Souvislost koncentrace CO₂ a globálního oteplování

Souvislost koncentrace CO₂ a globálního oteplování

Z historických dat i modelování budoucího vývoje plyne, že oteplování planety je (přibližně) přímo úměrné nárůstu koncentrací CO2 v atmosféře. Přesněji řečeno: každé zvýšení koncentrací CO2 o 10 ppm (parts per million) vede k nárůstu teploty zhruba o 0,1 °C.

Obsah

Podrobnější popis souvislostí

Přímou úměrnost mezi oteplením a zvýšením koncentrace CO2 a také vliv dalších skleníkových plynů a aerosolů nebo vliv setrvačnosti klimatu podrobněji vysvětlujeme v textu explaineru.

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 explaineru 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.

    ΔT(c)=Slog2(c0+Δcc0)Sc0ln2Δc\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 c0c_0 označuje počáteční koncentraci, Δc\Delta c nárůst koncentrace a SS 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 ΔT(c)=Slog2(cc0)\Delta T(c) = S \cdot \log_2 (\frac{c}{c_0}), kde cc je koncentrace, c0c_0 počáteční koncentrace a SS 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

  1. Přesněji řečeno: radiační působení (radiative forcing) je přímo úměrné logaritmu koncentrace – a oteplení je přímo úměrné radiačnímu působení; více viz en.wikipedia: Radiative Forcing 

  2. Skeptical Science: How could global warming accelerate if CO₂ is ‚logarithmic‘? 

  3. Knutti R. Hegerl. „Beyond Equilibrium Climate Sensitivity.“, Nature Geoscience 10.10, str. 727–736 (2017). 

  4. Carbon Brief explainer: How scientists estimate climate sensitivity 

  5. Podrobnější diskuse o konceptu citlivosti klimatu včetně různých časových škál en.wikipedia: Measures of Climate Sensitivity 

  6. G. A. Meehl et. al. „Context for interpreting equilibrium climate sensitivity and transient climate response from the CMIP6 Earth system models.“, Science Advances 6.26 (2020). 

  7. Carbon Brief guest post: Why low-end climate sensitivity can now be ruled out 

  8. S. C. Sherwood, Webb, et. al. „An Assessment of Earth‘s Climate Sensitivity Using Multiple Lines of Evidence.“, Reviews of Geophysics 58.4 (2020). 

  9. Annual Greenhouse Gas Index 

  10. Myhre, G., Myhre, C. E. L., Samset, B. H. & Storelvmo, T. (2013) „Aerosols and Their Relation to Global Climate and Climate Sensitivity.“, Nature Education Knowledge 4.5, str. 7 (2013). 

Související infografiky a studie

Zaujala vás naše práce? Prozkoumejte další související infografiky a studie: