Citlivost klimatu je klíčovým ukazatelem ve vědě o klimatu a popisuje, o kolik se oteplí zemský povrch při zdvojnásobení koncentrací oxidu uhličitého (CO2) v atmosféře. Formální definice citlivosti klimatu zní: „Změna povrchové teploty v reakci na změnu koncentrace oxidu uhličitého (CO2) v atmosféře nebo jiné radiační síly.“ Tento pojem pomáhá vědcům pochopit rozsah a velikost účinků změny klimatu.
Zemský povrch se otepluje jako přímý důsledek zvýšené koncentrace CO2 v atmosféře a také zvýšené koncentrace dalších skleníkových plynů, jako je oxid dusný a metan. Zvyšující se teploty mají na klimatický systém sekundární účinky. Tyto sekundární účinky se nazývají klimatické zpětné vazby. Mezi samoposilující zpětné vazby patří například tání ledu odrážejícího sluneční záření a také vyšší evapotranspirace. Tento druhý účinek zvyšuje průměrný obsah vodní páry v atmosféře, která je sama o sobě skleníkovým plynem.
Vědci přesně nevědí, jak silné jsou tyto zpětné klimatické vazby. Proto je obtížné předpovědět přesné množství oteplení, které bude výsledkem daného zvýšení koncentrace skleníkových plynů. Pokud se ukáže, že citlivost klimatu je na vyšší straně vědeckých odhadů, bude ještě obtížnější dosáhnout cíle Pařížské dohody, kterým je omezení globálního oteplování pod 2 °C.
Existují dva hlavní druhy klimatické citlivosti: přechodná klimatická citlivost je počáteční nárůst globální teploty při zdvojnásobení hladiny CO2 a rovnovážná klimatická citlivost je větší dlouhodobý nárůst teploty poté, co se planeta zdvojnásobení přizpůsobí. Klimatická citlivost se odhaduje několika metodami: přímým sledováním teploty a koncentrace skleníkových plynů od počátku průmyslové revoluce kolem roku 1750, pomocí nepřímých měření z dávné minulosti Země a simulací klimatu.náhled|400px|vpravo|Asymetrické frekvenční rozdělení „citlivosti klimatu“ (pro daný radiační forcing a změnu koncentrace oxidu uhličitého), založené na modelových simulacích z roku 2010. Změněné citace pocházejí ze zdroje veřejné domény: Několik simulací mělo za výsledek oteplení o méně než 2 °C - u spodní hranice odhadu Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC). Některé simulace mají za následek oteplení o podstatně více než o 4 °C, což je na horním konci odhadů IPCC. Tento obraz (statistiky nazývaný „rozdělení s koeficientem šikmosti napravo“) naznačuje, že pokud se koncentrace oxidu uhličitého zdvojnásobí, tak pravděpodobnost, že nastane velmi velké zvýšení teploty, je větší než pravděpodobnost velmi malého zvýšení.
Základy Množství energie, která se dostává na Zemi ve formě slunečního záření a která opouští Zemi ve formě tepelného záření do vesmíru, se musí vyrovnávat, jinak celkové množství tepelné energie na planetě v daném okamžiku stoupá nebo klesá, což má za následek, že planeta je celkově teplejší nebo chladnější. Příčinou nerovnováhy mezi množstvím příchozí a odchozí energie záření je tzv. radiační forcing. Teplejší planeta vyzařuje teplo do vesmíru rychleji, a tak je nakonec dosaženo nové rovnováhy s vyšší teplotou a vyšším obsahem akumulované energie. Oteplování planety má však také zpětné účinky, které způsobují další oteplování v rámci prohlubující se zpětné vazby. Klimatická citlivost je měřítkem toho, jak velkou změnu teploty způsobí dané množství radiačního forcingu.
Radiační forcing
Radiační forcing se obecně kvantifikuje ve wattech na metr čtvereční (W/m2) a průměruje se na nejsvrchnějším povrchu Země definovaném jako vrchol atmosféry.IPCC FAR, Ch. 2, ss. 41–68 Velikost forcingu je specifická pro fyzikální faktor a je definována vzhledem k doprovodnému časovému rozpětí, které je pro její použití zajímavé. V kontextu příspěvku k dlouhodobé citlivosti klimatu od roku 1750 do roku 2020 je 50% nárůst atmosférického CO2 je charakterizováno forcingu přibližně +2,1 W/m2. V kontextu krátkodobějších příspěvků k energetické nerovnováze Země (tj. k rychlosti jejího ohřívání/ochlazování) mohou být časové intervaly zájmu tak krátké, jako je interval mezi vzorkováním dat z měření nebo simulací, a budou tedy pravděpodobně doprovázeny menšími hodnotami forcingu. Forcingy z takových výzkumů byly analyzovány a uváděny také v desetiletých časových měřítkách.
Radiační forcing vede k dlouhodobým změnám globální teploty. K radiačnímu forcingu přispívá řada faktorů: zvýšené dopadající záření v důsledku skleníkového efektu, proměnlivost slunečního záření v důsledku změn dráhy planety, změny slunečního záření, přímé a nepřímé účinky způsobené aerosoly (například změny albedu v důsledku oblačnosti) a změny ve využívání půdy (odlesňování nebo ztráta reflexní ledové pokrývky). V současném výzkumu je radiační forcing skleníkových plynů dobře znám. I v roce 2019 přetrvávají velké nejistoty v případě aerosolů.IPCC AR5 WG1 Ch. 8
Klíčové údaje
Hladina oxidu uhličitého (CO2) vzrostla z 280 ppm v 18. století, kdy lidé v průmyslové revoluci začali spalovat značné množství fosilních paliv, jako je uhlí, na více než 415 ppm v roce 2020. Protože CO2 je skleníkový plyn, brání tepelné energii v odchodu ze zemské atmosféry. V roce 2016 vzrostla hladina CO2 v atmosféře o 45 % oproti předindustriálnímu období a radiační síla způsobená zvýšeným množstvím CO2 byla již o více než 50 % vyšší než v předindustriální době, a to v důsledku nelineárních efektů.Hladina CO2 v roce 2016 činila 403 ppm, což je o méně než 50 % více než předindustriální koncentrace CO2 278 ppm. Protože však zvýšená koncentrace má postupně se zmenšující oteplovací účinek, Země již byla více než v polovině zdvojnásobení radiačního forcingu způsobeného CO2. Mezi začátkem průmyslové revoluce v 18. století a rokem 2020 vzrostla teplota Země o něco málo přes jeden stupeň Celsia.
Společenský význam Vzhledem k tomu, že náklady na zmírňování změny klimatu do značné míry závisí na tom, jak rychle je třeba dosáhnout uhlíkové neutrality, mohou mít odhady citlivosti klimatu důležité ekonomické a politické důsledky. Jedna studie naznačuje, že snížení nejistoty hodnoty pro přechodnou klimatickou reakci (TCR) na polovinu by mohlo ušetřit biliony dolarů. Vyšší klimatická citlivost by znamenala dramatičtější nárůst teploty, a proto je rozumnější přijmout významná opatření v oblasti klimatu. Pokud se ukáže, že klimatická citlivost je na horní hranici toho, co vědci odhadují, nebude možné dosáhnout cíle Pařížské dohody omezit globální oteplování výrazně pod 2 °C a nárůst teploty tuto hranici přinejmenším dočasně překročí. Jedna studie odhaduje, že emise nebude možné snížit dostatečně rychle, aby bylo možné dosáhnout cíle 2 °C, pokud bude rovnovážná citlivost klimatu (dlouhodobá míra) vyšší než 3,4 °C. Čím citlivější je klimatický systém na změny koncentrací skleníkových plynů, tím pravděpodobnější je, že budou desetiletí, kdy budou teploty mnohem vyšší nebo mnohem nižší než dlouhodobý průměr.
Faktory určující citlivost Radiační forcing způsobený zdvojnásobením hladiny CO2 v atmosféře (z předindustriální hodnoty 280 ppm) je přibližně 3,7 wattu na metr čtvereční (W/m2). Při absenci zpětných vazeb by tato energetická nerovnováha nakonec vedla ke globálnímu oteplení zhruba o 1 °C. Toto číslo lze jednoduše vypočítat pomocí Stefanova-Boltzmannova zákonaVýpočet je následující. V rovnovážném stavu je shodná přicházející a odcházející energie radiace. Odcházející radiace je dána Stefanůvým–Boltzmannovým zákonem: . Pokud přicházející radiace vzroste, odcházející radiace a tím i teplota musí též vzrůst. Nárůst teploty přímo způsobeným nárůstem radiačního forcingu způsobeného zdvojnásobením koncentrací CO2, je dán takto:
.
Při efektivní teplotě 255 K (-18 °C), je konstantní růstu teploty, při při hodnotě Stefanovy-Boltzmanyovy konstanty 5.67 W/m2 K−4 a kolem 4 W/m2, dává rovnice citlivost světového klimatu ve výši přibližně 1 K. a je nesporné.
Další příspěvek vyplývá z klimatických zpětných vazeb, a to jak kladných, tak záporných. Nejistota v odhadech citlivosti klimatu je zcela dána modelováním zpětných vazeb v klimatickém systému, včetně zpětné vazby vodní páry, zpětné vazby ledové pokrývky, zpětné vazby oblačnosti a zpětné vazby rychlosti lapse. Vyrovnávací zpětné vazby mají tendenci působit proti oteplování tím, že zvyšují rychlost, s jakou je energie vyzařována do vesmíru z teplejší planety. Zhoršující zpětné vazby oteplování zvyšují; například vyšší teploty mohou způsobit tání ledu, což zmenšuje jeho plochu a množství slunečního záření, které led odráží, což má následně za následek menší vyzařování tepelné energie zpět do vesmíru. Citlivost klimatu závisí na rovnováze mezi těmito zpětnými vazbami.
Typy citlivosti klimatu V závislosti na časovém měřítku existují dva hlavní způsoby, jak definovat citlivost klimatu: krátkodobá přechodná klimatická odezva (TCR) a dlouhodobá rovnovážná klimatická citlivost (ECS), přičemž obě zahrnují oteplení způsobené pozitivními zpětnými vazbami. Nejedná se o diskrétní kategorie, ale překrývají se. Citlivost na zvýšení koncentrace CO2 v atmosféře se měří velikostí změny teploty při zdvojnásobení koncentrace CO2 v atmosféře.
Ačkoli se termín „citlivost klimatu“ obvykle používá pro citlivost na radiační forcing způsobený nárůstem atmosférického CO2, jedná se o obecnou vlastnost klimatického systému. Radiační nerovnováhu mohou způsobovat i další činitele. Klimatická citlivost je změna povrchové teploty vzduchu na jednotku změny radiačního forcingu, a parametr klimatické citlivostiZde se používá definice IPCC. V některých jiných zdrojích se parametr klimatické citlivosti nazývá jednoduše klimatická citlivost. Inverzní hodnota tohoto parametru se nazývá parametr klimatické zpětné vazby a vyjadřuje se v (W/m2)/°C.se proto vyjadřuje v jednotkách °C/(W/m2). Klimatická citlivost je přibližně stejná bez ohledu na příčinu radiačního forcingu (např. skleníkové plyny nebo kolísání slunečního záření). Pokud je klimatická citlivost vyjádřena jako změna teploty pro dvojnásobnou úroveň atmosférického CO2 oproti předindustriálnímu období, jsou jejími jednotkami stupně Celsia (°C).
Přechodná klimatická odezva (TCR) Přechodná klimatická odezva (TCR) je definována jako „změna globální průměrné povrchové teploty, zprůměrovaná za období 20 let, se středem v době zdvojnásobení koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře, v simulaci klimatického modelu“, ve kterém se koncentrace CO2 v atmosféře zvyšuje o 1 % ročně.IPCC AR5 WG1, Annex III: Glossary, p. 1451Tento odhad je vytvořen pomocí krátkodobějších simulací.IPCC AR4 WG1 Kap. 8.6.2 Přechodná odezva je nižší než rovnovážná citlivost klimatu, protože pomalejší zpětné vazby, které zhoršují nárůst teploty, potřebují více času, aby plně reagovaly na zvýšení koncentrace CO2 v atmosféře. Například hlubokému oceánu trvá mnoho staletí, než po poruše dosáhne nového ustáleného stavu, během něhož nadále slouží jako chladič, který ochlazuje horní část oceánu. Podle literárního hodnocení IPCC se TCR pravděpodobně pohybuje mezi 1 °C a 2,5 °C.IPCC AR5 WG1, Kapitola 12, ss. 1029–1136
Souvisejícím měřítkem je přechodná odezva klimatu na kumulativní emise uhlíku (TCRE), což je globálně zprůměrovaná změna povrchové teploty po emisi 1000 GtC CO2, která jako taková zahrnuje nejen zpětnou vazbu teploty na forcing, ale také zpětnou vazbu cyklu uhlíku a uhlíkového cyklu.
Rovnovážná klimatická citlivost (ECS) thumb|Rovnovážná citlivost klimatu závisí na stavu klimatu.