– fra sol til CO2 Klima Hvordan er klimaet skrudd sammen?
advertisement
Klima – fra sol til CO2 Hvordan er klimaet skrudd sammen? Bjørn H. Samset - Forsker, CICERO b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no Klima: Den egentlige historien 1. Klimaet på jorden er i ferd med å endre seg 2. Grunnen er en blanding av naturlige og menneskeskapte årsaker 3. Vi kan fortsatt gjøre noe med det – hvis vi vil 4. Konsekvensene hvis vi ikke gjør noe blir store – for oss mennesker og vårt samfunn, ikke nødvendigvis for planeten generelt 3 Motivasjon nr. 1: Jorden blir for tiden varmere http://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a000000/a003600/a003674/index.html 4 Motivasjon nr. 1: Jorden blir for tiden varmere According to the 2007 Fourth Assessment Report by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), global surface temperature increased 0.74 ± 0.18 °C (1.33 ± 0.32 °F) during the 20th century. Source: NASA GISS 5 Motivasjon nr. 2: Vi endrer atmosfæren http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/ 6 Motivasjon nr. 2: Vi endrer atmosfæren IPCC AR4 Se for eksempel http://www.realclimate.org/index.php/archives/2004/12/ how-do-we-know-that-recent-cosub2sub-increases-aredue-to-human-activities-updated/ 7 Altså: 1.Det blir varmere på jorden 2.Vi endrer på atmosfæren Kjernespørsmålet er: Har disse to noe med hverandre å gjøre? (Og hvis ja, hva så?) 8 …det er i sånne øyeblikk det er godt å kunne litt fysikk… Sheldon: I'm a physicist. I have a working knowledge of the entire universe and everything it contains (Big Bang Theory) Klimaet er, i bunn og grunn, ikke annet enn et fysikkproblem. (OK, et noget kompisert fysikkproblem, men alikevel.) Filosofi: Bli kvitt uvesentlighetene, fokuser på det man kan vite og måle. Da vil vi kunne forstå hvorfor temperatur-kurven ser ut som den gjør. 9 …det er i sånne øyeblikk det er godt å kunne litt fysikk… Sheldon: I'm a physicist. I have a working knowledge of the entire universe and everything it contains (Big Bang Theory) Klimaet er, i bunn og grunn, ikke annet enn et fysikkproblem. (OK, et noget kompisert fysikkproblem, men alikevel.) Filosofi: Bli kvitt uvesentlighetene, fokuser på det man kan vite og måle. Da vil vi kunne forstå hvorfor temperatur-kurven ser ut som den gjør. 10 Jorden sett med fysikerøyne: En blå kule som solen skinner på 11 Jorden sett med fysikerøyne: Den går rundt, den har hav, den har atmosfære Det er mye energi som plasker rundt på jorden. Dette skaper været vårt – de fluktuasjonene vi ser i temperaturkurven 12 Atmosfære og hav: El Nino Southern Oscillaion (ENSO) Hansen, J., R. Ruedy, Mki. Sato, and K. Lo, 2010: Global surface temperature change. Rev. Geophys., 48 Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no 13 Vulkaner Hansen, J., R. Ruedy, Mki. Sato, and K. Lo, 2010: Global surface temperature change. Rev. Geophys., 48 Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no 14 Hvorfor ser denne slik ut? • ENSO og andre hav- og atmosfærevariasjoner • Vulkaner • …men ingen av disse gir oss økningen fra 1900 og frem til i dag. Det må være noe mer! 15 Jorden sett med fysikerøyne: Like mye energi inn som ut! 16 Solen? Over kortere tider er den veldig, veldig stabil. Lockwood and Fröhlich 2007. Proc. R. Soc “There is considerable evidence for solar influence on the Earth’s pre-industrial climate and the Sun may well have been a factor in post-industrial climate change in the first half of the last century. Here we show that over the past 20 years, all the trends in the Sun that could have had an influence on the Earth’s climate have been in the opposite direction to that required to explain the observed rise in global mean temperatures.” Hovedendringene vi ser i dag skyldes ikke solen 17 Drivhuseffekten CO2: Gassmolekyler kan lagre energi i form av vibrasjoner. «Varme» er når små ting beveger på seg… (I tillegg må «strikkene» mellom atomene være passe stramme.) + vanndamp! Kan vi finne ut hvor mye drivhusgassene betyr for planeten? 18 Klimaendring: Å bringe systemet ut av likevekt for en tid, slik at det lagres eller avgis for mye energi Jordens klima endrer seg hele tiden! Spørsmålet er hvorfor? 19 Solen? Over lengre tid har den enormt mye å si – og gir oss et naturlig fysikk-eksperiment med planeten Her, i løpet av ca. 10.000 år, innstiller jorden en ny termisk likevekt, for å kompensere for økt solvarme! Hvordan? 20 NB: Vår tid på jorden har vært ekstremt klimastabil! Klimaendringer er ikke noe problem for planeten – den klarer seg fint. Vi har derimot laget et samfunn som er ganske sårbart, og har overhodet ingen erfaring med et annet klima… Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no 21 Hva skjer hvis det kommer mer inn enn ut – eller omvendt? 22 To mulige faktorer: Absorbsjon i atmosfæren (mengden drivhusgasser), og refleksjon fra bakken (snø/is) Vi har målinger og modeller av begge: Vi har (stort sett) forstått dette! Mer CO2 betyr høyere temperatur. 23 Så… 390 ppm 24 Forståelsen – på IPCC-form: IPCC – det internasjonale klimapanelet: • Etablert i 1988, består av flere tusen forskere • Mandatet er å vurdere og rapportere • Den største og mest enige gruppen av forskere i verdens historie!!! • Ny rapport i 2013/2014 • http://kollokvium.no/2011/ 10/13/ipcc-femte-rapport/ Dette er hvor mye jorden er ute av energibalanse på grunn av våre aktiviteter (utslipp, endringer i bruk av land o.s.v.). Jorden jobber hardt med å balansere seg – ved å øke temperaturen og dermed slippe mer energi tiblake til verdensrommet. 25 1.6 W/m2 Hva i alle dager betyr det? 1 Watt = 1 Joule / sekund -> «Jorden» tar opp ca. 100000000000000000000 Joule hvert døgn (1020 J) Men hvor går energien? Dette forskes det på, men mesteparten går til å sakte varme opp havet: (NB: 1020 J/døgn tilsvarer energien i ca. 100 Hiroshima-bomber hvert sekund…) Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no 26 CO2-utslippene stiger igjen etter en kunstpause under finanskrisen G. Peters et al., Nature Climate Change (2011) Hvordan fortsetter denne kurven? Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no Klimascenarier Forskningens krystallkuler – hva kan skje fremover? Unit Population World GDP Primary energy bill 1012 US$ EJ 35 AIM - RCP 6.0 30 25 MiniCAM - RCP 4.5 MESSAGE - RCP 8.5 IMAGE - RCP3-PD (2.6) 20 PgC/year 2100 2000 15 10 5 0 -5 2000 2005 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 Se f.eks. M. Meinhausen et al., Climatic Change (2011) 109:213–241 Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no RCP3 6.0 30 475 9.0 363 855 RCP4.5 8.5 365 1150 RCP6 9.8 218 830 RCP8.5 12.6 191 1750 • Forsøk på å gjette veien fremover, ut fra antakelser om utvikling av samfunn, industri, teknologi og internasjonale avtaler • Fanger bredden fra «business as usual» uten kutt (RCP 8.5) til strengt regime med «negative» utslipp, d.v.s. karbonfangst (RCP3) • Scenariene gis som utgangspunkt for klimamodeller Modeller av klimaet All vår klimaforståelse på en gang • De beste er i dag svært detaljerte – og tunge å kjøre, krever mye tid på tungregneanlegg • Finnes alle grader av kompleksitet • De tyngste tygger fortsatt på RCP-scenariene, mens mellom-tunge modeller alt har jobbet gjennom dem Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no «Business as usual» sender temperaturen i taket Kutter vi aldri så øker temperaturen 4-5 grader dette hundreåret, 6-8 grader innen år 2200 • Resultatene her er basert på «mellomkompliserte» modeller • Usikkerhetene er høyst reelle • Spredningen gir likevel en god pekepinn på hvor vi kan havne • Hvis det da ikke skjer noe helt spesielt…? M. Meinhausen et al., Climatic Change (2011) 109:213–241 Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no Hva skjer? Stikkord: - Mer/mindre regn - Lavere matproduksjon - Reduksjon i sjøis - Havstigning - ”Ekstremt” vær og temperaturer Source: Climate Stabilization Targets: Emissions, Concentrations, and Impacts over Decades to Millenia Committee on Stabilization Targets for Atmospheric Greenhouse Gas Concentrations; National Research Council Skjeletter i jordens skap – ting som kan påvirke klimaet mye og raskt: Tippepunkter Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no Hvordan vet vi at vi påvirker klimaet? 1. Vi endrer atmosfæren, ved utslipp av klimagasser og aerosoler (Keeling-kurven over CO2-konsentrasjon) 2. Vi vet fra grunnleggende fysikk og kjemi hvordan klimagasser og aerosoler påvirker sollyset som når jorden (Joseph Fourier (1768-1830), John Tyndall (1820-1893), Svante Arrhenius (1859-1927), …) 3. Jordens overflate-temperatur øker (Analyser av NASA, UK MetOffice m.fl.) 4. Sofistikerte matematiske modeller lar oss teste effekten av den grunnleggende fysikken på hele jorden (James Hansen forutsa effekten av Pinatubo-utbrudded i 1991) 5. Kun når vi tar med våre utslipp klarer modellene å gjenskape det vi faktisk måler (IPCC-rapportene) Inspirasjon: «The Hockey Stick and the Climate Wars», Michael E. Mann, Columbia University Press, 2012 Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no 33 Hva vet vi - og hva vet vi ikke? Vet: • Klimagasser varmer planeten • Andre utslipp avkjøler planeten • Det kommer til å bli varmere • Hvordan jorden som helhet utvikler seg • Havnivået vil stige • At det vil bli hyppigere flom og tørkeperioder Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no Vet ikke: • Hvor store klimagassutslippene blir • Hvor sterk avkjølingen er • Hvor mye varmere det blir • Hvordan klimaendringene slår ut lokalt • Hvor mye havet stiger • Om det vil bli flere sterke stormer som orkaner 34 Ting vi ikke har rukket å diskutere… • Tilbakekoblinger • Aerosoler • Skyer • Vanndamp • CO2-kretsløpet • Havnivåstigning The devil is in the details http://shirt.woot.com/Derby/Entry.aspx?id=32062 • Måleteknikker • Statistikk • Tilpasning og teknologi • … www.skepticalscience.com 35 Klima: Den egentlige historien 1. Klimaet på jorden er i ferd med å endre seg 2. Grunnen er en blanding av naturlige og menneskeskapte årsaker 3. Vi kan fortsatt gjøre noe med det – hvis vi vil 4. Konsekvensene hvis vi ikke gjør noe blir store – for oss mennesker og vårt samfunn, ikke nødvendigvis for planeten generelt 36 Mer informasjon? • Klima forklart Christian Bjørnæs, CICERO • Storms of my grandchildren James Hansen • Merchants of doubt Naomi Oreskes and Erik Conway • www.cicero.uio.no + bladet Klima • Realclimate.org • www.skepticalscience.com Bjørn H. Samset Klimafysiker, CICERO Senter for klimaforskning b.h.samset@cicero.uio.no Twitter: @bjornhs Kollokvium.no 37 38 From the article “Communicating the Science of Climate Change,” by Richard C. J. Somerville and Susan Joy Hassol, October 2011 issue of Physics Today NB: Pass på språket! Ikke sikkert at ord betyr det «alle» tror… Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no Emissions of greenhouse gases Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no Hvorfor er vi så sikre på at klimaendringene er delvis menneskeskapte? 1. Drivhuseffekten er godt forstått, og fysikken og kjemien til klimagassene også 2. Temperaturøkningen korrelerer godt med økningen i CO2 i atmosfæren 3. Oppvarmingens fingeravtrykk tilsvarer det vi forventer ut fra ekstra klimagasser 4. Klimamodellene klarer å simulere temperaturutviklingen siden 1850 – men bare hvis de har med menneskeskapte effekter 41 Utsettelser av kutt betyr mye Anta at vi over tid kutter 100% av CO2-utslipp… 100% kutt – i dag 100% kutt – i dag -5% i året – i dag -3% i året – i dag -1% i året – i dag -3% i året – i dag -3% i året – fra 2020 -3% i året – fra 2030 -3% i året – fra 2040 P. Friedlingstein et al, Nature Climate Change (2011), DOI: 10.1038/NCLIMATE1302 Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no Utsettelser av kutt betyr mye Anta at vi over tid kutter 100% av CO2-utslipp… 100% kutt – i dag Allerede i år 2100 ser vi 0.25 grader forskjell for hvert tiende år vi utsetter kutt-start – og denne forskjellen holder seg frem til år 2300. 100% kutt – i dag -5% i året – i dag -3% i året – i dag -1% i året – i dag -3% i året – i dag -3% i året – fra 2020 -3% i året – fra 2030 -3% i året – fra 2040 P. Friedlingstein et al, Nature Climate Change (2011), DOI: 10.1038/NCLIMATE1302 Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no Små utslipp betyr også mye Hva om vi bare klarer 90% kutt? 90% kutt – i dag -5% i året – i dag -3% i året – i dag -1% i året – i dag -3% i året – i dag -3% i året – fra 2020 -3% i året – fra 2030 -3% i året – fra 2040 P. Friedlingstein et al, Nature Climate Change (2011), DOI: 10.1038/NCLIMATE1302 (…og hvor realistisk er det å gjøre verden 100% eller 90% «karbonfri» innen 2020…?) Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no Hva med «business as usual» så lenge vi kan se? Scenariet RCP8.5 til IPCC AR5 Unit Population World GDP Primary energy 2000 bill 1012 US$ EJ 6.0 30 475 2100 RCP3 9.0 363 855 RCP4.5 8.5 365 1150 RCP6 9.8 218 830 RCP8.5 12.6 191 1750 35 AIM - RCP 6.0 30 25 MiniCAM - RCP 4.5 MESSAGE - RCP 8.5 IMAGE - RCP3-PD (2.6) PgC/year 20 15 10 5 0 -5 2000 2005 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 Se f.eks. M. Meinhausen et al., Climatic Change (2011) 109:213–241 Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no • RCP 8.5 må regnes som realistisk • Modellene er tilpasset det klimaet vi ser i dag, og RCP8.5 er såpass ekstremt at vi kan regne med uforutsette klimaeffekter (mer om det om litt) • Vi kan alikevel kjøre modellene og se hva de sier …så hva skjer ved «business as usual» da? Økning i havnivå? C.J. Moore et al., PNAS ∣ September 7, 2010 Modeller og måleforskere jobber med saken, men detaljer tar tid å trekke ut. Bjørn H. Samset | b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no Smelting av permafrost i f.eks. Sibir? We calculate that permafrost thaw will release the same order of magnitude of carbon as deforestation if current rates of deforestation continue. But because these emissions include significant quantities of methane, the overall effect on climate could be 2.5 times larger. (…) Collectively, we hypothesize that the high warming scenario will degrade 9–15% of the top 3 metres of permafrost by 2040, increasing to 47–61% by 2100 and 67–79% by 2300 Schuur and Abbott, Nature (2011) 480, 32-33 Klimamodeller Matematiske beskrivelser av planeten, med så mye kunnskap som mulig inkludert. Aldri perfekte, men gode verktøy Full kontroll av alle klima-parametre 47 Hva skjer ved «business as usual»? Eller om vi ikke kutter utslippene før i 2020? • En kvart grad varmere i 2100 for hvert 10. år vi utsetter kutt • Kutter vi aldri så øker temperaturen 3-5 grader dette hundreåret, 6-8 grader innen år 2200 • Forskningen sier: Kutt må implementeres nå, ellers blir effektene drastiske siden. Detaljene kommer, men hovedtrekkene er allerede klare. Bjørn H. Samset - Forsker, CICERO b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no Modeller med og uten våre utslipp Havtemperatur Lufttemperatur 49 Burde vi være bekymret? “On August 29, 2005 Hurricane Katrina devastated New Orleans and surrounding areas. There were more than a thousand fatalities, billions of dollars in property losses, and tens of thousands of people were stranded and/or lost their homes. Despite a long history of flooding and dire predictions, all levels of government failed to act in a timely and organized manner, which further exacerbated the problems.” http://web.mit.edu/12.000/www/m2010/ ”Omfanget av byggskader, som særlig knytter seg til fukt, viser at bygningsmassen i Norge er dårlig tilpasset dagens klima. ” On and on the rain will fall CICERO Report 2009:04 Konsekvenser av klimaendringer, Like tears from a star, like tears from a star tilpasning og sårbarhet i Norge On and on the rain will say Rapport til Klimatilpasningsutvalget How fragile we are, how fragile we are Sting, Fragile 50 51 52 53 54 55 ”Maks 2 grader”? Alt tyder på at vi går over 2 grader… 56 IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change / FNs Klimapanel • Etablert i 1988 (etter prosess som startet i 1958) • Består av forskere, selv om mandatet er er rapportere • Den største og mest enige gruppen av forskere i verdens historie!!! • Ny rapport i 2013/2014 • http://kollokvium.no/2011/10/13/ipcc-femte-rapport/ 57 Hvordan kan CO2 forårsake oppvarming? CO2 tar opp termisk energi fra bakken. Atmosfæren er ugjennomsiktig for denne typen stråling opp til en viss høyde. Over dette stråler den til verdensrommet. 58 Hvordan kan CO2 forårsake oppvarming? CO2 tar opp termisk energi fra bakken. Atmosfæren er ugjennomsiktig for denne typen stråling opp til en viss høyde. Over dette stråler den til verdensrommet. Legger vi til mer CO2 flytter denne horisonten seg oppover - der det er lavere temperatur og følgelig mindre stråling til verdensrommet. 59 Konklusjon så langt: • Jordens atmosfære og hav lagrer for tiden opp ekstra energi. Dette vil jorden tilpasse seg, ved å falle ned på et nytt termisk gjennomsnitt – det vil si en ny middeltemperatur. • Energien lagres på grunn av utslipp vi står for, og som har pågått siden ca. 1850. • Detaljene i dette kan vi godt diskutere, men ikke hovedtrekkene. 60 Endringenes fingeravtrykk (To dimensjoner er bra) Temperature Trends in the Lower Atmosphere: Steps for Understanding and Reconciling Differences. Thomas R. Karl, Susan J. Hassol, Christopher D. Miller, and William L. Murray, editors, 2006. A Report by the Climate Change Science Program and the Subcommittee on Global Change Research, Washington, DC. 61 Status: Vi produserer mer CO2 en noen sinne… G Myhre et al 2010 Environ. Res. Lett. 5 039701 62 CO2 går ikke sin vei så fort… Levetiden i atmosfæren er på flere hundre år, slik at systemet kan få tid til å nå en ny likevekt 63 Kutt i utslipp av CO2 betyr ikke nødvendigvis reduksjon i temperatur ”The climate commitment” – hvilken oppvarming kan vi forvente oss ut fra det vi allerede har sluppet ut? Og hvilke effekter kan vi forvente oss av dette? Source: Climate Stabilization Targets: Emissions, Concentrations, and Impacts over Decades to Millenia Committee on Stabilization Targets for Atmospheric Greenhouse Gas Concentrations; National Research Council 64 Fysikken er konkret og relativt grei – konsekvenser er verre 65 Risikoestimater – en risikosport? Mulig – men det må gjøres. 66 Et annet risikoestimat Stikkord: - Mer/mindre regn - Lavere matproduksjon - Reduksjon i sjøis - Havstigning - ”Ekstremt” vær og temperaturer Source: Climate Stabilization Targets: Emissions, Concentrations, and Impacts over Decades to Millenia Committee on Stabilization Targets for Atmospheric Greenhouse Gas Concentrations; National Research Council 67 Tre hovedresultater fra IPCCs fjerde hovedrapport 2007 (AR4) • Vi har et problem: Vi observerer en global temperaturøkning og effekter av denne. • Vi har skylden: En vesentlig del av temperaturøkningen de siste decenniene er høyst sannsynlig menneskeskapt. • Det er ikke dyrt å løse problemet: Det er mulig å redusere utslippene av klimagasser vesentlig med eksisterende og nesten modne teknologier til en overkommelig kostnad. I den grad noe er ”sant” om klima, så er det dette. 68 Klimasensitivitet: Hva skjer hvis vi dobler mengden CO2 i atmosfæren? DTs = l x RF For hver W/m2 vi endrer balansen med, vil klimaet endre seg med l grader Celsius. Alt gir samme konklusjon: [The climate sensitivity] likely to be in the range 2 to 4.5°C with a best estimate of about 3°C, and is very unlikely to be less than 1.5°C. (IPCC AR4) Vet vi hvordan noe påvirker strålingsbalansen, kan vi beregne temperaturendring 69 Sannhet nr. 1: Noe er i ferd med å endre seg. 70 Hva skjer ved «business as usual»? Eller om vi ikke kutter utslippene før i 2020? • En kvart grad varmere i 2100 for hvert 10. år vi utsetter kutt • Kutter vi aldri så øker temperaturen 3-5 grader dette hundreåret, 6-8 grader innen år 2200 Bjørn H. Samset - Forsker, CICERO b.h.samset@cicero.uio.no | kollokvium.no
