Εποχιακές μεταβολές της συγκέντρωσης του ατμοσφαιρικού CO2 στο πλαίσιο της κλιματικής αλλαγής
Li, H., T. Ilyina, T. Loughran, J. Pongratz: Reconstructions and predictions of the global carbon cycle with an emission-driven Earth System Model. Geophysical Research Letters, submitted
Προκειμένου να κατανοήσουμε πώς η κλιματική αλλαγή που προκαλείται από διαφορετικά σενάρια εκπομπών CO2 επηρεάζει τις ανατροφοδοτήσεις άνθρακα-κλίματος και την επακόλουθη αύξηση της συγκέντρωσης του CO2 στην ατμόσφαιρα, επεκτείναμε τις προσομοιώσεις που έχουν πραγματοποιηθεί στο πλαίσιο του 6ου Προγράμματος Σύγκρισης Συζευγμένων Μοντέλων (CMIP6).
Ως συμβολή στη βελτίωση της μέσης κλιματικής κατάστασης της ατμόσφαιρας και των ωκεανών στα μοντέλα του συστήματος της Γης (ESMs), συγκρίνουμε διάφορες συζευγμένες προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν με το Max Planck Institute for Meteorology Earth System Model (MPI-ESM1.2) ακολουθώντας το πρωτόκολλο HighResMIP. Οι προσομοιώσεις μας επιτρέπουν την ανάλυση των ξεχωριστών επιπτώσεων της αύξησης της οριζόντιας ανάλυσης των υπομοντέλων του ωκεανού (0,4 έως 0,1∘) και της ατμόσφαιρας (T127 έως T255) και των επιπτώσεων της αντικατάστασης του κάθετου ωκεάνιου σχήματος ανάμειξης Pacanowski και Philander (PP) με την παραμετροποίηση προφίλ Κ (KPP).
Χρησιμοποιώντας το μοντέλο του γήινου συστήματος MPI-ESM-1.2, [1] τρέξαμε ένα μεγάλο σύνολο προσομοιώσεων με βάση τις εκπομπές CO2 που επιτρέπουν τον διαδραστικό κύκλο του άνθρακα. Στις προσομοιώσεις αυτές, οι εκπομπές CO2 προδιαγράφονται και το ατμοσφαιρικό CO2 υπολογίζεται προγνωστικά. Με τον τρόπο αυτό, η ισχύς των ωκεάνιων και χερσαίων καταβόθρων άνθρακα, που αντιπροσωπεύονται από το ωκεάνιο βιογεωχημικό μοντέλο ,,[2] (HAMburg Ocean Carbon Cycle model) και το χερσαίο μοντέλο βλάστησης JSBACH[3](Plant functional diversity affects climate–vegetation interaction), αντίστοιχα, διαμορφώνουν τις μεταβολές του ατμοσφαιρικού CO2. Η προσέγγιση αυτή αναπαριστά τον παγκόσμιο κύκλο του άνθρακα με μεγαλύτερο ρεαλισμό σε σύγκριση με προσομοιώσεις που εξαναγκάζονται από προκαθορισμένες συγκεντρώσεις CO2.
Σε αυτή την απεικόνιση(video παρακάτω), οι αλλαγές στο χρώμα υποδεικνύουν την προσομοιωμένη αύξηση των παγκόσμιων ατμοσφαιρικών συγκεντρώσεων CO2 λόγω της αύξησης των εκπομπών για το ιστορικό παρελθόν (1960-2014) και για τα τέσσερα σενάρια κοινών κοινωνικοοικονομικών διαδρομών SSP126, SSP245, SSP370 και SSP585 (2015-2100). Χαρτογραφώντας την επιφανειακή ατμοσφαιρική συγκέντρωση CO2 με χρώμα και τη σχετική εποχιακή μεταβολή της με το ύψος, η απεικόνιση καταδεικνύει επίσης περιφερειακές αλλαγές στον εποχιακό κύκλο που εξαρτώνται από την ισχύ της επιβολής - σημειώστε τις κορυφές που είναι ορατές προς το τέλος της απεικόνισης για τα SSP370 και SSP585. Η ατμοσφαιρική συγκέντρωση CO2 εξελίσσεται διαφορετικά ακολουθώντας τον ρυθμό των ανθρωπογενών εκπομπών σε διαφορετικά σενάρια. Μεταβάλλεται περαιτέρω καθ' όλη τη διάρκεια του έτους μέσω της φωτοσύνθεσης και της αναπνοής από τη χερσαία βλάστηση και το θαλάσσιο φυτοπλαγκτόν.
Video (βλέπε παρακάτω τα σενάρια ακτινοβολίας)
Simulation: Hongmei Li, Tatiana Ilyina, MPI for Meteorology
Visualization: Michael Böttinger, DKRZ
Text: Tatiana Ilyina & Michael Böttinger
Πηγή: https://www.dkrz.de/en/communication/galerie/Vis/esm/seasonal-variations-of-co2-under-climate-change
Στο Σχήμα απεικονίζεται η χρονική εξέλιξη της πρόσθετης ανθρωπογενούς ακτινοβολίας που προκύπτει από τα επιλεγμένα σενάρια. Σε σύγκριση με το προβιομηχανικό επίπεδο, η σημερινή εκπεμπόμενη ακτινοβολία έχει αυξηθεί κατά 2,5 Watt, που αντιστοιχεί κατά προσέγγιση στην ηλεκτρική ισχύ που απαιτείται για έναν σύγχρονο προβολέα ποδηλάτου - ένα ανά τετραγωνικό μέτρο της επιφάνειας της Γης! Οι αντίστοιχες τάσεις στις παγκόσμιες συγκεντρώσεις CO2 που παρουσιάζονται στο Σχήμα 4 φαίνονται πολύ παρόμοιες.
Σενάρια ισοζυγίου ακτινοβολίας
SSP585: Με πρόσθετη ακτινοβολία 8,5 W/m² μέχρι το έτος 2100, το σενάριο αυτό αποτελεί το ανώτερο όριο του φάσματος των σεναρίων που περιγράφονται στη βιβλιογραφία. Μπορεί να εκληφθεί ως επικαιροποίηση του σεναρίου RCP8.5 του CMIP5, σε συνδυασμό τώρα με κοινωνικοοικονομικούς λόγους.
SSP370: Με 7 W/m² έως το έτος 2100, το σενάριο αυτό βρίσκεται στο ανώτερο-μέσο τμήμα του πλήρους φάσματος των σεναρίων. Εισήχθη πρόσφατα μετά τα σενάρια RCP, καλύπτοντας το χάσμα μεταξύ των σεναρίων RCP6.0 και RCP8.5.
Σχήμα: Οι γραμμές απεικονίζουν την εξέλιξη της πρόσθετης ακτινοβολίας που προκαλείται από τα αέρια του θερμοκηπίου στο παρελθόν (γκρι) και για τα τέσσερα σενάρια SSP (πράσινο, κίτρινο, κόκκινο, μοβ). SSP245: Ως επικαιροποίηση του σεναρίου RCP4.5, το SSP245 με πρόσθετη ακτινοβολία 4,5 W/m² μέχρι το 2100 αντιπροσωπεύει τη μέση πορεία των μελλοντικών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Το σενάριο αυτό προϋποθέτει ότι λαμβάνονται μέτρα προστασίας του κλίματος.
SSP126: Αυτό το σενάριο με 2,6 W/m² μέχρι το έτος 2100 αποτελεί μια αναδιαμόρφωση του αισιόδοξου σεναρίου RCP2.6 και σχεδιάστηκε με στόχο την προσομοίωση μιας ανάπτυξης συμβατής με τον στόχο των 2°C. Και αυτό το σενάριο προϋποθέτει τη λήψη μέτρων προστασίας του κλίματος.
