8. ZMĚNY A KOLÍSÁNÍ KLIMATU • změna klimatu – klimatické výkyvy se zřetelně vyjádřeným dlouhodobým trendem (ochlazování, oteplování) v časovém intervalu 103 roků a více, podmíněným změnou základních klimatotvorných faktorů • kolísání klimatu – klimatické výkyvy s nejasným dlouhodobým trendem v časovém intervalu 100 -102 roků, podmíněné vnitřní variabilitou klimatického systému a kolísáním klimatotvorných faktorů 8.1 ZÁKLADNÍ ÚDAJE PRO STUDIUM ZMĚN A KOLÍSÁNÍ KLIMATU • přístrojové údaje (systematická meteorologická měření) nejobjektivnější zdroj informací – relativně krátké řady (do 102 let) – nerovnoměrné pokrytí Země meteorologickými stanicemi – krátké řady speciálních údajů (např. chemismus atmosféry) • dokumentární údaje přímé a nepřímé údaje o počasí a klimatu související s činností člověka (narativní prameny, ekonomické údaje, epigrafické záznamy, korespondence, vizuální denní záznamy počasí, noviny aj.) – časově a prostorově nehomogenní – subjektivita a problémy s kvantifikací – pokrývají maximálně období 102 až 103 let • paleoklimatické údaje nepřímé (proxy) údaje o počasí a klimatu z období přesahující 102 let – informace o klimatu je „zakódována“ v podobě nějaké měřené charakteristiky (letokruhy, jezerní sedimenty, ledovcová jádra aj.) a musí být získána na základě nalezení vztahu mezi takovou charakteristikou a parametrem klimatu – časově homogenní záznam – problém možné časové změny předpokládané vazby 8.2 KOLÍSÁNÍ KLIMATU OD 19. STOLETÍ • globální teplotní řada na Zemi počítaná od roku 1850 na základě existujících teplotních měření 8.2.1 Pozorované změny v klimatickém systému podle přístrojových pozorování – IPCC 2013 - vyjádření kvalitativního stupně spolehlivosti výsledku (velmi nízká až velmi vysoká) podle typu, množství, kvality a existence existujících svědectví - kvantifikace pravděpodobnosti (plyne ze statistické analýzy): prakticky jisté – 99-100% pravděpodobnost, velmi pravděpodobné – 90-100%, pravděpodobné – 66-100%, pravděpodobně ano i ne – 33-66%, nepravděpodobné – 0- 33%, velmi nepravděpodobné – 0-10%, výjimečně nepravděpodobné – 0-1% - dodatečné: extrémně pravděpodobné – 95-100%, pravděpodobnější než ne ->50-100%, extrémně nepravděpodobné – 0-5% • Lineární trend 1880-2012: 0,85 °C (0,65 až 1,06) • Rozdíl teplot v obdobích 1850-1900 a 2003-2012 je 0.78 °C (0,72 až 0,85) • Každá ze tří posledních dekád byla teplejší než předchozí dekády od roku 1850. • 1983-2012 je nejteplejší 30-letí za posledních 1400 let. • Prakticky jisté, že se troposféra oteplila od poloviny 20. století. Obr. 1 Pozorovaná průměrná globální odchylka celkové teploty vzduchu a oceánu 1850– 2012 Tab. 1 Zhodnocení změn jevů a trendů od roku 1950 a přispění člověka na pozorované jevy • Vysoká spolehlivost tvrzení, že jarní (březen-duben) rozsah sněhové pokrývky na severní polokouli se zmenšil. • Existuje vysoká spolehlivost tvrzení, že rozsah mořského ledu v Arktidě se zmenšil. • Prakticky jisté, že svrchní vrstva oceánu (0-700 m) se oteplila od 1971 do 2010 a pravděpodobně se oteplila mezi 70. léty 19. století a rokem 1971. • Rychlost vzestupu hladiny světového oceánu od poloviny 19. století byla větší než v předchozích dvou tisíciletích – vysoká spolehlivost. V letech 1901-2010 činil vzestup 19 cm (17-21 cm). 8.3 Přírodní proxy data a rekonstrukce klimatu Tab. 2 Přehled možných informací získaných z přírodních proxy dat Paleoklimatická rekonstrukce - řady proxy-dat (letokruhy, teplotní a srážkové indexy, jezerní sedimenty, speleotémy atd.) - kalibrace: přenosová funkce (proxy versus měřené údaje) pro období překryvu - verifikace: různé statistiky - rekonstrukce Obr. 2 Diagram kvantitativní paleoklimatické rekonstrukce • Přenosová funkce je stanovena pro období překryvu a aplikována na proxy data předchozího období. Obr. 3 Schéma rekonstrukce řady • Analýza poměru izotopů kyslíku δ18O = (R – R0) / R0, kde R je poměr naměřených koncentrací v ledovcovém jádru a R0 je srovnávací poměr izotopů v oceánu, přičemž R, resp. R0 = c(18 O) / c(16 O) • Poměr δ18 O je nepřímo úměrný teplotě a vyjadřuje: – teplotu vzduchu při kondenzaci – atmosférické procesy mezi zdrojem vodní páry a místem depozice – místní podmínky během změny firnu v led – nadmořskou výšku a zeměpisnou šířku lokality • Izotopy jsou dány kolísáním hmoty v atomech každého prvku. Každé jádro atomu je tvořeno protony (počet v jádře vždy stejný) a neutrony (počet může kolísat). Atomy kyslíku mají vždy 8 protonů, ale buď 8 (16 O – 99,76 %), 9 (17 0 – 0,04 %) a 10 neutronů (18 O – 0,20 %). Obr. 4 Měřené charakteristiky letokruhů 8.4 KOLÍSÁNÍ KLIMATU NA ZEMI V POSLEDNÍM TISÍCILETÍ • tradiční členění klimatu posledního tisíciletí podle H. H. Lamba: a) středověké klimatické optimum (Medieval Climate Anomaly) - (950)1150-1300 b) období zhoršování klimatu c) malá doba ledová (Little Ice Age) - 1550-1850 d) současné globální oteplování (po roce 1850) Obr. 5 Rekonstrukce anomálií teploty vzduchu (referenční období 1961–1990) pro Severní polokouli od různých autorů (a) a průnik rekonstruovaných teplotních řad (b) od 8. století do současnosti (upraveno podle obr. 6.19 in Solomon et al., 2007) Středoevropská teplotní řada 1500-2007 Obr. 6 Středoevropská teplotní řada (s ohledem na referenční období 1961–1990) s odhadem nejistot (Dobrovolný et al. 2010) • 1760-2007 – průměr 11 středoevropských homogenizovaných stanic z Německa, Švýcarska, Rakouska a České republiky • 1500-1759 – teplotní indexy interpretované z dokumentárních údajů, průměrované pro Německo, Švýcarsko a České země 8.5 ZMĚNY KLIMATU V GEOLOGICKÉ MINULOSTI ZEMĚ • posledních 2,588 miliónů let se dělí na holocén (cca 11-12 tisíc let před současností - BP) a pleistocén • 15-20 kvartérních klimatických cyklů – střídání glaciálů a interglaciálů • holocén – současný interglaciál, jsme na rozhraní jeho druhé a třetí třetiny, silně ovlivněn činností člověka (antropocén) • periodizace holocénu – postglaciální klimatické optimum (6000 – 8000 let BP) • 8.6 Hypotézy klimatických změn • za nejvěrohodnější hypotézu objasňující kvartérní klimatické cykly je považována Milankovičova astronomická hypotéza, založená na změně parametrů oběžné dráhy Země kolem Slunce: - sklon zemské osy ε (úhel sevřený rovinou ekliptiky a rovinou světového rovníku): 22–24,5º, asi 41 000 let - délka perihelu π (úhlová vzdálenost přísluní od jarního bodu, pohybujícího se v důsledku precese): 21 000 let - výstřednost zemské dráhy e: 0,0007–0,0658, 100 000 let • Vhodné podmínky pro zalednění na Severní polokouli: – relativně teplé zimní a relativně chladné letní období – nejmenší ε, největší e, π blízké 90º nebo 270º • graf ekvivalentních šířek pro 65º s.š. (šířky, které dostávají v současnosti v tzv. letním kalorickém půlroce stejné množství slunečního tepla jako v minulosti 65º) • růst ekvivalentní šířky – ochlazení a naopak