Podnoszący się poziom mórz, topnienie lodowców, fale upałów na morzu – rok 2023 ustanowił szereg nowych, alarmujących rekordów. Średnia temperatura na świecie również wzrosła do prawie 1,5 stopnia powyżej poziomu przedindustrialnego, co stanowi kolejny rekord. Próba zidentyfikowania przyczyn tego nagłego wzrostu okazała się wyzwaniem dla badaczy. W końcu uwzględnienie skutków czynników antropogenicznych, takich jak akumulacja gazów cieplarnianych w atmosferze, zjawiska pogodowego El Niño i zjawisk naturalnych, takich jak erupcje wulkanów, może odpowiadać za większą część ocieplenia. Jednak w ten sposób nadal pozostaje różnica około 0,2 stopnia Celsjusza, która nigdy nie została w zadowalający sposób wyjaśniona. Zespół kierowany przez Instytut Alfreda Wegenera przedstawia możliwe wyjaśnienie wzrostu średniej temperatury na świecie: nasza planeta stała się mniej odblaskowa, ponieważ zmniejszyła się ilość niektórych rodzajów chmur.
„Oprócz wpływu El Niño i oczekiwanego długoterminowego ocieplenia spowodowanego antropogenicznymi gazami cieplarnianymi omówiono już kilka innych czynników, które mogły przyczynić się do zaskakująco wysokich średnich temperatur na świecie od 2023 r.” – mówi dr Helge Goessling, główny autor z badań Instytutu Alfreda Wegenera, Centrum Badań Polarnych i Morskich im. Helmholtza (AWI): np. zwiększona aktywność słoneczna, duże ilości pary wodnej powstałej w wyniku erupcji wulkanu lub mniej cząstek aerozolu w atmosferze. Jeśli jednak połączyć wszystkie te czynniki, nadal mamy do czynienia z ociepleniem o 0,2 stopnia Celsjusza bez łatwo widocznej przyczyny.
„Luka wyjaśniająca wynosząca 0,2 stopnia Celsjusza w odniesieniu do roku 2023 jest obecnie jedną z najintensywniej dyskutowanych kwestii w badaniach nad klimatem” – mówi Helge Goessling. Próbując wypełnić tę lukę, osoby zajmujące się modelowaniem klimatu z AWI i Europejskiego Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF) przyjrzały się bliżej danym satelitarnym NASA, a także własnym danym z ponownej analizy ECMWF, w których szereg dane obserwacyjne są łączone ze złożonym modelem pogody. W niektórych przypadkach dane sięgają 1940 r., co pozwala na szczegółową analizę ewolucji globalnego budżetu energetycznego i zachmurzenia na różnych wysokościach.
„Naszą uwagę przykuł fakt, że zarówno w zbiorach danych NASA, jak i ECMWF rok 2023 wyróżniał się jako rok o najniższym albedo planetarnym” – mówi współautor dr Thomas Rackow z ECMWF. Albedo planetarne opisuje procent przychodzącego promieniowania słonecznego, które jest odbijane z powrotem w przestrzeń kosmiczną po wszystkich interakcjach z atmosferą i powierzchnią Ziemi. „W ostatnich latach zaobserwowaliśmy już niewielki spadek. Dane wskazują, że w 2023 r. albedo planet może być najniższe od co najmniej 1940 r.” Pogorszyłoby to globalne ocieplenie i mogłoby wyjaśnić „brakujące” 0,2 stopnia Celsjusza. Ale co spowodowało ten niemal rekordowy spadek albedo planet?
Spadek chmur na niższych wysokościach zmniejsza albedo Ziemi
Albedo powierzchni Ziemi spada od lat 70. XX wieku, częściowo z powodu zmniejszania się pokrywy śnieżnej i lodu morskiego w Arktyce, co oznacza również mniej białych obszarów odbijających światło słoneczne. Od 2016 r. sytuację tę pogłębia zanikanie pokrywy lodowej na Antarktydzie. „Jednak nasza analiza zbiorów danych pokazuje, że spadek albedo powierzchniowego w regionach polarnych odpowiada jedynie za około 15 procent ostatniego spadku albedo planet” – wyjaśnia Helge Goessling. Albedo również znacznie spadło w innych miejscach. Aby obliczyć potencjalne skutki tego zmniejszonego albedo, badacze zastosowali ustalony model budżetu energetycznego, który jest w stanie naśladować reakcję temperaturową złożonych modeli klimatycznych. Co odkryli: gdyby nie obniżone albedo od grudnia 2020 r., średnia temperatura w 2023 r. byłaby o około 0,23 stopnia Celsjusza niższa.
Wydaje się, że jeden trend znacząco wpłynął na zmniejszone albedo planet: spadek chmur na małych wysokościach na północnych średnich szerokościach geograficznych i w tropikach. Pod tym względem szczególnie wyróżnia się Atlantyk, czyli dokładnie ten sam region, w którym w 2023 r. zaobserwowano najbardziej nietypowe rekordy temperatur. „Wyraźnie widać, że wschodni Atlantyk Północny, który jest jednym z głównych czynników wpływających na ostatni skok średniej globalnej temperatury, charakteryzował się znacznym spadkiem chmur na niskich wysokościach nie tylko w 2023 r., ale także – podobnie jak prawie cały Atlantyk – w ciągu ostatnich dziesięciu lat”. Dane pokazują, że zachmurzenie na małych wysokościach zmniejszyło się, natomiast na umiarkowanych i dużych wysokościach spadło jedynie nieznacznie, jeśli w ogóle.
Fakt, że za obniżone albedo odpowiedzialne są głównie chmury niskie, a nie chmury wyższe, ma istotne konsekwencje. Chmury na wszystkich wysokościach odbijają światło słoneczne, powodując efekt chłodzenia. Jednak chmury w wysokich, zimnych warstwach atmosfery również powodują efekt ocieplenia, ponieważ zatrzymują w atmosferze ciepło emitowane z powierzchni. „Zasadniczo daje to taki sam efekt, jak gazy cieplarniane” – mówi Helge Goessling. Ale niższe chmury nie mają takiego samego efektu. „Jeśli jest mniej niskich chmur, tracimy jedynie efekt chłodzenia, przez co robi się cieplej”.
Ale dlaczego jest mniej niskich chmur? Prawdopodobnie czynnikiem przyczyniającym się do tego jest niższe stężenie aerozoli antropogenicznych w atmosferze, szczególnie w wyniku bardziej rygorystycznych przepisów dotyczących paliwa żeglugowego. Jako jądra kondensacji aerozole odgrywają zasadniczą rolę w tworzeniu się chmur, a jednocześnie same odbijają światło słoneczne. Ponadto mogły mieć na to wpływ naturalne wahania i sprzężenia zwrotne oceanu. Jednak Helge Goessling uważa za mało prawdopodobne, aby same te czynniki wystarczą i sugeruje trzeci mechanizm: samo globalne ocieplenie zmniejsza liczbę niskich chmur. „Jeśli rzeczywiście duża część spadku albedo wynika z sprzężeń zwrotnych między globalnym ociepleniem a niskimi chmurami, jak wskazują niektóre modele klimatyczne, w przyszłości powinniśmy spodziewać się raczej intensywnego ocieplenia” – podkreśla. „Moglibyśmy zaobserwować globalne długoterminowe ocieplenie klimatu przekraczające 1,5 stopnia Celsjusza wcześniej, niż dotychczas oczekiwano. Pozostałe budżety na emisję dwutlenku węgla związane z limitami określonymi w porozumieniu paryskim musiałyby zostać odpowiednio zmniejszone, a konieczność wdrożenia środków dostosowawczych do skutki przyszłych ekstremalnych warunków pogodowych staną się jeszcze bardziej naglące.”