Inlägg
Här kommer del II i vår serie gästinlägg av Christian Azar och Daniel Johansson. Båda författarna forskar i fysisk resursteori på Chalmers.
* * *
I vårt förra blogginlägg på Uppsalainitiativet presenterade vi Chalmers Climate Calculator. Vi utlovade då ett nytt inlägg där vi skulle erbjuda läsaren en mer detaljerad guide till modellen, men kanske framförallt hur den kan användas för att få bättre insikt kring hur klimatet fungerar.
Förra gången illustrerade vi hur mycket temperaturen kommer att öka om vi följer ett business as usual-scenario för utsläppen. Den här gången kommer vi att ställa oss, och besvara, några frågor vad som händer med temperaturen om vi stabiliserar eller minskar utsläppen. Läsaren kan sedan själv testa andra utsläppsscenarier.
Fråga 1: Hur påverkar konstanta emissioner atmosfärens koncentration av koldioxid, och vad blir effekten på temperaturen?
Låt oss börja med att välja konstanta utsläpp från år 2010 och framåt. Det görs genom att välja år 2010 i första rutan längst till vänster, där man anger vilket år emissions reduktionspolicyn börjar, och sedan sätter man minskningstakten till noll procent. Väljer man nu att trycka på ”generate scenario” så hamnar man på en utsläppsnivå på knappt 40 Gton CO2 per år under hela perioden.
Då stiger halten av koldioxid (se mittersta grafen i CCC om ni kör exemplet själva, eller i figuren nedan). Det är ungefär som att hälla vatten i ett badkar. Med ett konstant flöde kommer då vattennivån stiga. Den viktiga skillnaden mellan koldioxid i atmosfären och vårt badkarsexempel är att koldioxiden löses i världshaven och tas upp i världens skogar.
Men upptaget beror på koldioxidhalten i atmosfären. En viktig aspekt är att all koldioxid inte kan tas upp i haven och skogarna. Konstanta utsläpp leder därför till ökade halter i atmosfären.
I vår webbmodell beräknas hur mycket koldioxid som tas upp av hav och skog, och sedan presenteras hur mycket som stannar i atmosfären. Vi ser i figuren att konstanta utsläpp leder till koldioxidkoncentration stiger till närmare 575 ppm mot slutet av århundradet. Detta leder i sin tur till att jordens temperatur stiger under hela perioden, och når en ökning på cirka 2,7 grader i relation till förindustriella nivåer år 2100 (givet en klimatkänslighet på tre grader per CO2-ekvivalent fördubbling).
Fråga 2: Hur påverkas temperaturen om man har konstant koncentration av koldioxid i atmosfären?
Låt oss nu istället testa vad som händer om utsläppen av koldioxid minskar med två procent om året från 2010 och framåt. Då ser man att halten av koldioxid stabiliseras (i grova drag) på cirka 425 ppm i atmosfären. Tittar man i temperaturfiguren (figuren nedan), ser man dock att temperaturen fortsätter att öka (och når 2,3 grader år 2100).
Anledningen till att temperaturen ökar trots att koldioxidhalten är konstant är att det tar tid att värma upp klimatet (ungefär på samma sätt som det tar tid att koka upp vatten på spisen). Då världshaven är stora sker fördröjningen över en period på flera decennier, ja uppemot sekler. Det beror också på att de minskade utsläppen gör att våra utsläpp av svaveldioxid minskar, och eftersom svavelutsläppen omvandlas till aerosoler som kyler, så minskar den den avkylande effekten. Uppvärmningens fulla potential kommer då till uttryck.
Figur 1. Den gulgröna linjen motsvarar före år 2010 historiska utsläpp, och därefter konstanta utsläpp, den blåa att utsläppen minskar med två procent om året.
Låt oss säga några ytterligare ord om hur koldioxoid tas upp av världshaven och skogar. I det här fallet får vi ju konstant koncentration. Anledningen till att man får en konstant koncentration i atmosfären är att man har ett högre tryck av koldioxid i atmosfären än i ythaven. Det gör att koldioxid trycks ned i haven (koldioxid tas också upp av skogar). Men när ythaven börjar ta upp koldioxid, så utjämnas tryckskillnaden, och då minskar flödet till haven. För att koncentrationen då inte ska öka, krävs att utsläppen successivt minskar. På sikt måste utsläppen ned till nästan noll för att halten av koldioxid i atmosfären ska stabiliseras. Vilken nivå stabiliseringen då hamnar på beror på hur mycket man släppt ut historiskt.1
Den intresserade läsaren kan nu göra ett intressant experiment. Testa att minska koldioxidhalten med två procent från år 2010, 2020 och 2030. Då kommer man se att stabilisering uppnås på olika nivåer. Hur mycket betyder 10 och 20 års väntan för koncentrationen och temperatursvaret år 2100?
1) Släpper man ut ett ton koldioxid så stannar minst 15 procent cirka 1000 år i atmosfären (givet en för-industriell koncentration av koldioxid i atmosfären) . Ökar man utsläppen kommer denna andel att öka. Om vi släpper ut väldigt mycket kan uppemot 30 procent av allt vi släpper ut stanna (i tusentals år). Se till exempel Archer et al, 2009, Atmospheric Lifetime of Fossil Fuel Carbon Dioxide, Annual Review of Earth Planetary Sciences 37:117–34.
OK, då kan man ju ta och testa att minska med 99% per år från 2010, d v s tvärstopp på CO2 nu. Med 1% på känsligheten sjunker temperaturen för att sedan öka efter 2040. Är detta rimligt?
SvaraRaderaDet här är ju intressant som intellektuell övning och som pedagogiskt grepp just för att visa att integralen spelar en viss roll. Men jag skulle fortfarande vilja se en rimlighetsdiskussion om detta. Konstanta utsläpp till 2100 är ju en fantasi.
SvaraRaderaAnonym
SvaraRaderaHej, och tack för din spännande och intressanta fråga, som faktiskt kräver ett ganska ingående svar. Vi utgår från att du kört modellen med en klimatkänslighet på 1 grad per co2 fördubbling, minskning med 99 procent från 2010 och en aerosolforcing på -0.5 W/m2. Det är också värt att notera att de temperaturuppgångar och nedgång vi talar om är mycket små (temperaturen rör sig upp och ned kring väldigt nära 0.6 grader).
Så nu till svaret: Låt oss ta de olika fenomenen separat (1. temperaturen går först upp, 2. sedan ned, och 3. börjar sedan öka något igen)
1. Att temperaturen stiger när man minskar utsläppen väldigt snabbt beror på att man då också minskar svavelutsläppen. Utsläppen av svavel är i modellen (och i verkligheten) kopplade. Snabb minskning av kolanvändningen gör att svavelutsläppen minskar. Svavel kyler klimatet, så när dessa utsläpp minskar så får vi en temperaturökning trots att koldioxidutsläppen minskar snabbt. Detta fenomen är välkänt i litteraturen, se t ex artikel av Raes och Seinfeld, 2009, som du hittar här.
2. Att temperaturen därefter börjar sjunka beror på att vår minskning av koldioxid också leder till minskade utsläpp av metan och dikväveoxid. Vi visar inte hur metan och divkväveoxid påverkas i några grafer, men de finns med i de underliggande temperaturberäkningarna. Då dessa gaser är växthusgaser har vi gjort antagandet att en politik som syftar till minskade utsläpp av koldioxid också kommer hantera metan och dikväveoxid. Metan är dessutom en gas med en ganska kort livslängd (cirka 10 år), det gör att dess koncentration i atmosfären kommer sjunka ganska snabbt om metan tas bort, och då får det genomslag på temperaturen. Även koldioxidhalten börjar naturligtvis sjunka, men då dess livslängd är betydligt längre (se i grafen där koldioxidhalten är något under 350 ppm år 2100 trots att utsläppen minskat till nästan noll år 2100).
3. Att temperaturen därefter börjar stiga något kan tyckas märkligt när koldioxidhalterna faktiskt sjunker men det hela hänger ihop till följd av följande två faktorer:
a. Metanutsläppen minskas inte lika mycket som koldioxidutsläppen, utan vi har antagit att metanutsläpp från risodling och boskap inte kan gå ned till noll. I takt med att inkomst växer i världen så ökar därför metanutsläppen under de närmaste 100 åren, men betydligt mycket mindre än vad de skulle ha gjort i ett ”business as usual” scenario. Det gör att vi får en förstärkande uppvärmning.
b. Det finns också trögheter i klimatsystemet. De halter av koldioxid vi har i atmosfären kommer ge en högre temperatur än den vi uppmäter nu tillföljd av att det tar lång tid att värma upp haven. När koldioxidhalten i modellen sjunker, så sker det alltså samtidigt som det pågår en uppvärmning till följd av de existerande koncentrationerna av koldioxid.
4. Det kan också vara av intresse att för högre klimatkänslighet försvinner den temporära nedgången. Det beror på att klimatkänsligheten då är högre och på att temperaturen är på väg mot en högre nivå. Det gör att effekten 2 ovan är för liten för att kunna orsaka en temporär temperaturnedgång. Istället får vi en snabb uppgång när svavlet försvinner (starkare än i fallet med en lägre klimatkänslighet), och sedan får vi en fortsatt temperaturuppgång på grund av havens tröghet (det kan noteras att ju högre klimatkänsligheten är desto högre tröghet får vi i klimatsystemet).
Vänliga hälsningar
Christian Azar och Daniel Johansson
PS. I din fråga skriver du klimatkänslighet på 1% men vi förmodar att du avser 1 grad per fördubbling av co2 ekvivalenten