Süsinikpilvelõhkuja – Rahvusvaheline Teadusnõukogu

See artikkel on osa ISC uuest sarjast, Teisendus21, mis uurib teadmiste ja tegevuste olukorda viis aastat pärast Pariisi kokkuleppe sõlmimist ja on säästva arengu meetmete jaoks pöördeline aasta. Selle kirjatüki avaldas esmakordselt Washington Post/Capital Weather Gang ja Kliima Kesk.

Kiirus tapab.

Seetõttu on relvast kuulide tulistamine ohtlikum kui käsitsi viskamine. Miks langevarjurid kasutavad langevarju. Miks teedel on kiiruspiirangud. Ja miks on ülioluline mõista, kui kiiresti inimtegevus kliimat varasemate määradega võrreldes muudab. Kas põhjustame järk-järgulisi nihkeid, millega tsivilisatsioon ja elu Maal kohaneda saavad – või süütame kulutulekahju, millest ei saa mööda?

Ja nii ongi, et teadlased rändavad jahedasse Antarktikasse, et puurida sügavale jääkihtidesse ja tõmmata sealt välja tuhandeid jalgu jääks kokkusurutud lund. Nad dateerivad hoolikalt iga kihi, eraldavad iidse atmosfääri pisikesed mullid ja mõõdavad süsinikdioksiidi kontsentratsiooni, planeedi termostaadi tuunerit.

Sellest raskest tööst oleme õppinud süsinikusisalduse saehamba mustrit viimase miljoni aasta jooksul. See on tõusnud kiiresti üles tõustes möödunud soojade ajavahemike juurde, nagu praegune kliima, ja laskunud aeglaselt nende vahele jäävatesse pikkadesse jääaegadesse. Näeme ka hiljutist süsinikdioksiidi järsu kasvu, mille on põhjustanud inimesed, peamiselt fossiilkütuste põletamisel energia saamiseks. Selle hüppe näitamiseks kasutatav graafik on vaieldamatult kliimateaduse kõige ikoonilisem näitaja.

Minu jaoks on see pikka aega olnud kõige võimsam näide kliimamuutuste ohust. Lühidalt näitab see, kui suure kõrvalekaldumise oleme tavapärasest teinud. Siiski on sisseehitatud optiline illusioon, mis alahindab inimmõju.

Lihtsamalt öeldes on süžee vasaku ja parema otsa vahel palju aega – peaaegu miljon aastat. Silm ei suuda vaevu teha vahet väikestel laiustel, mis on hõivatud sada ja tuhat aastat. Kuigi viimane süsiniku hüpe on selgelt kõrgeim ja järsem, ei tundu see palju järsem kui paljud sellele eelnevad tõusud.

Kuid hiljutine tõus on tegelikult palju järsem kui ükski senine hüpe selles rekordis või veel avastatud. Järsus näitab süsiniku suurenemise kiirust ja kiirus ennustab ohtu. Mida kiiremini kliima muutub, seda vähem on ühiskonnal ja ökosüsteemidel, millest me sõltume, kohaneda uue ebanormaalsega.

Saate alustada erinevust nägema, kui suumite sisse, et vaadata vaid väikest osa joonise ajaskaala hiljutisest osast. Antarktika uued andmed on andnud meile äsja meie viimase 67,000 XNUMX aasta kõrgeima eraldusvõimega süsinikdioksiidi pildi:

Selle perioodi jooksul on näha süsiniku aeglast vähenemist, kuni Maa jõudis viimase jääaja külmema punktini, umbes 20,000 XNUMX aastat tagasi. Seejärel tõusis seitsme kuni kaheksa tuhande aasta jooksul (noolte vaheline periood) süsinik loomulikult ülespoole, soojendades planeedi praeguse kliima lähedale, mis on põllumajandusele ja tsivilisatsioonile külalislahke.

Inimtegevusega tööstusrevolutsioonist saadik seotud äärmusparempoolne hüpe on ilmselgelt palju järsem. Probleem on selles, et selle kontrasti nägemiseks pidime suumima, kuid laiema konteksti jaoks peame suumima välja, nagu esimene joonis.

Õnneks on lihtne viis näidata muutuste kiiruse erinevust koos väga pika rekordiga. Nii tuleb keskenduda süsinikdioksiidi muutusele aja jooksul, mitte tasemele. Tulemus paljastab selle tüki ülaosas lõualuu langeva süsiniku pilvelõhkuja.

Minu teada on see esimene kord, kui ajaloolist süsinikurekordit sellisel viisil kujutatakse. Loodan selle visualiseerimise arendamisel selgelt näidata, kui dramaatiline on olnud inimmõju ja kui tõsine meie olukord võib olla.

Oluline on see, et sellel mündil on ka optimistlik külg. Inimtööstuse kiirust ja ulatust saab rakendada ka lahenduste suunas ning täna on meil potentsiaali heitkoguste vähendamiseks kiiresti liikuda. Taastuvenergia ja muude puhaste tehnoloogiate ning nutika poliitika ja tegutsemistahte abil suudavad maailma riigid süsinikdioksiidi tulvaväravad sulgeda palju kiiremini, kui me need avasime – mõne aastakümne, mitte sajandiga.

Võib-olla pole pilvelõhkuja maatükki varem proovitud, sest meil pole täpseid süsinikdioksiidi näitu vajalike aastate kohta. Andmetes on lünki: kogu näidatud perioodi jooksul on teadlastel otsesed mõõtmised keskmiselt umbes kord 400 aasta jooksul ja ajaskaala vanemates osades umbes kord 800 aasta jooksul. Mõned vahed ületavad 2,000 aastat. Põhjus, miks traditsiooniline graafik näeb täielik välja, on see, et vaatluste vahele tõmmatakse joon, mis sisuliselt ühendab punkte. Kuid teaduslikust vaatenurgast pole see parim viis lünkade täitmiseks.

Selle lähenemisviisi täiustamiseks kasutas mu kolleeg Scott Kulp närvivõrke, tehisintellekti vormi, et koostada allpool näidatud ebaühtlastest andmetest pidev kõver ja võimaldada hinnanguid iga aasta kohta. Süsinikpilvelõhkuja on ehitatud nii, et kõveralt võetakse näidud iga 1,000 aasta järel praegusest ajast tagasi.

Rekonstrueeritud kõver sobib hästi andmetega. Kuid 1,000-aastane pilvelõhkuja alahindab endiselt meie rasket olukorda.

Miks? 1,000 aasta pikkused ajatükid ei suuda tabada kaasaegse süsinikuhüppe kiirust, millest peaaegu kõik on toimunud eelmisel sajandil. Kui saaksime teha 100-aastase pilvelõhkuja krundi, oleks selle välimus veelgi karmim. See näeks välja palju nagu 1,000-aastane pilvelõhkuja, kuid keskmine muutus perioodi kohta – välja arvatud viimane piisk – jagatud kümnega, luues veelgi suurema kontrasti. Kahjuks on andmete lüngad enamikus rekordites endiselt liiga pikad, et usaldada 100-aastase resolutsiooniga rekonstrueerimist. Või äkki on see õnneks: 1,000-aastane versioon näeb piisavalt hirmutav.

Üks on iga lahenduse puhul selge: inimkond on kiirete, destabiliseerivate kliimamuutustega kursil, välja arvatud juhul, kui me suudame oma atmosfääri saastamist järsult aeglustada ja peatada. Pärast seda leiame võib-olla isegi võimaluse selle vastupidiseks muutmiseks.

Üksikasjalik meetod CO2 taseme hindamiseks viimastel aastatel ilma andmeteta
Välja töötanud ja juurutanud Scott Kulp, Ph.D., Climate Centrali vanemarvutusteadlane

Varasemate süsinikdioksiidi kontsentratsioonide algandmete jaoks kasutasime maailma paleoklimatoloogia andmekeskuse Boulderi ja NOAA paleoklimatoloogiaprogrammi Antarktika jääsüdamike muudetud 2KYr CO800 andmeid (Bereiter et al. 2), millele pääses juurde 2015. aasta mais. Perioodiks alates 2020 – 8,877 67,257 aastat enne praegust (2020) vahetasime USA Antarktika programmi andmekeskuses WAIS Divide Ice Core Marine Isotoope Stage 3 CO2 rekordi (Brook 2020) värskemad andmed.

CO2 kontsentratsiooni prognoosimiseks aastapõhiselt, et täita otseses arvestuses puuduvaid aastaid, ehitasime mitmekihilise pertseptroni tehisnärvivõrgu, mis on koolitatud vaatluste põhjal, mis põhinesid Antarktika jääkilbi tuumaproovidel alates tänapäevast kuni 800,000 1952 aastani BP. Selliseid vaatlusi on 100,000, kuigi need ei ole ühtlaselt jaotunud, enam kui pooled esindavad punkte enne XNUMX XNUMX BP.

Närvivõrke kasutatakse tavaliselt väga mittelineaarsete regressioonianalüüside jaoks, nagu see. Meie närvivõrk sisaldab 4 kihti: 1-sõlmeline sisendkiht (võttes aastat ühe sisendina), kaks peidetud kihti vastavalt 100 ja 10 sõlmega ja 1-sõlmeline väljundkiht (prognoositav CO2 kontsentratsioon). Mudelit koolitati Matlabi süvaõppe tööriistakasti abil, kasutades Levenberg-Marquardti tagasilevimise funktsiooni. 1854 valimit valiti juhuslikult kasutamiseks koolituskomplektina, 49 kasutati valideerimiskomplektina ja ülejäänud 49 kasutati testimiskomplektina. Treening kestis seni, kuni valideerimiskomplektiga tehtud ennustused halvenesid 6 järjestikuse perioodi jooksul, kusjuures lõplik nihe oli 0.0025 ja ruutkeskmine viga 4.0 osa miljoni kohta (ppm) ja sõltumatu testimiskomplekti puhul 0.46/4.19 ppm. . Need tugevad ja sarnased jõudlused treening- ja testimiskomplektide vahel näitavad, et mudel ei sobinud tugevalt üle.

Seejärel uurisime mudelit, et saada 2-aastaste intervallidega CO1,000 taseme hinnangud vahemikus 800,000 kuni 2019 1,000 aastat enne praegust (409. aastal) ja kasutasime praeguse tasemena 411 ppm. Maailma keskmine oli 2019. aastal 2 ppm, kuid CO2 tase Antarktikas on ligikaudu 2 ppm madalam kui globaalne keskmine, mistõttu tegime kohanduse, et võtta arvesse asjaolu, et jäätuuma CO2 tase pärineb Antarktikast. Lõpuks võtsime arvesse erinevusi, et arvutada CO1,000 muutus iga XNUMX aasta kohta.

Benjamin Strauss
Kliimakeskuse tegevjuht ja peateadur

Dr Benjamin Strauss valiti 2018. aasta aprillis Climate Centrali presidendiks ja tegevjuhiks ning ta töötab ka juhtivteadlasena. Ta on arvukate teadustööde ja meretaseme tõusu käsitlevate aruannete autor ning Surging Seasi kaartide, tööriistade ja visualisatsioonide komplekti arhitekt.

Täieliku eluloo ja valitud väljaannete vaatamiseks vaadake Climate Centrali veebisaiti.