Este clima chiar atât de haotică și greu de prezis? Cei 3 factori majori care determină temperaturile globale

În anul 1972, Mikhail Budyko – climatolog rus și unul dintre fondatorii climatologiei fizice – a prezis că temperatura medie a Pământului va crește cu 1°C până în 2020, cu 2.25°C până în 2070, și că Arctica va fi eliberată de gheață pe timpul verii. Evidențele empirice actuale îi dau dreptate lui Budyko, astfel că predicția de creștere cu 1°C până în 2020, făcută înaintea creșterii accentuate a temperaturilor, corespunde cu o acuratețe surprinzătoare cu măsurătorile actuale.

• Evoluțiile climatice actuale au fost prezise încă din anii ‘70.
• Deși este influențată de multiple variabile, evoluția climatică pe termen lung poate fi modelată în baza unor ecuații relativ simple.
• În termeni simpli putem spune că temperaturile globale sunt determinate de 3 factori majori: radiațiile solare, răcirea Terrei și factorii antropogeni (emisiile de CO2).

Avem în atmosferă cu 50% mai mult CO2 față de era preindustrială, acesta provenind din arderea combustibililor fosili pentru producția energiei și determinând o creștere de la aproximativ 14 grade Celsius la 15 grade Celsius a temperaturii globale care a fost relativ stabilă în ultimii 1000 de ani.

Modelarea climatică nu înseamnă prezicerea vremii

Scepticii schimbărilor climatice, chiar dacă nu neagă influența CO2 asupra menținerii și creșterii temperaturii, folosesc argumente de tipul ”atmosfera Pământului și climă sunt prea complexe și haotice pentru a putea fi modelate și pentru a le putea prezice în comportamentul”.

Clima este o medie statistică a vremii, iar modelarea climatică nu e prezicerea vremii. Nu vom ști care va fi temperatura exactă pe 1 Ianuarie 2022, dar vom ști că va trebui să ne punem măcar un pulover pe noi în zonele temperate pentru că va fi mai rece decât o luna de Iunie.

Scriitorul și fizicianul Vlad Zografi – într-o discuție recentă cu fizicianul popularizator de știință Cristian Presură – se întreabă dacă încălzirea globală este reală, pentru că ”fizica pământului nu e precum fizica atomului, e un sistem al naibii de complicat” și, tocmai de aceea, chestiunea legată de climă e politizată pentru că nu avem o teorie bună a climei, avem niște teorii aproximative. Cristian Presură, care a participat la un curs de climatologie a fost convins de existența încălzirii globale ”e pe bune în sensul că este susținută de fizică”.

Ecuația care explică creșterea temperaturilor pe Terra

Avem nevoie doar de câteva ecuații simple (incluse în linii de cod ale limbajului Julia), care se pot rula pe orice calculator pentru a crea un model simplificat care ne va permite să estimăm creșterea temperaturilor pe Terra că urmare a creșterii CO2 antropogenic, notează dr. Florin Zăinescu pentru Infoclima.

Cu aceste ecuații vom putea prezice și climă viitorului care va depinde doar de politicile energetice și de mediu pe care le vom aborda la nivel planetar. Asta dacă nu vom avea vreun eveniment neașteptat până în 2100 precum erupția masivă a unor vulcani sau ciocnirea cu un asteroid.

Radiația solară absorbită (galben)

Un sfert din 70% din energia venită de la Soare care ajunge pe suprafața terestră și încălzește planetă.

• S –  o valoare medie la suprafața Pământului și egală cu 1368 W/m2. 

• α este albedoul aproximat la 30%, și reprezintă radiația care este reflectată. α ține loc de procese complexe precum norii sau gheață care reflectă radiația solară. 

• doar un sfert pentru că – razele solare sunt paralele și intersectează Pământul cu aria unui cerc, de aceea împărțim la 4 pentru că Soarele luminează permanent doar o față a cercului care are o arie de 4 ori mai mică decât suprafața unei sfere.

Radiația termică eliberată de Pământ în spațiu (albastru)

Se consideră cu minus (-) și reprezintă răcirea a planetei (blackbody cooling to space). Orice corp degajă radiație proporțională cu temperatura. O analogie pentru acest fenomen este transpirația umană care ne răcește în timpul exercițiilor fizice intense și previne supraîncălzirea.

• Pentru a ține cont de procesele astea, folosim un termen constant (A) și un termen proporțional cu temperatura (B) care ne va da și feedbackul climatic, și ne spune pentru o anumită schimbare în temperature încălzirea pe care o vom obține. 

• Cu cât încălzirea e mai puternică, cu atât mai eficientă va fi și radiația în spațiu și va stabiliza temperatura (-BT). Acesta este un feedback negativ stabilizator. 

Efectul Co2 cauzat de oameni (gri)

Captează o parte din energia radiată (2) și o retrimite spre suprafață Pământului. Empiric, acest efect a fost descoperit că fiind o funcție logaritmică a concentrației CO2 din atmosferă.

Această ecuație așază bazele înțelegerii climei.

Spre exemplu, variabilitatea radiației solare (a ciclurilor de 11 ani) este de ordinul 1W/m2 (față de valoarea medie de 1368 W/m2), prea mică pentru a schimbă semnificativ bilanțul termic pe o perioada atât de scurtă. În schimb, creșterea CO2 este abruptă.

În ciuda simplității lor, modelele de bilanț energetic (EBM model) precum cel prezentat mai sus au anticipat multe din descoperirile făcute cu modele complexe de circulație atmosferică globală (GCM model).

Aceste modele pot include feedbackuri esențiale în dinamică nonlineară a sistemului. Spre exemplu modelele EBM au descoperit fenomenul de ”Pământ că bulgare de zăpadă – Snowball Earth”, care s-a produs între acum 750 și 550 milioane de ani și ce presupune prezența gheții chiar și la ecuator, și pentru care dovezile au venit mai tarziu.