Análisis: ¿Por qué los científicos creen que el 100% del calentamiento global se debe a los humanos?

El alcance de la contribución humana al calentamiento global moderno es un tema muy debatido en los círculos políticos, particularmente en los Estados Unidos.

Durante una reciente audiencia en el Congreso, Rick Perry, el secretario de energía de los Estados Unidos, comentó que “ponerse de pie y decir que el 100% del calentamiento global se debe a la actividad humana, creo que es simplemente indefendible”.

Sin embargo, la ciencia sobre la contribución humana al calentamiento moderno es bastante clara. Las emisiones y actividades humanas han causado alrededor del 100% del calentamiento observado desde 1950, según el quinto informe de evaluación del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC).

Aquí, Carbon Brief examina cómo cada uno de los principales factores que afectan el clima de la Tierra influiría en las temperaturas de forma aislada, y cómo sus efectos combinados predicen casi perfectamente los cambios a largo plazo en la temperatura global.

El análisis de Carbon Brief encuentra que:

– Desde 1850, casi todo el calentamiento a largo plazo puede explicarse por las emisiones de gases de efecto invernadero y otras actividades humanas.

• Si solo las emisiones de gases de efecto invernadero estuvieran calentando el planeta, esperaríamos ver aproximadamente un tercio más de calentamiento del que realmente ha ocurrido. Se compensan mediante el enfriamiento de aerosoles atmosféricos producidos por el hombre.
• Se prevé que los aerosoles disminuyan significativamente para 2100, lo que acercará el calentamiento total de todos los factores al calentamiento solo de los gases de efecto invernadero.
• Es improbable que la variabilidad natural en el clima de la Tierra desempeñe un papel importante en el calentamiento a largo plazo.

¿Cuánto calentamiento causan los humanos?

En su quinto informe de evaluación de 2013, el IPCC declaró en su resumen para los formuladores de políticas que es “extremadamente probable que más de la mitad del aumento observado en la temperatura de la superficie promedio mundial” de 1951 a 2010 haya sido causado por la actividad humana. Por “extremadamente probable”, significaba que había entre un 95% y un 100% de probabilidad de que más de la mitad del calentamiento moderno se debiera a los humanos.

Esta afirmación un tanto complicada a menudo se ha malinterpretado como implicando que la responsabilidad humana por el calentamiento moderno se encuentra entre 50% y 100%. De hecho, como lo señaló el Dr. Gavin Schmidt de la NASA, la mejor suposición implícita del IPCC fue que los humanos fueron responsables de alrededor del 110% del calentamiento observado (que oscila entre 72% y 146%), con factores naturales aislados que conducen a un ligero enfriamiento sobre Los últimos 50 años.

Del mismo modo, la reciente cuarta evaluación nacional del clima en los Estados Unidos encontró que entre el 93% y el 123% del calentamiento observado en 1951-2010 se debió a actividades humanas.

Estas conclusiones han llevado a cierta confusión sobre cómo más del 100% del calentamiento observado podría ser atribuible a la actividad humana. Es posible una contribución humana de más del 100% porque el cambio climático natural asociado con los volcanes y la actividad solar probablemente habría resultado en un ligero enfriamiento en los últimos 50 años, compensando parte del calentamiento asociado con las actividades humanas.

“Forzamientos” que cambian el clima

Los científicos miden los diversos factores que afectan la cantidad de energía que alcanza y permanece en el clima de la Tierra. Son conocidos como “forzamientos radiativos”.

Estos forzamientos incluyen gases de efecto invernadero, que atrapan el calor saliente, aerosoles, tanto de actividades humanas como de erupciones volcánicas, que reflejan la luz solar entrante e influyen en la formación de nubes, cambios en la producción solar, cambios en la reflectividad de la superficie de la Tierra asociada con el uso de la tierra, y muchos otros factores.

Para evaluar el papel de cada forzamiento diferente en los cambios de temperatura observados, Carbon Brief adaptó un modelo de clima estadístico simple desarrollado por el Dr. Karsten Haustein y sus colegas de la Universidad de Oxford y la Universidad de Leeds. Este modelo encuentra la relación entre los forzamientos climáticos humanos y naturales y la temperatura que mejor se ajusta a las temperaturas observadas, tanto a nivel mundial como en áreas terrestres solamente.

La siguiente figura muestra el papel estimado de cada cambio climático forzado en el cambio de las temperaturas globales de la superficie desde que comenzaron los registros en 1850, incluidos los gases de efecto invernadero (línea roja), aerosoles (azul oscuro), uso de la tierra (azul claro), ozono (rosa), solar (amarillo) y volcanes (naranja).

Los puntos negros muestran temperaturas observadas del proyecto de temperatura de la superficie de la Tierra de Berkeley, mientras que la línea gris muestra el calentamiento estimado de la combinación de todos los diferentes tipos de forzamientos.

La combinación de todos los forzamientos radiativos generalmente coincide bastante bien con los cambios a largo plazo en las temperaturas observadas. Existe cierta variabilidad de un año a otro, principalmente a partir de eventos de El Niño, que no se debe a cambios en los forzamientos. También hay períodos entre 1900-1920 y 1930-1950 en los que son evidentes algunos desacuerdos más grandes entre el calentamiento proyectado y el observado, tanto en este modelo simple como en modelos climáticos más complejos.

El cuadro destaca que, de todos los forzamientos radiativos analizados, solo los aumentos en las emisiones de gases de efecto invernadero producen la magnitud del calentamiento experimentado en los últimos 150 años.

Si solo las emisiones de gases de efecto invernadero estuvieran calentando el planeta, esperaríamos ver aproximadamente un tercio más de calentamiento del que realmente ha ocurrido.

Entonces, ¿qué roles juegan todos los demás factores?

El calentamiento adicional de los gases de efecto invernadero está siendo compensado por el dióxido de azufre y otros productos de la combustión de combustibles fósiles que forman aerosoles atmosféricos. Los aerosoles en la atmósfera reflejan la radiación solar entrante de vuelta al espacio y aumentan la formación de nubes altas y reflectantes, enfriando la Tierra.

El ozono es un gas de efecto invernadero de corta duración que atrapa el calor saliente y calienta la Tierra. El ozono no se emite directamente, pero se forma cuando el metano, el monóxido de carbono, los óxidos de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles se descomponen en la atmósfera. Los aumentos en el ozono son directamente atribuibles a las emisiones humanas de estos gases.

En la atmósfera superior, las reducciones de ozono asociadas con los clorofluorocarbonos (CFC) y otros halocarbonos que agotan la capa de ozono han tenido un efecto de enfriamiento modesto. Los efectos netos de los cambios combinados de ozono atmosférico inferior y superior han calentado modestamente la Tierra en algunas décimas de grado.

Los cambios en la forma en que se usa la tierra alteran la reflectividad de la superficie de la Tierra. Por ejemplo, reemplazar un bosque con un campo generalmente aumentará la cantidad de luz solar reflejada en el espacio, particularmente en regiones nevadas. El efecto climático neto de los cambios en el uso del suelo desde 1850 es un enfriamiento moderado.

Los volcanes tienen un efecto de enfriamiento a corto plazo en el clima debido a su inyección de aerosoles de sulfato en la estratosfera, donde pueden permanecer en el aire durante unos años, reflejando la luz solar entrante de vuelta al espacio. Sin embargo, una vez que los sulfatos vuelven a la superficie, el efecto de enfriamiento de los volcanes desaparece. La línea naranja muestra el impacto estimado de los volcanes en el clima, con grandes picos descendentes en temperaturas de hasta 0.4 ° C asociados con grandes erupciones.

Finalmente, la actividad solar es medida por satélites en las últimas décadas y estimada en base a los recuentos de manchas solares en el pasado más lejano. La cantidad de energía que llega a la Tierra desde el sol fluctúa modestamente en un ciclo de alrededor de 11 años. Ha habido un ligero aumento en la actividad solar general desde la década de 1850, pero la cantidad de energía solar adicional que llega a la Tierra es pequeña en comparación con otros forzamientos radiativos examinados.

En los últimos 50 años, la energía solar que llega a la Tierra ha disminuido ligeramente, mientras que las temperaturas han aumentado dramáticamente.

Los forzamientos humanos coinciden con el calentamiento observado

La precisión de este modelo depende de la precisión de las estimaciones del forzamiento radiativo. Algunos tipos de forzamiento radiativo como el de las concentraciones atmosféricas de CO2 pueden medirse directamente y tener incertidumbres relativamente pequeñas. Otros, como los aerosoles, están sujetos a incertidumbres mucho mayores debido a la dificultad de medir con precisión sus efectos sobre la formación de nubes.

Estos se explican en la figura a continuación, que muestra los forzamientos naturales combinados (línea azul) y los forzamientos humanos (línea roja) y las incertidumbres que el modelo estadístico asocia con cada uno. Estas áreas sombreadas se basan en 200 estimaciones diferentes de forzamientos radiativos, incorporando investigaciones que intentan estimar un rango de valores para cada una. Las incertidumbres en los factores humanos aumentan después de 1960, impulsadas en gran medida por los aumentos en las emisiones de aerosoles después de ese punto.

En general, el calentamiento asociado con todos los forzamientos humanos concuerda bastante bien con el calentamiento observado, mostrando que alrededor del 104% del total desde el comienzo del período “moderno” en 1950 proviene de actividades humanas (y 103% desde 1850), que es similar a El valor informado por el IPCC. Los forzamientos naturales combinados muestran un enfriamiento moderado, impulsado principalmente por erupciones volcánicas.

El modelo estadístico simple utilizado para este análisis por Carbon Brief difiere de modelos climáticos mucho más complejos generalmente utilizados por los científicos para evaluar la huella digital humana en el calentamiento. Los modelos climáticos no simplemente “ajustan” los forzamientos a las temperaturas observadas. Los modelos climáticos también incluyen variaciones de temperatura en el espacio y el tiempo, y pueden explicar diferentes eficacias de los forzamientos radiativos en diferentes regiones de la Tierra.

Sin embargo, al analizar el impacto de diferentes forzamientos en las temperaturas globales, los modelos climáticos complejos generalmente encuentran resultados similares a los modelos estadísticos simples. La siguiente figura, del Quinto Informe de Evaluación del IPCC, muestra la influencia de diferentes factores en la temperatura para el período de 1950 a 2010. Las temperaturas observadas se muestran en negro, mientras que la suma de los forzamientos humanos se muestra en naranja.

Esto sugiere que los forzamientos humanos solos habrían dado como resultado aproximadamente el 110% del calentamiento observado. El IPCC también incluyó la magnitud estimada de la variabilidad interna durante ese período en los modelos, que sugieren que es relativamente pequeña y comparable a la de los forzamientos naturales.

Como el profesor Gabi Hegerl de la Universidad de Edimburgo le dice a Carbon Brief: “El informe del IPCC tiene una estimación que básicamente dice que la mejor estimación es que no hay contribución [de la variabilidad natural] sin tanta incertidumbre”.

Las áreas terrestres se están calentando más rápido

Las temperaturas de la tierra se han calentado considerablemente más rápido que las temperaturas globales promedio durante el siglo pasado, con temperaturas que alcanzaron alrededor de 1.7 ° C por encima de los niveles preindustriales en los últimos años. El registro de temperatura de la tierra también se remonta más atrás en el tiempo que el registro de temperatura global, aunque el período anterior a 1850 está sujeto a incertidumbres mucho mayores.

Los forzamientos radiativos tanto humanos como naturales se pueden adaptar a las temperaturas de la tierra utilizando el modelo estadístico. La magnitud de los forzamientos humanos y naturales diferirá un poco entre la tierra y las temperaturas globales. Por ejemplo, las erupciones volcánicas parecen tener una mayor influencia en la tierra, ya que es probable que las temperaturas de la tierra respondan más rápido a los rápidos cambios en los forzamientos.

La figura a continuación muestra la contribución relativa de cada forzamiento radiativo diferente a las temperaturas de la tierra desde 1750.

La combinación de todos los forzamientos generalmente coincide bastante bien con las temperaturas observadas, con una variabilidad a corto plazo alrededor de la línea gris impulsada principalmente por los eventos de El Niño y La Niña. Hay una variación más amplia en las temperaturas antes de 1850, lo que refleja las incertidumbres mucho más grandes en los registros de observación que se remontan desde hace mucho tiempo.

Todavía hay un período alrededor de 1930 y 1940 donde las observaciones exceden lo que predice el modelo, aunque las diferencias son menos pronunciadas que en las temperaturas globales y la divergencia 1900-1920 está mayormente ausente en los registros de tierras.

Las erupciones volcánicas a finales de 1700 y principios de 1800 se destacan notablemente en el registro de la tierra. La erupción del monte Tambora en Indonesia en 1815 puede haber enfriado las temperaturas de la tierra en un 1.5C masivo, aunque los registros en ese momento se limitaron a partes del hemisferio norte y, por lo tanto, es difícil llegar a una conclusión firme sobre los impactos globales. En general, los volcanes parecen enfriar las temperaturas de la tierra en casi el doble que las temperaturas globales.

¿Qué puede pasar en el futuro?

Carbon Brief utilizó el mismo modelo para proyectar futuros cambios de temperatura asociados con cada factor de fuerza. La siguiente figura muestra observaciones hasta 2017, junto con futuros forzamientos radiativos posteriores a 2017 de RCP6.0, un escenario de calentamiento futuro de medio a alto.

Cuando se proporcionan los forzamientos radiativos para el escenario RCP6.0, el modelo estadístico simple muestra un calentamiento de alrededor de 3 ° C para 2100, casi idéntico al calentamiento promedio que encuentran los modelos climáticos.

Se espera que el forzamiento radiativo futuro del CO2 continúe aumentando si aumentan las emisiones. Por otro lado, se prevé que los aerosoles alcancen su punto máximo en los niveles actuales y disminuyan significativamente para 2100, debido en gran parte a las preocupaciones sobre la calidad del aire. Esta reducción en aerosoles mejorará el calentamiento general, acercando el calentamiento total de todo el forzamiento radiativo al calentamiento solo con gases de efecto invernadero. Los escenarios de RCP suponen que no hay erupciones volcánicas futuras específicas, ya que el momento de estas es desconocido, mientras que la producción solar continúa su ciclo de 11 años.

Este enfoque también se puede aplicar a las temperaturas de la tierra, como se muestra en la figura a continuación. Aquí, las temperaturas de la tierra se muestran entre 1750 y 2100, con forzamientos posteriores a 2017 también desde RCP6.0.

Se espera que la tierra se caliente un 30% más rápido que el mundo en general, ya que la tasa de calentamiento sobre los océanos se amortigua por la absorción de calor del océano. Esto se ve en los resultados del modelo, donde la tierra se calienta alrededor de 4C para 2100 en comparación con 3C a nivel mundial en el escenario RCP6.0.

Existe una amplia gama de calentamiento futuro posible a partir de diferentes escenarios RCP y diferentes valores para la sensibilidad del sistema climático, pero todos muestran un patrón similar de disminución de las emisiones futuras de aerosoles y un papel más importante para el forzamiento de gases de efecto invernadero en temperaturas futuras.

El papel de la variabilidad natural.

Si bien los forzamientos naturales de los volcanes y la energía solar no parecen desempeñar un papel importante en el calentamiento a largo plazo, también existe una variabilidad natural asociada con los ciclos oceánicos y las variaciones en la absorción de calor oceánico.

Como la gran mayoría de la energía atrapada por los gases de efecto invernadero es absorbida por los océanos en lugar de la atmósfera, los cambios en la tasa de absorción de calor del océano pueden tener un gran impacto en la temperatura de la superficie. Algunos investigadores han argumentado que los ciclos multidecadales, como la Oscilación Multidecadal del Atlántico (AMO) y la Oscilación Decadal del Pacífico (PDO), pueden desempeñar un papel en el calentamiento a escala decenal.

Si bien los factores humanos explican todo el calentamiento a largo plazo, hay algunos períodos específicos que parecen haberse calentado o enfriado más rápido de lo que se puede explicar según nuestras mejores estimaciones del forzamiento radiativo. Por ejemplo, el desajuste modesto entre la estimación basada en el forzamiento radiativo y las observaciones a mediados de 1900 podría ser evidencia de un papel para la variabilidad natural durante ese período.

Varios investigadores han examinado el potencial de la variabilidad natural para impactar las tendencias de calentamiento a largo plazo. Han descubierto que generalmente juega un papel limitado. Por ejemplo, el Dr. Markus Huber y el Dr. Reto Knutti del Instituto de Ciencias Atmosféricas y Climáticas (IAC) de Zúrich encontraron una contribución máxima posible de variabilidad natural de alrededor del 26% (+/- 12%) en los últimos 100 años y 18% (+/- 9%) en los últimos 50 años.

Knutti le dice a Carbon Brief:

“Nunca podemos descartar por completo que la variabilidad natural sea mayor de lo que pensamos actualmente. Pero ese es un argumento débil: por supuesto, nunca puede descartar lo desconocido desconocido. La pregunta es si hay evidencia fuerte o incluso evidencia de ello. Y la respuesta es no, en mi opinión.

Los modelos obtienen la variabilidad de temperatura a corto plazo aproximadamente correcta. En muchos casos, incluso tienen demasiado. Y a largo plazo, no podemos estar seguros porque las observaciones son limitadas. Pero la respuesta forzada explica las observaciones, por lo que no hay evidencia del siglo XX de que nos falta algo …

Incluso si se descubriera que los modelos subestiman la variabilidad interna por un factor de tres, es extremadamente improbable [menos del 5% de probabilidad] de que la variabilidad interna pueda producir una tendencia tan grande como se observó ”.

Del mismo modo, el Dr. Martin Stolpe y sus colegas, también en IAC, analizaron recientemente el papel de la variabilidad natural multidecadal en los océanos Atlántico y Pacífico. Descubrieron que “menos del 10% del calentamiento global observado durante la segunda mitad del siglo XX es causado por la variabilidad interna en estas dos cuencas oceánicas, lo que refuerza la atribución de la mayor parte del calentamiento observado a los forzamientos antropogénicos”.

Es probable que la variabilidad interna tenga un papel mucho más importante en las temperaturas regionales. Por ejemplo, en la producción de períodos inusualmente cálidos en el Ártico y los Estados Unidos en la década de 1930. Sin embargo, su papel para influir en los cambios a largo plazo en las temperaturas globales de la superficie parece ser limitado.

Conclusión

Si bien existen factores naturales que afectan el clima de la Tierra, la influencia combinada de los volcanes y los cambios en la actividad solar habrían resultado en enfriamiento en lugar de calentamiento en los últimos 50 años.

El calentamiento global observado en los últimos 150 años coincide casi perfectamente con lo que se espera de las emisiones de gases de efecto invernadero y otras actividades humanas, tanto en el modelo simple examinado aquí como en modelos climáticos más complejos. La mejor estimación de la contribución humana al calentamiento moderno es de alrededor del 100%.

Sigue habiendo cierta incertidumbre debido al papel de la variabilidad natural, pero los investigadores sugieren que las fluctuaciones oceánicas y factores similares probablemente no sean la causa de más que una pequeña fracción del calentamiento global moderno.

Fuente: CarbonBrief