiual effects of the prolonged high solar activity account for between 18 and 36% of warming from 1950 to 1999.[4]

Image from Global Warming Art
This image is an original work created for Global Warming Art. Please refer to the image description page for more information.
GNU head Udziela się zgody na kopiowanie, rozpowszechnianie oraz modyfikowanie tego dokumentu zgodnie z warunkami GNU Licencji Wolnej Dokumentacji, w wersji 1.2 lub nowszej opublikowanej przez Free Software Foundation; bez niezmiennych sekcji, bez treści umieszczonych na frontowej lub tylnej stronie okładki. Kopia licencji załączona jest w sekcji zatytułowanej GNU Licencja Wolnej Dokumentacji.
w:pl:Licencje Creative Commons
uznanie autorstwana tych samych warunkach
Ten plik udostępniony jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 3.0.
Wolno:
  • dzielić się – kopiować, rozpowszechniać, odtwarzać i wykonywać utwór
  • modyfikować – tworzyć utwory zależne
Na następujących warunkach:
  • uznanie autorstwa – musisz określić autorstwo utworu, podać link do licencji, a także wskazać czy utwór został zmieniony. Możesz to zrobić w każdy rozsądny sposób, o ile nie będzie to sugerować, że licencjodawca popiera Ciebie lub Twoje użycie utworu.
  • na tych samych warunkach – Jeśli zmienia się lub przekształca niniejszy utwór, lub tworzy inny na jego podstawie, można rozpowszechniać powstały w ten sposób nowy utwór tylko na podstawie tej samej lub podobnej licencji.
Ten szablon został dodany jako element zmiany licencjonowania.


Data sources

  1. Irradiance: http://www.pmodwrc.ch/pmod.php?topic=tsi/composite/SolarConstant
  2. International sunspot number: http://www.ngdc.noaa.gov/stp/SOLAR/ftpsunspotnumber.html
  3. Flare index: http://www.koeri.boun.edu.tr/astronomy/readme.html
  4. 10.7cm radio flux: http://www.drao-ofr.hia-iha.nrc-cnrc.gc.ca/icarus/www/sol_home.shtml

References

  1. Richard C. Willson, Alexander V. Mordvinov (2003). "Secular total solar irradiance trend during solar cycles 21–23". Geophysical Research Letters 30 (5): 1199.
  2. Steven DeWitte, Dominiqu Crommelynck, Sabri Mekaoui, and Alexandre Joukoff (2004). "MEASUREMENT AND UNCERTAINTY OF THE LONG-TERM TOTAL SOLAR IRRADIANCE TREND". Solar Physics 224: 209–216.
  3. Fröhlich, C. and J. Lean (2004). "Solar Radiative Output and its Variability: Evidence and Mechanisms". Astronomy and Astrophysical Reviews 12: 273-320.
  4. Stott, Peter A.; Gareth S. Jones and John F. B. Mitchell (15 December 2003). "Do Models Underestimate the Solar Contribution to Recent Climate Change". Journal of Climate 16: 4079-4093. Retrieved on October 5.
Greenland sulfate.png
Autor: myself, Licencja: CC-BY-SA-3.0
Sulfate concentration in ice core from Central Greenland, accurately dated by counting oxygen isotope seasonal variations. The year 1815 AD was due to the Mt. Tambora eruption, while prior to that is an unknown eruption.
Zmiany średniej temperatury globalnej.svg
Autor: PFlorek, Licencja: CC BY-SA 4.0
Wykres zmian średniej temperatury globalnej w okresie 1850-2020 w szeregu analiz różnych ośrodkach naukowych.
Niniejszy wykres jest odpowiednikiem oficjalnej analizy Światowej Organizacji Meteorologicznej publikowanej cyklicznie jako "WMO Statement on the State of the Global Climate". W analizie tej używanych jest pięć szeregów średniej globalnej temperatury: trzy tradycyjne analizy statystyczne (HadCRUT z Met Office Hadley Centre, NOAAGlobalTemp z NOAA NCEI, GISTEMP z NASA GISS) oraz dwie nowoczesne reanalizy historyczne (ERA5 z ECMWF i JRA-55 z JMA). Dodatkowo dołączono dwie niezależne analizy: Cowtana i Waya, oraz Berkeley Earth. Podobnie jak reanalizy mają one (niemal) kompletne pokrycie globalne, oraz sięgają roku 1850.
Opracowanie danych: Wykres ma obrazować zmianę temperatury globalnej w stosunku do okresu "przedindustrialnego", który zgodnie z powszechnie używaną (choć niedoskonałą) konwencją jest aproksymowany przez średnią z wielolecia 1850-1900. Dla szeregów temperatury które nie posiadają danych w tym okresie użyto różnicy wyliczonej z szeregu HadCRUT w odniesieniu do średniej z wielolecia 1981-2010. Rozrzut linii na końcu wykresu obrazuje więc niepewność dotyczącą tego, jak chłodny (w stosunku do czasów współczesnych) była druga połowa XIX wieku, a nie niepewności związane ze współczesnymi zmianami temperatur.