기후 등으로부터

주디스 카레

“기후 체스의 첫 번째 규칙은 이것이다. 보드는 우리가 생각하는 것보다 크고 화석 연료 이상의 것을 포함합니다.” – 존 폴리

지구 온난화를 제한하는 전략은 대기로 방출되는 CO2의 양을 제한하는 것과 직접적으로 관련되어 있습니다. 배출 목표는 UNFCCC 파리 협정의 핵심입니다. 배출 목표의 목표는 산업화 이전 수준(일반적으로 기준 기간 1851-1900년)과 비교하여 지구 온난화를 섭씨 2도 미만, 바람직하게는 섭씨 1.5도로 제한하는 것입니다. 참고로 2020년 기후는 약 1.2oC 따뜻해졌습니다.

중간 배출 시나리오(SSP2-4.5)를 사용하여 IPCC AR6에 의해 제약된 지구 평균 기온 예측은 1.5oC 임계값이 2030년경에 교차되고 2oC 임계값이 2052년경에 교차될 확률이 50%임을 나타냅니다. 불확실성이 있습니다. 임계값을 초과할 연도(1.5oC 임계값의 경우 2026-2042년 및 2oC 임계값의 경우 2038-2072년), 대부분 다른 모델 간의 CO2에 대한 기후 민감도 범위 때문입니다.

이 게시물은 현재 자연적인 기후 변동성이 2050년까지 전 지구 평균 표면 온도 변화에 영향을 미칠 수 있으며 따라서 1.5oC 및 2.0oC 임계값을 넘는 시간에 영향을 미칠 수 있음을 보여줍니다. 특히, 화산 폭발, 태양 변동성 및 내부 기후 변동성의 대안 시나리오가 고려됩니다. 자연적 기후 변동성을 현실적으로 설명하지 않는 위험은 가능한 미래 기후 결과가 무시되고 잠재적으로 부적응을 일으킬 수 있다는 것입니다. 여기에 제시된 각 시나리오는 틀림없이 고배출 시나리오 RCP8.5/SSP4-8.5보다 더 그럴듯합니다. 링크. 추가 참조는 이전 항목을 참조하십시오. 블로그 포스트.

자연적인 내부 변동성

전지구 평균 표면 온도의 변동은 대규모 해양 순환에서 반복되는 수십 년 변동과 관련이 있습니다. 미래 온난화 예측에서 수십 년 내부 변동성을 고려하지 않으면 대서양 다중 10년 진동이 추운 단계로 이동할 것으로 예상되는 향후 20~30년 동안의 온난화를 과대 평가할 위험이 있습니다.

기후 모델이 대규모 해양 순환과 내부 기후 변동성을 모의하는 반면, 수 십년 대역의 크기는 대부분의 모델에서 너무 낮고 변동성의 위상은 장기 모의에서 관측된 실제 기후 변동과 동기화되지 않습니다. . 기후 모델에서 여러 시뮬레이션을 평균화하면 내부 변동을 효과적으로 평균화하여 강제 기후 변동성(예: CO2 강제력)만 남깁니다.

Maher et al. (2020)은 21세기 시뮬레이션을 위해 6개의 단일 모델 초기 조건 대형 앙상블(SMILE)을 사용하여 15년 시간 규모에서 표면 온도 추세 예측이 구조적 모델 차이 또는 배출 시나리오의 영향이 거의 없는 내부 변동성에 의해 지배된다는 것을 발견했습니다. . 30년 시간 규모에서 구조적 모델 차이와 배출 시나리오 불확실성은 지표 온도 추세 예측을 제어하는 ​​데 더 큰 역할을 합니다. 그러나 30년까지 예측하더라도 지구 대부분은 계속되는 CO2 강제력에도 불구하고 내부 변동성으로 인해 여전히 온난화를 경험하지 않을 수 있습니다.

따라서 2020년에서 2050년 사이의 기간 동안 자연적인 내부 변동성은 배출로 인한 근본적인 온난화 경향과 관련하여 온난화 또는 냉각에 기여할 것입니까? 대부분의 분석에서 AMO(Atlantic Multidecadal Oscillation)가 지구 온도에 지배적인 수 십년 영향을 미치는 것으로 확인되었습니다. 0.3~0.4oC의 전지구 평균 표면 온도에 대한 AMO의 최고점-저점 영향이 있는 것으로 추정되어 왔으며, 기후는 1995년 이후 AMO의 온난한 단계에 있었습니다. 따라서 2021년에는 이전 교대 이후 26년이 되었습니다. 과거 및 고기후 기록에 대한 분석에 따르면 AMO의 한랭기로의 전환은 향후 12년(2032년까지) 내에 발생해야 하며, 향후 5년(2026년까지)에 전환이 발생할 확률은 50%입니다.

우리는 현재 AMO의 웜 단계에 있지만 웜 단계의 정점을 지나고 있습니다. 따라서 우리는 2021-2050년 기간 동안 평균화된 전지구 평균 표면 온도 변화에 대한 다십년 내부 변동성의 기여에 대해 다음 세 가지 시나리오를 고려합니다.

없음 시나리오(0oC)는 IPCC AR6의 제한된 전망에 암시되어 있는 전지구 평균 지표 온도에 대한 수십년 내부 변동성의 순 영향을 가정하지 않습니다. 보통 시나리오(-0.2oC)는 2030년대에 AMO의 냉각 단계로 전환하고 중간 정도의 영향을 미친다고 가정합니다. 강한 시나리오(-0.3oC)는 2020년대에 AMO의 냉각 단계로 전환하여 더 큰 영향을 미친다고 가정합니다.

보통 및 강함 시나리오는 AMO가 수십년 내부 기후 변동성의 주요 동인이며 AMO의 저온 단계로의 전환이 향후 10년 동안 예상된다는 가정에 달려 있습니다. 수 십년 및 십년 규모 내부 변동성의 다른 측면이 향후 30년 동안 작용할 수 있지만 이러한 시나리오는 향후 30년 동안 그럴듯한 결과의 규모를 보여줍니다.

여기에 제시된 시나리오는 향후 30년 동안 냉각에 초점을 맞추지만 동일한 추론으로 내부 변동성이 21세기 후반의 수십 년 동안 온난화에 기여할 것이라는 예상이 나옵니다.

화산

지난 150년을 다루는 도구 기간은 화산 폭발과 관련하여 상대적으로 조용했기 때문에 잠재적 화산 활동을 미래 기후 예측에서 작은 역할로 돌리고 싶은 유혹이 있습니다. 그러나 지난 2000년 동안 화산 활동이 훨씬 더 강력해진 시기가 있었습니다. 강한 열대성 분출의 무리는 소빙하기(Little Ice Age)와 같은 지속적인 추운 기간에 기여했습니다.

폭발 화산은 예측할 수 없기 때문에 미래 기후 예측에 사용되는 시나리오에서 생략됩니다. 성층권에 도달하는 화산 에어러솔 입자의 직접적인 복사 효과로 인해 대규모 화산 분출은 전지구 평균 표면 온도의 전반적인 감소를 초래하며, 이는 대규모 화산 분출 클러스터의 경우 수십 년 또는 수백 년 단위로 확장될 수 있습니다. (IPCC AR6 크로스 챕터 박스 4.1 참조)

지난 2500년 동안 1991년 피나투보 화산 폭발 이상의 규모의 폭발적인 화산 폭발이 1세기에 평균 두 번 발생했습니다. (Sigl et al., 2015). 이 기간 동안 약 8회의 극도로 폭발적인 화산 폭발(피나투보보다 5배 이상 강력)이 발생했습니다. 이들 중 가장 큰 것은 1257년의 Samalas와 1815년의 Tambora이며, 후자는 북반구 전역에서 수확 실패로 “여름이 없는 해”가 되었습니다(Raible et al., 2016). 사말라스형 분화는 1000년에 평균 1~2회 발생하는 것으로 추정된다.

개별 분출의 예측 불가능성을 감안할 때 CMIP5/CMIP6 기후 모델 시뮬레이션은 미래 화산 강제력을 0 또는 일정한 배경 값으로 지정합니다(Eyring 2016). CMIP6 시뮬레이션에 사용된 배경 값은 1850년의 역사적 기록에서 추정되었습니다. 기후 모델에서 결정된 화산 냉각의 배경 추정치는 0.1oC(Bethke et al. 2017)에서 0.27oC(Fyfe et al. 2021) 범위, 차이 모델 구조적 차이에서 비롯됩니다.

IPCC AR6에서는 21세기에 적어도 한 번은 대규모 분화가 발생할 가능성이 있다고 명시하고 있습니다. AR6은 더 나아가 몇 차례의 대규모 분화의 가능성은 낮고 영향이 큰 결과가 배출 기반 예측과 비교하여 21세기 기후 궤적을 크게 변경할 것이라는 점을 인정합니다. (크로스 챕터 박스 4.1) 21세기에 폭발적인 화산 폭발로 인해 냉각이 얼마나 일어날 수 있습니까? 19세기 전반부에 일어난 것과 같은 폭발적인 분출의 무리는 수십 년 동안 평균 0.5oC 냉각을 야기한 것으로 추정됩니다. (그림 7.8 IPCC AR6)

이 분석은 21세기 화산 냉각의 세 가지 시나리오를 고려합니다.

1850년 이후의 역사적 기록에 대한 평균 화산 강제력에 대한 약한 반응에 해당하는 낮은 기준 시나리오, -0.1oC로 추정되는 높은 기준 시나리오, -0.27oC로 추정되는 높은 기준 시나리오 1810-1840년, 10년 평균 -0.5oC의 냉각을 일으킨 것으로 추정됨

태양 변화

태양 변동 시나리오를 선택하는 근거에 대한 자세한 분석은 최근 블로그 게시물에 설명되어 있습니다. 링크

20세기에 비해 21세기에 더 낮은 태양 활동이 예상되는 몇 가지 이유가 있습니다. 최근에 완료된 태양 주기 24는 100년 만에 가장 작은 흑점 주기였으며 흑점 주기가 감소하는 추세 중 세 번째입니다. 일부 태양 물리학자들은 주기 25가 주기 24보다 훨씬 더 작을 것으로 예상합니다. 또한 최대 최대값 뒤에는 다른 최대값보다 최대 최소값이 올 가능성이 더 큽니다. 경험에 근거한 예측은 2002-2004년에 시작하여 2063-2075년에 끝나는 새로운 태양 최소값을 의미합니다. 향후 40년 동안 태양이 최저점에 도달할 확률은 8%로 추정됩니다. 그러나 21세기에 낮은 태양 활동 단계의 깊이와 길이는 대체로 불확실합니다.

21세기 중반에 태양이 마운더 극소기(Maunder Minimum)의 최소값으로 떨어졌다면 얼마나 냉각될 것으로 예상할 수 있었습니까? 기후 모델 및 기타 분석 모델의 추정치는 냉각이 0.09~0.3oC 범위로 작을 것으로 예상합니다. 이 모델은 태양-기후 상호작용이 TSI 강제력에만 국한된다고 가정합니다.

최근 연구에 따르면 태양열 간접 효과는 일사량 편차를 최대 3-7배까지 증폭할 수 있습니다. 이러한 증폭 계수가 포함되면 Maunder Minimum에서 최대 1oC(또는 그 이상)의 표면 온도 감소가 발생할 수 있습니다.

이러한 고려 사항에 비추어 21세기 중반의 태양 변동성에 대한 세 가지 시나리오가 여기에서 고려됩니다.

CMIP6 참조 시나리오: 약 -0.1oC 중급: -0.3oC, 증폭 효과가 없는 높은 Maunder 최소 추정치 또는 증폭 효과가 있는 약한 최소값에 해당High: -0.6oC, 증폭이 있는 낮은 태양 시나리오(Maunder 최소값 아님) 태양 간접 효과에 의해

2050년까지의 지구 표면 온도 전망

과거 및 고대 데이터, 기후 모델 출력, 프로세스 모델 및 물리적 추론에 기반한 스토리라인을 기반으로 하는 합성 시나리오는 특히 자연 기후 변동성과 관련하여 지구 기후 모델 시뮬레이션보다 광범위한 결과 시나리오를 제공합니다.

이전 하위 섹션에서 제시된 시나리오는 여기에 통합되어 자연적 기후 변동성이 2050년, 특히 ​​1.5 및 2.0oC 임계값을 초과할 것으로 예상되는 온난화의 양에 대한 우리의 기대치를 어떻게 바꿀 수 있는지 평가합니다. 여기에서 고려된 모든 자연 변동성 시나리오는 앞의 하위 섹션에서 정당화되는 이유로 2050년까지 냉각 방향을 가리킵니다.

이 분석은 2050년까지 가장 가능성이 높은 시나리오로 SSP2-4.5 배출 시나리오를 채택합니다. [LINK], IEA의 분석을 기반으로 합니다.

최종 적분 온도 변화는 다음에 의해 구동되는 온도 변화의 합입니다.

SSP2-4.5 방출 – 기준선 기간 1851-1900년을 기준으로 한 AR6 가능성 범위(+1.6, +2.0, +2.5oC)에 걸쳐 있는 3개의 시나리오 화산 – CMIP6 시뮬레이션에서 -0.1oC의 명목 기준선과 관련된 3개의 시나리오 0, -0.17, -0.4 oC), 2020Solar의 기준선 참조 – CMIP6 시뮬레이션(0, -0.2, -0.5oC)에서 -0.1oC의 명목 기준선에 대한 3개의 시나리오, 2020년의 기준선 기준 자연 내부 변동성 – 3가지 시나리오(0, -0.2, -0.3 oC), 2020년 기준선 참조

4개의 변수 소스와 각 변수에 대한 3개의 시나리오를 사용하여 개별 변수에 대한 시나리오 입력의 조합을 추가하여 총 81개의 시나리오를 생성할 수 있습니다. 이러한 결과 시나리오 중 3개는 SSP2-4.5와 관련된 AR6 값에 직접 해당하는 반면, 다른 시나리오는 자연 기후 변동성 시나리오의 일부 조합을 포함합니다.

그림 1은 81가지 시나리오 결과의 히스토그램을 보여줍니다. 결과 빈도는 y축에 표시됩니다. 참고로 2020년의 온도는 빨간색 수직선으로 표시된 1851-1900년 기준선보다 1.2oC 높습니다. 가장 온난화가 심한 시나리오는 2.5oC이며, 이는 AR6에서 가능한 범위의 상한에 해당합니다(자연 변동성으로 인한 추가 영향 없음). 온난화가 가장 적은 시나리오는 0.4oC이며, 이는 AR6 가능성 범위의 하한에 해당하며 각 자연 변동성 구성 요소에 대한 가장 극단적인 시나리오입니다. 2050년에 대한 이 극단적인 결과 시나리오는 온도보다 0.8oC 낮습니다. 2020년.

온도 변화, oC

그림 1. 1851-1900년의 기준선을 참조하여 2050년의 지구 온도 변화 시나리오 분포. 빨간색 수직선은 1.2oC에 해당하며 2020년까지의 온난화를 나타냅니다. y축은 81개 시나리오를 기반으로 한 결과의 빈도입니다.

개별 결과의 가능성을 제공하는 데 대한 근거가 약합니다. 이러한 각 시나리오 결과는 틀림없이 그럴듯하지만 그림 1의 결과 분포는 결과의 확률을 어떤 식으로든 반영하지 않습니다. 이러한 시나리오 중 일부는 다른 시나리오보다 가능성이 더 높습니까? 각 변수에 대한 중간 시나리오를 선택하면 +1.43oC의 결과 시나리오가 생성되며, 이는 2050년 이전에 1.5oC 임계값을 넘지 않을 것임을 나타냅니다(SSP2-4.5에 대한 AR6 최적 추정치를 사용하여 2030년경 예상 교차점과 비교). 그림 1에서 1.0과 2.0oC 사이의 중간 시나리오 결과에 대해 동일한 온도 결과에 대한 여러 경로가 있어 이러한 중간 결과에 대한 가능성이 더 크다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 개별 결과의 가능성에 대한 판단은 개별 입력 시나리오의 가능성에 대한 평가에 달려 있습니다.

자연 변동성의 모든 구성 요소는 2020-2050년 기간 동안 냉각을 가리킵니다. 개별적으로 이러한 구성 요소는 보통 시나리오에서 크지 않을 것으로 예상됩니다. 그러나 종합하면 그 규모는 향후 30년 동안 배출으로 인한 온난화의 규모에 근접하거나 심지어 초과할 수도 있습니다. 2050년까지 IPCC 기준선 수준에서 유지되는 세 가지 자연적 변동성 입력의 확률은 제가 보기에 낮습니다.

순 냉각으로 특징지어지는 21세기의 수십 년의 확률을 평가하기 위해 지구 기후 모델을 사용하는 연구는 대부분 자연적인 내부 변동성에만 초점을 맞추었습니다(Maher et al. 2020 Knutson et al..2016). 화산 폭발과 내부 변동성을 고려한다는 사실을 알고 있습니다(Bethke et al. 2017). 화산 유도 냉각은 자연적인 내부 변동성 효과와 함께 장기간에 걸쳐 중성 또는 음의 온도 경향을 촉진하는 데 점점 더 중요해지고 있습니다. 여러 연구에서 내부 및 태양 변동성의 조합을 다루었습니다. LINK 화산 폭발의 ‘와일드 카드’를 제외하고 가장 큰 불확실성은 태양 간접 효과입니다. 21세기 중반 동안 어느 정도 규모의 태양 최소값이 증가할 가능성은 낮거나 높은 변동성 태양 재구성에 대한 논쟁에 대한 해결책의 필요성을 강조하고 태양 간접 효과에 대한 향상된 이해를 강조합니다.

결론은 배출에 대한 단기 시나리오의 불확실성이 감소함에 따라 2050년까지의 지구 기온 예측의 불확실성이 더 낮은 값으로 치우쳐 있다는 것입니다. 2020-2050년 기간 동안 태양, 화산 및 자연적 내부 변동성으로 인한 냉각 기여의 합류는 지구 평균 표면 온도를 임계값 1.5 및 2.0oC 아래로 유지하기 위한 시간 지평을 수십 년 연장할 수 있습니다. 이 확장은 배출 감소의 긴급성과 지구 공학 개입 계획에 중요한 의미를 갖습니다.

1.5 및 2oC의 목표는 측정 및 전달이 용이하며 정치적 의지와 대중의 지지를 불러일으키는 데 효과적이었습니다. 그러나 이러한 목표는 기후 변화의 위험 중 일부에 대한 모호한 근사치이며 이러한 수치가 근거한다고 주장되는 과학적 지식의 본질을 잘못 나타냅니다. (Hulme, 숫자에 물신화) 이 표적들은 틀림없이 기후적 미래에 대한 우리의 상상에 과도한 힘을 행사하여 우리의 정책 선택을 좁히고 우리의 정책 결정을 지시하는 “주물”이 되었습니다. 또한, 이러한 목표는 목표 이동을 조장합니다(Jerry Muller, Tyranny of Metrics). 목표를 맞추는 데 관심이 집중되는 동시에 인간과 생태계의 웰빙이라는 기후 변화에 대해 우려하는 진정한 이유를 흐리게 할 때 발생합니다. .

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