Μερικές σκέψεις για τα αερολύματα και τη ναυτιλία
Μια προβληματική εκτίμηση της αύξησης της θερμοκρασίας από καύσιμα πλοίων χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο
Ένα νέο έγγραφο παρέχει μια λογική εκτίμηση αναφορικά με τις επιπλτωσεις των αερίων του θερμοκηπίου, αλλά σφάλλει όσον αφορά την αντίδραση της παγκόσμιας θερμοκρασίας
Τα αερολύματα – μικρά αιωρούμενα σωματίδια διοξειδίου του θείου και άλλων υλικών – είναι ένα από τα πιο δύσκολα μέρη του κλιματικού συστήματος.
Τείνουν να έχουν ψυκτική επίδραση στο κλίμα της Γης με δύο διαφορετικούς τρόπους - μέσω της αντανάκλασης του εισερχόμενου ηλιακού φωτός πίσω στο διάστημα (το άμεσο φαινόμενο αερολύματος) και μέσω της λειτουργίας ως πυρήνες συμπύκνωσης νεφών (το έμμεσο φαινόμενο αερολύματος). Ενώ το άμεσο φαινόμενο αερολύματος είναι αρκετά καλά περιορισμένο, το έμμεσο φαινόμενο αερολύματος είναι η μεγαλύτερη αβεβαιότητα στην εκτίμησή μας για τις αλλαγές στο κλιματικό σύστημα από το 1750, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα (από την πρόσφατη έκθεση AR6 της IPCC):
Ο κύριος συντελεστής στην ψύξη αερολυμάτων είναι οι εκπομπές διοξειδίου του θείου (SO2), κυρίως από την καύση ορυκτών καυσίμων πλούσιων σε θείο: κάρβουνο, πετρέλαιο και φυσικό αέριο. Οι παγκόσμιες εκπομπές SO2 έχουν μειωθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια, καθώς οι χώρες δίνουν όλο και μεγαλύτερη προτεραιότητα στη μείωση της ρύπανσης του εξωτερικού αέρα - όπου το SO2 συμβάλλει σημαντικά στα εκατομμύρια των πρόωρων θανάτων που συμβαίνουν κάθε χρόνο.
Συνολικά, οι παγκόσμιες εκπομπές SO2 έχουν μειωθεί κατά σχεδόν 50% από την κορύφωσή τους στη δεκαετία του 1980, με μεγάλο μέρος της μείωσης να συμβαίνει τα τελευταία 15 χρόνια. Αυτό έχει χρησιμεύσει για να αποκαλύψει ένα μέρος της αύξησης της θερμοκρασίας από τα αέρια του θερμοκηπίου που διαφορετικά θα είχε βιώσει ο κόσμος και συμβάλλει στην πρόσφατη επιτάχυνση του ρυθμού θέρμανσης.
Τελευταίες εκτιμήσεις των παγκόσμιων συνολικών εκπομπών SO2 (μπλε) και των εκπομπών SO2 του ναυτιλιακού τομέα (κόκκινο) από το Κοινοτικό Σύστημα Δεδομένων Εκπομπών (CEDS).
Το 2020, ο Διεθνής Ναυτιλιακός Οργανισμός (ΙΜΟ) ενέκρινε νέους κανονισμούς για τη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης από τη ναυτιλία, επιβάλλοντας αυστηρά όρια στην περιεκτικότητα των καυσίμων πλοίων σε θείο. Αυτό μείωσε γρήγορα τις εκπομπές θείου από τη ναυτιλία περισσότερο από 70% (κόκκινη γραμμή στο παραπάνω σχήμα), συμβάλλοντας στην πρόσφατη ταχεία μείωση των παγκόσμιων εκπομπών SO2. Επειδή αυτές οι εκπομπές βρίσκονται πάνω από τους ωκεανούς, υπάρχει λόγος να αναμένεται ότι θα έχουν μεγαλύτερο αντίκτυπο από τις μειώσεις των εκπομπών SO2 σε περιοχές με υψηλότερες συγκεντρώσεις SO2 υποβάθρου (αν και αυτό αντισταθμίζεται κάπως από τη συγκέντρωση πλοίων σε συγκεκριμένες θαλάσσιες οδούς και την παρουσία φυσικών εκπομπών διμεθυλοσουλφιδίου από φύκια).
Υπήρξε μια έντονη συζήτηση στην ακαδημαϊκή βιβλιογραφία γύρω από την ακριβή επίδραση αυτών των νέων κανονισμών του ΙΜΟ στην περιφερειακή και παγκόσμια επιβολή και απόκριση θερμοκρασίας. Σε αυτό το πλαίσιο, μόλις κυκλοφόρησε ένα νέο έγγραφο από τον Tianle Yuan και τους συνεργάτες του.
Μια νέα εκτίμηση της ακτινοβολίας πάνω από τον ωκεανό
Η νέα μελέτη των Yuan et al, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications: Earth &; Environment, παρέχει μια εκτίμηση τόσο της αλλαγής στην ακτινοβολία πάνω από τους ωκεανούς που σχετίζεται με τους κανονισμούς του ΙΜΟ όσο και των προσπαθειών μοντελοποίησης της απόκρισης της παγκόσμιας επιφανειακής θερμοκρασίας. Το πλαισιώνουν αυτό ως παράδειγμα ενός «ακούσιου σοκ τερματισμού της γεωμηχανικής» που θα ενημερώσει τις εκτιμήσεις μας για την αποτελεσματικότητα της μελλοντικής κατευθυνόμενης γεωμηχανικής. Υποστηρίζουν επίσης ότι οι κανονισμοί του ΙΜΟ θα οδηγήσουν σε «υπερδιπλασιασμό του μακροπρόθεσμου μέσου ρυθμού θέρμανσης» αυτή τη δεκαετία.
Οι Yuan et al χρησιμοποιούν ένα συνδυασμό δορυφορικών παρατηρήσεων και ενός μοντέλου χημικής μεταφοράς για να ποσοτικοποιήσουν την ακτινοβολία από τους κανονισμούς του ΙΜΟ. Βρίσκουν μια αύξηση της κατακράτησης ακτινοβολίας κατά 0,2 βατ ανά τετραγωνικό μέτρο (w / m ^ 2) κατά μέσο όρο σε ολόκληρο τον ωκεανό, με πολύ υψηλότερες τιμές σε συγκεκριμένες περιοχές πυκνής ναυτιλιακής κίνησης (π.χ. 0,56 w / m ^ 2 στον Βόρειο Ατλαντικό). Αυτό είναι περίπου διπλάσιο από την τιμή που εκτιμήσαμε αρχικά ο Piers Forster και εγώ τον Ιούλιο του 2023, αλλά είναι σύμφωνο με το ευρύτερο φάσμα των βιβλιογραφικών εκτιμήσεων.
Βιβλιογραφικές εκτιμήσεις της παγκόσμιας μέσης ακτινοβολίας από τους κανονισμούς του IMO 2020, που καταρτίστηκαν στο Hausfather and Forster 2023.
Δυστυχώς, ενώ η εκτίμηση της κατακράτησης της ακτινοβολίας τους είναι εντός του εύρους άλλων στη βιβλιογραφία μελετών, ο υπολογισμός τους για την προκύπτουσα θέρμανση βασίζεται σε ένα υπερβολικά απλοποιημένο μοντέλο που οδηγεί σε σημαντική υπερεκτίμηση των σημερινών επιπτώσεων της υπερθέρμανσης. Υπάρχουν δύο αξιοσημείωτα προβλήματα με την ανάλυσή τους:
Πρώτον, η εκτίμηση της κατακράτησης της ακτινοβολίας τους 0,2 w / m ^ 2 είναι ειδικά πάνω από τους παγκόσμιους ωκεανούς (όπου ο αντίκτυπος των κανονισμών ναυτιλίας θα γίνει κυρίως αισθητός), αλλά προχωρούν στη χρήση αυτής της τιμής για να υπολογίσουν τις επιπτώσεις της παγκόσμιας θερμοκρασίας 0,16C σε ισορροπία (υποθέτοντας μια κλιματική ευαισθησία 3C ανά διπλασιασμό CO2). Ωστόσο, οι ωκεανοί αντιπροσωπεύουν μόνο το 71% της επιφάνειας του πλανήτη, οπότε μια αύξηση της κατακράτησης ακτινοβολίας κατά 0,2 w/m^2 πάνω από τους ωκεανούς θα συνεπαγόταν μια παγκόσμια μέση αναγκαστική αύξηση 0,14 w/m^2, με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας κατά 0,11C σε ισορροπία.
Δεύτερον, και πιο σημαντικό, το εξαιρετικά απλοποιημένο μοντέλο ενεργειακού ισοζυγίου ενός στρώματος που χρησιμοποιούν για να μεταφράσουν την αλλαγή στην ακτινοβολία που αναγκάζεται σε απόκριση παγκόσμιας θερμοκρασίας υποθέτει μια απόκριση πλήρους ισορροπίας στην αλλαγή της κατακράτησης με χρονική κλίμακα 7 ετών (ή, ακριβέστερα, χρόνο ηλεκτρονικής αναδίπλωσης ~ 7 ετών). Αυτό είναι, αλλά ωμά ας το πούμε, απλά λάθος. Το απλό μοντέλο τους δεν αντικατοπτρίζει την πραγματική πρόσληψη θερμότητας από τον ωκεανό και κανένα πραγματικό κλιματικό μοντέλο δεν έχει χρόνους ισορροπίας οπουδήποτε κοντά σε τόσο γρήγορους χρόνους.
Απόκριση της παγκόσμιας επιφανειακής θερμοκρασίας σε πίεση 0,2 w/m^2 όπως υπολογίστηκε στη μελέτη Yuan et al (μπλε γραμμή) σε σύγκριση με την ίδια εκτιμώμενη χρήση FaIR.
Για να δώσω μια πιο ρεαλιστική απεικόνιση της αναμενόμενης αύξησης της θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας τις αναγκαστικές εκτιμήσεις στο Yuan et al, χρησιμοποίησα 66 διαφορετικές εκτελέσεις ενός εξομοιωτή κλιματικού μοντέλου (FaIR), με κάθε εκτέλεση συντονισμένη σε διαφορετικό μέλος της τελευταίας γενιάς μοντέλων του Γήινου Συστήματος (το σύνολο CMIP6). Βάζοντας μια παγκόσμια μέση αύξηση αλλαγής αερολύματος 0,14 w / m ^ 2 ξεκινώντας από το 2020 μας δίνει το παρακάτω σχήμα:
Η υπερθέρμανση της παγκόσμιας μέσης επιφανειακής θερμοκρασίας σχετίζεται με ένα αεροζόλ 0,14 w/m^2 που δίνουν 66 διαφορετικές εξομοιώσεις μοντέλων CMIP6 στο FaIR.
Εδώ βλέπουμε μια παγκόσμια μέση θέρμανση ~0.08C (0.06C έως 0.12C) έως το 2050 και ~0.05C (0.04C έως 0.06C) το έτος 2023. Η τελική απόκριση ισορροπίας των 0,11C δεν επιτυγχάνεται στο μοντέλο για μερικούς αιώνες, αν και η συνάρτηση την προσεγγίζει λογαριθμικά.
Αν υποθέσουμε ότι η τιμή 0,2 w/m^2 των Yuan et al πάνω από τους ωκεανούς για τον πλανήτη στο σύνολό του, θα έχουμε 0,12C (0,08C έως 0,17C) έως το 2050 και ~0,07C (0,05C έως 0,09C) το 2023.
Η υπερθέρμανση της παγκόσμιας μέσης επιφανειακής θερμοκρασίας σχετίζεται με ένα αεροζόλ 0,2 w/m^2 που αναγκάζει 66 διαφορετικές εξομοιώσεις μοντέλων CMIP6 στο FaIR.
Αν και αυτές οι τιμές δεν είναι ασήμαντες και σίγουρα συνέβαλαν στη ζέστη ρεκόρ το 2023, είναι δύσκολο να εξηγηθεί περισσότερο από 0,1C της παγκόσμιας μέσης αύξησης της θερμοκρασίας που σημειώθηκε μέχρι σήμερα από τους κανονισμούς του ΙΜΟ σε όλο το φάσμα των παροδικών κλιματικών αποκρίσεων που βρέθηκαν στα μοντέλα CMIP6. Παραμένει ένα μέρος της εξήγησης για τα περίεργα φαινόμενα που βιώσαμε στο δεύτερο μισό του περασμένου έτους, αλλά δεν είναι η μοναδική εξήγηση.
Υπάρχουν μερικά ακόμη δευτερεύοντα ζητήματα στο έγγραφο: λαμβάνοντας μια εκτίμηση 7ετούς θέρμανσης και μετατρέποντάς την σε δεκαδικό ρυθμό (ενώ στο απλό μοντέλο ενεργειακού ισοζυγίου οι κανονισμοί του ΙΜΟ δεν θα συνέβαλαν σε πρόσθετη θέρμανση μετά το έβδομο έτος) ή η έναρξη μιας νέας γραμμής τάσης σε τοπικό μέγιστο το 2020 στο σχήμα 3. Αλλά το κύριο συμπέρασμα εδώ είναι ότι είναι δύσκολο να δικαιολογηθεί μια επίδραση της παγκόσμιας θερμοκρασίας των 0,16 βαθμών Κελσίου που αναφέρουν με βάση την εκτίμησή τους για την αλλαγή στην κατακράτηση πάνω από τον ωκεανό.
