Souvislost koncentrace CO₂ a globálního oteplování

Co je zobrazeno v grafu

Body v levé části grafu zobrazují jednotlivé roky v období 1884–2020. Umístění bodu vždy odpovídá hodnotám koncentrace CO₂ v daném roce (na vodorovné ose) a hodnotám teplotní anomálie pro daný rok (na svislé ose). V grafu je vidět, že závislost přibližně odpovídá přímé úměrnosti, kdy každé zvýšení koncentrací CO₂ o 10 ppm vede k nárůstu teploty zhruba o 0,1 °C. Tato závislost je podrobněji popsána níže v textu a také v souvisejícím článku Jak moc se oteplí, když se zvýší koncentrace CO₂?.

Body ukazující jednotlivé roky jsou barevně odlišeny (vždy po 20 letech), a je tak vidět, že se nárůst koncentrací CO₂ v posledních letech zrychluje, což odpovídá zvyšujícím se každoročním emisím CO₂.

V pravé části grafu pak zobrazujeme očekávané hodnoty oteplení pro vyšší koncentrace CO₂, pokud budou emise pokračovat dosavadním tempem.

V čem je vztah mezi koncentrací CO₂ a oteplováním nepřesný?

Dominantní vliv oxidu uhličitého na oteplování je dobře prokázán, a graf tedy zobrazuje kauzalitu (příčinnou souvislost), nikoliv jen náhodnou korelaci. Na druhou stranu je oteplování ovlivněno i mnoha jinými faktory: dalšími skleníkovými plyny, prouděním v atmosféře a oceánu, které rozvádí teplo po planetě, ale také aerosoly a formováním oblačnosti (stínící efekt). Je tedy správné tvrdit, že každé zvýšení koncentrací CO₂ o 10 ppm vede ke zvýšení teploty zhruba o 0,1 °C? Následující odstavce ukazují, v čem je tento vztah pouze přibližný.

• Teoreticky odvozený vztah pro závislost oteplení na koncentraci skleníkového plynu je logaritmický.^{1 2} V malém rozmezí koncentrací jej ale můžeme dobře aproximovat vztahem lineárním, což ukazují i naměřená data.

  $$\Delta T(c) = S \cdot \log_2 \left(\frac{c_0 + \Delta c}{c_0}\right) \approx \frac{S}{c_0 \ln 2} \cdot \Delta c$$

  V tomto vztahu $c_0$ označuje počáteční koncentraci, $\Delta c$ nárůst koncentrace a $S$ je parametr zvaný citlivost klimatu – ten vyjadřuje, o kolik se zvýší teplota planety, když se zdvojnásobí koncentrace skleníkového plynu v atmosféře. Přímá úměrnost mezi koncentracemi a oteplením přestane být dobrou aproximací, bude-li nárůst koncentrací příliš velký.

• Klimatický systém má setrvačnost – některé procesy dosahují rovnováhy během jednotek let, jiné během desítek či stovek let. Proto je potřeba rozlišovat krátkodobou citlivost klimatu (TCR, Transient Climate Response), která zohledňuje procesy v řádu jednotek let, rovnovážnou citlivost klimatu (ECS, Equilibrium Climate Sensitivity), zohledňující procesy v řádu desítek let, a dlouhodobou odezvu klimatu (ESS, Earth System Sensitivity), která zohledňuje procesy v řádu stovek a tisíců let.^{3 4 5} Ze současných modelů klimatického systému vycházejí hodnoty krátkodobé citlivosti klimatu TCR okolo 1,7 °C (v rozmezí 1,3–3,0 °C)⁶ a hodnoty rovnovážné citlivosti klimatu ECS okolo 3°C (v rozmezí 2,3–4,7 °C).^{7 8} Data, která zobrazujeme v grafu, jsou průběžná a odpovídají krátkodobé odezvě klimatu. Kdyby se koncentrace stabilizovaly, teploty by ještě několik desítek let rostly, než by se oteplování zastavilo na hodnotách odpovídajících rovnovážné citlivosti klimatu. Jinak řečeno: přímá úměrnost mezi koncentracemi a oteplením přestane platit, jestliže se radikálně sníží emise CO₂ na hodnoty blízké nule. V takovém případě by se koncentrace stabilizovaly nebo začaly snižovat, teplota planety by však ještě nějakou dobu rostla.

• Oxid uhličitý zodpovídá přibližně za 70 % oteplení.⁹ Zbývajících 30 % je způsobeno dalšími skleníkovými plyny, zejména metanem a oxidem dusným, jejichž koncentrace v atmosféře také rostou. Spolu se skleníkovými plyny ale lidstvo vypouští i aerosoly, které mají na planetu ochlazující efekt, protože odráží sluneční záření a napomáhají vzniku mraků.¹⁰ Zobrazené oteplení zahrnuje všechny tyto jevy, na vodorovné ose jsou nicméně vynášeny jen koncentrace CO₂. Tvrzení o přímé úměrnosti mezi nárůstem koncentrací a oteplením je tedy zkreslující v tom, že ukazuje pouze závislost na dominantním faktoru. Protože se však ochlazující efekt aerosolů a oteplující efekt dalších skleníkových plynů navzájem částečně vyruší, lze tvrdit, že CO₂ je řídicím faktorem, stojícím za výrazně více než 70 % oteplení.

Odkud pocházejí data v této infografice?

• Hodnoty teplotní anomálie pro jednotlivé roky jsou z datasetu NASA Goddard Institute for Space Studies. Více o konceptu teplotní anomálie v doprovodném textu k infografice Vývoj světové teplotní anomálie.

• Hodnoty koncentrace CO₂ pro jednotlivé roky vycházejí z měření Scripps Institution of Oceanography, který je součástí NOAA. Samostatně vývoj koncentrací CO₂ v atmosféře zpracováváme v grafice Vývoj koncentrace CO₂ v atmosféře.

• Trendová křivka odpovídá rovnici $\Delta T(c) = S \cdot \log_2 (\frac{c}{c_0})$, kde $c$ je koncentrace, $c_0$ počáteční koncentrace a $S$ je parametr průběžné citlivosti klimatu. Tento teoretický vztah se používá v idealizovaných podmínkách simulací – buď jako vztah pro oteplení po ustanovení rovnováhy, kdy S odpovídá ECS (Equilibrium Climate Sensitivity), nebo pro průběžnou hodnotu oteplení při každoročním zvyšování koncentrace CO₂ o 1 %, kdy S odpovídá TCR (Transient Climate Response). V zobrazených datech je ovšem oteplení nejen důsledkem zvýšení koncentrací CO₂, ale také důsledkem zvyšování koncentrací dalších skleníkových plynů. Proto hodnoty TCR a ECS zjištěné simulacemi bereme pouze jako orientační a hodnotu S pro zobrazení závislosti fitujeme (S = 2,37 °C). Pás nejistoty je zobrazen mezi S = 2,0 °C a S = 3,1 °C, což odpovídá profilu nejistoty v TCR i ECS a částečně zohledňuje efekt setrvačnosti klimatu při stabilizaci koncentrací CO₂.

Historická poznámka

Souvislost globálního oteplování a koncentrace atmosférického oxidu uhličitého je jednou z klíčových a nejdéle zkoumaných souvislostí v rámci studia klimatické změny. První výpočty publikoval Svante Arrhenius již v roce 1886 a jeho odhady citlivosti klimatu jsou potvrzovány a zpřesňovány dalšími studiemi. Více v grafice a textu Historie výzkumu skleníkového efektu.

Zdroje a poznámky