Analýza: Kolik ještě zbývá z „uhlíkového rozpočtu“, máme-li zamezit globálnímu oteplení o více než 1,5 ° C?

Máme-li udržet míru oteplení na hodnotě 1,5 ° C, musí od nynějška do konce století dojít k zásadnímu snížení celkového množství emisí CO2.  Toto přípustné množství budoucích emisí, nazývané „uhlíkový rozpočet“, lze vypočítat různými způsoby.

Výpočty založené na modelech systému Země (ESM, viz níže), které byly použity v poslední zprávě Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC), naznačují, že při současné míře emisí nám zbývá jen několik let, než svůj uhlíkový rozpočet pro oteplení o 1,5 ° C vyčerpáme, zatímco některé nedávno zveřejněné studie předpokládají, že zbývající uhlíkový rozpočet je mnohem větší.

Carbon Brief se v tomto článku soustředí na posouzení devíti nových kalkulací uhlíkového rozpočtu, které byly různými skupinami zveřejněny v průběhu posledních dvou let.  Většina z nich předvídá vyšší přípustné emise, než bylo uvedeno v poslední zprávě IPCC.  Řada studií naznačuje, že kalkulace uhlíkového rozpočtu založené na modelech ESM mohou být podhodnocené v důsledku omezení vyplývajících ze způsobu, jak je v některých modelech znázorněn koloběh uhlíku.  

Tyto nové uhlíkové rozpočty se však přesto značně různí, což je dané rozdílnými přístupy, časovými rámci, odhady dosavadního oteplování a dalšími faktory.  Zbývající uhlíkový rozpočet pro udržení míry oteplení na úrovni „výrazně pod“ 1,5 ° C  tak byl kvůli dosavadním emisím možná již překročen, nebo bychom v jeho rámci mohli naopak ještě 15 let produkovat emise ve stejné míře jako dnes.

 Mnoho nových odhadů

Základem konceptu uhlíkového rozpočtu, který spojuje míru budoucího oteplení s celkovým množstvím emisí CO2, je silná vazba mezi kumulativními emisemi a teplotami v klimatických modelech.  Z původně jednoduchého komunikačního nástroje se vyvinul poměrně složitý mechanismus a při výpočtu uhlíkového rozpočtu přípustného pro variantu zahrnující velmi nízké emise, jako je úroveň 1,5°C, dospívají různé studie k velmi odlišným výsledkům.

Tato vazba mezi kumulativními emisemi a oteplením není absolutní, neboť se bude proměňovat v závislosti na tom, co se bude dít s dalšími skleníkovými plyny jako je metan a oxid dusný, a v závislosti na tom, jak rychle se bude snižovat množství aerosolů ochlazujících ovzduší. Její fungování dále komplikuje, počítáme-li se „zápornými“ emisemi, kdy množství emisí odebraných z atmosféry převýší jejich produkci.

Obrázek znázorňuje různé odhady přípustné výše uhlíkového rozpočtu, máme-li udržet oteplení bezpečně pod 1,5 ° C, kde „bezpečně pod“ představuje 66% šanci tomuto oteplení zabránit (a naopak 33% pravděpodobnost, že cíl bude překročen).  Tyto pravděpodobnosti odrážejí značnou nejistotu ohledně citlivost klimatu vůči emisím CO2.  Barevné sloupce odpovídají výpočtům uhlíkovému rozpočtu z různých studií uvedených vlevo, zatímco záporné hodnoty znamenají, že stávající kumulativní emise již uhlíkový rozpočet pro míru oteplení „bezpečně pod“ 1,5°C překročily.

Části zbývající z uhlíkových rozpočtů v gigatunách CO2 (GtCO2) pro 66% pravděpodobnost udržení míry oteplení pod 1,5°C podle různých studií (viz odkazy na konci článku), spolu s odpovídajícími roky stávajících emisí s využitím údajů z Global Carbon Project. Rozsah odráží zmiňované nejistoty ohledně rozpočtu, zatímco body indikují nejlepší odhady. Všechny studie byly normovány na základě pozorovaných emisí, aby ukázaly zbývající rozpočet k lednu 2018. Modely integrovaného posuzování omezují míru oteplení o hodnotu výrazně pod 1,5 ° C k roku 2100, zatímco jiné přístupy se vyhýbají jakémukoli překročení v následujícím století. Graf podle Carbon Brief pomocí Highcharts.

Uhlíkové rozpočty byly stanoveny na základě řady různých metod, včetně komplexních modelů ESM (znázorněno žlutě), jednoduchých klimatických modelů používaných v modelech integrovaného posuzování (IAMs, znázorněno červeně) a pomocí údajů o emisích a oteplení získaných v současnosti na základě pozorování za účelem „ohraničení“ výsledků ESM (znázorněno modře).

Glosář   

MODELY INTEGROVANÉHO POSUZOVÁNÍ: IAM jsou počítačové modely, které analyzují širokou škálu údajů - např. fyzikálních, ekonomických a sociálních - za účelem získání informací, které mohou být využity při rozhodování. 

Uvedené rozpočty se liší v přístupu k cíli 1.5°C. Modely ESM a kombinace pozorování/ESM pracují s tzv. rozpočty pro překročení prahových hodnot. V tomto pojetí emise stále rostou až do okamžiku, kdy míra oteplení dosáhne 1,5 ° C, a předpokládá se, že ihned po dosažení prahové teploty se emise zastaví, což je v reálném světě v podstatě nemožné.  Rozpočet pro 66% pravděpodobnost, že se vyhneme oteplení o 1,5°C, je jednoduše stanoven podle 66. percentilu napříč různými modely ESM. Modely IAM oproti tomu používají tzv. rozpočty pro vyhnutí se prahovým hodnotám, které vytvářejí emisní scénáře s ohledem na to, aby se míra oteplení do roku 2100 udržela výrazně pod 1,5 ° C.

Modely systému Země

Modely ESM jsou komplexní klimatické modely, které simulují koloběh uhlíku, koloběh dusíku, chemii atmosféry, ekologii oceánů a změny týkající se rostlinstva a využívání půdy, což jsou všechno faktory, které ovlivňují reakci klimatu na emise skleníkových plynů způsobené lidmi. Vegetace v jejich rámci reaguje na teplotu a srážky, a zároveň mění vázání uhlíku i jeho uvolňování do atmosféry.

Tyto modely se nejnověji uplatnily v Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 ( CMIP5 ), což je mezinárodní iniciativa skupin z celého světa zabývajících se modelováním, usilující o vytvoření „trajektorií vývoje“ zkušebních klimatických modelů ze souboru společných budoucích klimatických scénářů, která vyústila v pátou hodnotící zprávu IPCC  z roku 2013.  

Modely označené na obrázku výše jako „IPCC AR5 ESM“ společně odhadují zbývající výši uhlíkového rozpočtu pro období mezi lety 2018 a 2100 na 118Gt CO2, pokud se má míra oteplení udržet výrazně pod 1,5 ° C. To představuje přibližně tři roky současných emisí do vyčerpání rozpočtu.

Nová studie, jejímiž autory jsou prof. Jason Lowe a Dr. Dan Bernie z britského Met Office Hadley Centre, se na základě těchto modelů CMIP5 snaží objasnit další neznámé prvky v uhlíkovém rozpočtu, které souvisejí se zpětnými vazbami způsobenými změnou klimatu, jako je uhlík uvolněný táním permafrostu nebo metan uvolňující se z mokřadů. Patří sem široká škála dalších zpětných vazeb, z nichž některé zvyšují a některé snižují budoucí emise a výslednou míru oteplení.  Autoři zjistili, že při zahrnutí těchto dalších zpětných vazeb vychází hodnoty pro uhlíkový rozpočet „výrazně pod“ 1,5° C mezi -192 Gt CO2 a 243 Gt CO2, přičemž nejlepší odhad činí 67 Gt CO2.

Záporný uhlíkový rozpočet znamená, že již na základě stávajících emisí máme vyšší než 33% pravděpodobnost, že míra oteplení do konce století přesáhne 1,5°C, a pro dosažení cíle by z atmosféry muselo být odstraněno více emisí, než je do ní uvolňováno. 

Modely CMIP5 používaly reprezentativní směry vývoje koncentrací (RCP), které specifikují budoucí koncentrace CO2 a dalších skleníkových plynů pro období 2005 až 2100, ale neuvádějí skutečné emise CO2 pro konkrétních roky. Tento přístup byl zvolen proto, že ne všechny klimatické modely zahrnuté do CMIP5 patří mezi modely ESM; v některých případech se jedná o jednodušší modely všeobecné cirkulace (GCMs), které do přepočtu emisí na atmosférické koncentrace nezahrnují koloběh uhlíku.

Aby bylo pro výpočet uhlíkového rozpočtu možné odhadnout kumulativní emise CO2, musely modely EMS v rámci CMIP5 pro zpětný výpočet emisí na základě atmosférických koncentrací použít u každého modelu koloběh uhlíku.  Tyto modely koloběhu uhlíku nejsou dokonalé a zpravidla přiřazují stávajícím koncentracím CO2 nižší emise, než je náš nejlepší odhad skutečně vzniklých emisí. Zdá se, že je to způsobeno tím, že některé modely ESM podhodnocují schopnosti pevniny i oceánu pohlcovat uhlík.

Pokud jde o stávající koncentrace CO2, modely odhadují míru oteplení poměrně přesně, ovšem skutečnost, že mají tendenci podhodnocovat historické emise, znamená, že uhlíkové rozpočty založené na vztahu mezi kumulativními emisemi CO2 a oteplováním jsou spíše nižší.

Na tuto skutečnost v roce 2014 ve své studii  poprvé upozornili prof. Pierre Friedlingstein a jeho kolegové z University of Exeter. Její potenciální důsledky pro uhlíkový rozpočet pro 1,5°C zdůraznili Dr. Richard Millar a kol. v článku z roku 2017.

Ačkoli je tento nesoulad mezi modelovými a pozorovanými emisemi relativně malý, může u velmi přísných uhlíkových rozpočtů, jako je ten pro oteplení o 1,5° C, vést ke značným rozdílům.

Odhady kombinující modely ESM a pozorování

Řada různých studií se snažila zlepšit odhady uhlíkového rozpočtu v modelech ESM tím, že je upravila na základě pozorování reálných emisí a oteplení.

To nabývá různých podob. Millar a jeho kolegové v roce 2017 kalibrovali celkové dosavadní emise a oteplování v modelech ESM tak, aby odpovídaly současným pozorováním. Potom se zabývali tím, jaké další množství emisí by bylo ještě přípustné pro zvýšení teploty o rozdíl mezi dnešní teplotou a 1,5°C nad úrovní před průmyslovou revolucí. Předností tohoto přístupu je, že odstraňuje nesrovnalosti ohledně minulých emisí nebo teplot mezi pozorováním a modely ESM.

Millarův odhad uhlíkového rozpočtu, má-li oteplení zůstat „výrazně pod“ 1,5°C, činil 625 Gt CO2, což odpovídá zhruba patnácti dalším rokům emisí v současné míře a více než pětkrát převyšuje předchozí odhad IPCC. Toto zjištění po svém zveřejnění vyvolalo v komunitě značné kontroverze.

Dr. Andrew Schürer z University of Edinburgh i další výzkumníci kritizovali studii Millara a jeho spolupracovníků kvůli tomu, že používá záznam teplot, který neodráží to, co model ESM skutečně simuluje. Millar a jeho kolegové totiž pro odhad zbývajícího oteplování až do dosažení cíle 1,5°C použili teplotní řady HadCRUT4. Ačkoliv odpovídá tomu, jak historické oteplování hodnotí IPCC, nepokrývá tato řada velkou část rychle se oteplujících arktických oblastí a směšuje dohromady teploty povrchového vzduchu nad pevninou s teplotami nad oceány, kde oteplování probíhá pomaleji.

Schurer a kolegové poukazují na to, že při použití pozorovacího záznamu s globálním pokrytím a emulací stejných globálních teplot povrchového vzduchu, jaké používají modely, by se odhadované dosavadní oteplení zvýšilo a uhlíkový rozpočet významně snížil.

Carbon Brief odhaduje, že uplatnění tohoto přístupu k Millarem a jeho spolupracovníky stanovenému uhlíkovému rozpočtu pro oteplení "výrazně pod" 1,5°C by uhlíkový rozpočet snížilo na hodnoty mezi 325 Gt CO2 a 506 GtCO2, s nejlepším odhadem 416 Gt CO2 - neboli 10 let emisí ve stávajícím rozsahu. Základem je zde rozmezí 5.-95. percentilu stávajícího oteplení oproti druhé polovině 19. století dle Schurera, s použitím teplotního záznamu Cowtan and Way upraveného o rozdíl mezi tempem zvyšování teploty povrchu moře a teploty povrchového vzduchu nad pevninou. Tento uhlíkový rozpočet je stále podstatně vyšší než odhad IPCC, což naznačuje, že přístupy zahrnující pozorování jsou důležité pro korekci příliš nízkých odhadů v modelech.

Schurer a další výzkumníci také poukazují na to, že uhlíkový rozpočet by byl ještě menší, kdyby „předindustriální“ období bylo definováno ve vztahu k 18. století nebo k dřívějšímu období než ke konci 19. století.  Některé člověkem způsobené emise a související oteplování se pravděpodobně vyskytly již před koncem 19. století.  Všechny modely ESM a IAM však používají jako výchozí bod právě konec 19. století, takže způsob vymezení předindustriálního období nevysvětluje rozdíly v odhadech uhlíkového rozpočtu.

Dr. Mark Richardson z laboratoře proudového pohonu v rámci NASA a spoluautoři - včetně Millara - se nedávno zabývali tím, jak se mění uhlíkový rozpočet, pokud se v modelech použijí pouze regiony, kde jsou k dispozici pozorování.  U souboru údajů z pozorování HadCRUT4 dospěli k uhlíkovému rozpočtu 779 Gt CO2, což je o 25 % více než rozpočet ve studii Millara a jeho spolupracovníků.  Na druhou stranu, pokud se použije soubor údajů Berkeley Earth, uhlíkový rozpočet se značně sníží na 467 Gt CO2.

Studie, jejímiž autory jsou Dr. Katarzyna Tokarska a Dr. Nathan Gillett, používá podobný přístup jako Millar a jeho spolupracovníci a upravuje modely ESM s ohledem na skutečné emise a teploty. Tím, že používá globálně reprezentativnější záznamy povrchové teploty, vyhýbá se některým problematickým místům v Millarově studii, třebaže rovněž používá data, která směšují teploty vzduchu nad pevninským povrchem s pomaleji se zvyšujícími teplotami vzduchu nad oceány.

Tokarska a Gillett také vyhledávají modely ESM, které jsou ve shodě s pozorovanými emisemi, díky čemuž vyřazují mnoho modelů, u nichž se historické emise příliš liší. Uhlíkový rozpočet pro oteplení “výrazně pod” 1,5°C stanovují na 395 Gt CO2, což je podstatně méně než v Millarově studii, ale zhruba v souladu s prací Schurera a jeho kolegů.

Konečně, Dr. Philip Goodwin z University of Southampton a jeho kolegové nově stanovují referenční úroveň pro modely ESM tak, aby odpovídaly současným emisím a teplotám, ale namísto sestavení výsledného rozpočtu pomocí sady modelů CMIP5 využívají zjednodušený model ESM, který je navržen tak, aby byl v souladu s dosud pozorovaným oteplováním a emisemi.  Zbývající uhlíkový rozpočet pro oteplení “výrazně pod” 1,5°C podle nich činí 693 Gt CO2, což se velmi podobá studii Millara a jeho spolupracovníků. Jejich celkový rozsah uhlíkových rozpočtů pro oteplení o 1,5°C je však mnohem užší, než jak je uvedeno v Millarově studii – jejich rozpočet pro 66% až 44% pravděpodobnost zachování teploty pod 1,5 °C činí 693 až 821 Gt CO2 ve srovnání s 625 až 1870 Gt CO2 ve studii Millara et al.

 Modely integrovaného posuzování

Modely integrovaného posuzování (IAM) berou v úvahu základní sociálně-ekonomické faktory, jako je populační a hospodářský růst, jakož i klimatický cíl - například omezit míru oteplení na 1,5 ° C - a odhadují, jaké změny by mohly nastat v oblasti výroby a využití energie a emisí v různých regionech světa, aby se cílů dosáhlo z hlediska nákladů co nejefektivnějším způsobem.

Při převodu emisí různých skleníkových plynů na atmosférické koncentrace a míru oteplení se opírají o jednoduchý klimatický model známý jako MAGICC (Model for the Assessment of Greenhouse Gas Induced Climate Change). Model koloběhu uhlíku MAGICC je navržen tak, aby sladil historické koncentrace a pozorované emise, a měl by z velké části zamezovat problému podhodnocení historických emisí, jenž se vyskytuje ve složitějších modelech ESM.

Modely IAM, které byly využity v poslední zprávě IPCC, odhadují pro oteplení „výrazně pod“ 1,5°C uhlíkový rozpočet zbývající k lednu 2018 na 192 Gt CO2 až 26 Gt CO2. To by znamenalo, že do vyčerpání uhlíkového rozpočtu nezbývá prakticky ani rok, a teploty na konci století by mohly být udrženy pod úrovní 1,5°C pouze tím, že by se z atmosféry v budoucnu odstranilo více CO2, než se vypustí.

V rámci modelových cvičení navazujících na další zprávu IPCC tyto modely IAM se svými kolegy nedávno aktualizoval Dr. Joeri Rogelj z rakouského Mezinárodního institutu pro analýzu aplikovaných systémů (IIASA).  Rozsah, který předkládají, je o něco širší: od -182 do 393 Gt CO2, přičemž odlišnosti od předchozího souboru modelů IAM jsou částečně dané rozdílnými předpoklady ohledně budoucích emisí jiných skleníkových plynů než CO2.

Uhlíkové rozpočty založené na modelech IAM se od těch, které vycházejí z modelů ESM, liší v mnoha ohledech. V prvé řadě jde o to, že pro výpočet 66. percentilu trajektorií, které vedou k oteplení o 1,5°C, nepoužívají soubor modelů, ale spektrum možných hodnot citlivosti klimatu, což ve výsledku vede ke konzervativnějšímu odhadu rozpočtu zbývajícího do překročení hodnoty 1,5°C.

Konkrétně jde o to, že modely ESM zahrnující 66% pravděpodobnost, že se vyhneme oteplení o 1,5°C, stále vykazují oteplení zhruba o 1,45°C, zatímco modely IAM s podobným cílem předpovídají pro rok 2100 oteplení mnohem nižší, dosahující pouze hodnoty 1,3°C až 1,4°C oproti úrovni před průmyslovou revolucí.  Ne všechny modely IAM také cílí přesně na 66% pravděpodobnost, že se vyhneme se oteplení o 1.5°C, některé si totiž vytyčily poněkud konzervativnější cíle.

Za druhé, modely IAM konkrétně usilují o to, aby nárůst globální průměrné povrchové teploty nepřesáhl 1,5°C v roce 2100, nikoli o to, aby míra oteplení nepřesáhla 1,5°C v žádném okamžiku mezi současností a rokem 2100. Téměř ve všech modelech IAM, které splňují cílovou hodnotu 1,5°C, nejprve kolem poloviny 21. století dojde k jejímu překročení, aby se ve druhé polovině 21. století teploty snížily díky obrovskému množství negativních emisí.

Tím je výpočet rozpočtu poněkud odlišný, zejména proto, že předpoklady vztahu mezi kumulativními emisemi a oteplováním mohou zamlžovat záporné emise.

Za třetí, protože maximální oteplení za emisemi uhlíku časově zaostává přibližně o deset let, rozpočty založené na modelech ESM (nebo kombinaci pozorování a modelů ESM) plně nezohledňují emise za poslední desetiletí před překročením prahové hodnoty 1,5°C. Modely IAM jsou naopak poněkud penalizovány, protože ochlazení z negativních emisí v posledním desetiletí před rokem 2100 není plně započítáno.

Tyto faktory společně způsobují, že uhlíkové rozpočty v modelech IAM jsou ve srovnání s rozpočty založenými na kombinaci pozorování a modelů ESM relativně nízké.  Ve snaze sladit oba rozpočty přepočítali Rogelj a jeho kolegové Millarův rozpočet, a vzali přitom v úvahu globálně reprezentativnější pozorování teplot, rozdíly mezi dosaženou úrovní oteplení i další faktory, a mohli jej tak lépe porovnat s rozpočty dle modelů IAM. Zjistili, že Millarův rozpočet by se pohyboval mezi 25 Gt CO2 a 375 Gt CO2, čímž by se dobře shodoval s řadou rozpočtů v modelech IAM.

Millar však tvrdí, že k vyjasnění rozdílů v rozpočtech může být nutný další výzkum. Redakci Carbon Brief sdělil následující:

 „Podle mého názoru se jedná o důležitou oblast z hlediska další práce komunity. Příčinou rozdílů mezi rozpočty dle modelů IAM a dle jiných modelů bude pravděpodobně kombinace rozdílných faktorů a rozdílného způsobu vymezení - jak říká dr. Rogelj - protože při odhadu zbývajících rozpočtů je třeba brát v potaz jak nejasnosti fyzikální a klimatické povahy, tak technicko-společenské nejasnosti ohledně míry, do které jsme schopni snížit příspěvky k dalšímu oteplení v jiných oblastech, než je CO2.“

Nedávný komentář v časopise Nature Geoscience od Dr. Glena Peterse z Centra pro mezinárodní výzkum klimatu CICERO v Norsku se zaměřil na to, jak velký je rozdíl mezi rozpočty u modelů IAM, které počítají s překročením dané hodnoty a těmi, které se mu chtějí vyhnout. V těchto modelech je míra 1,5°C obecně překračována před polovinou století, do konce století poté dochází ke snížení teplot díky rozsáhlým negativním emisím. Peters zjistil, že v modelech IAM pracujících s hodnotou 1,5° C činí uhlíkový rozpočet pro rok 2100 -182 až 393 Gt CO2; ovšem pokud by se výpočet rozpočtu orientoval na to, kdy bude poprvé dosaženo 1,5°C, hodnota by byla mnohem vyšší, 318 až 518 Gt CO2, což je v souladu s mnoha odhady kombinujícími pozorování s modely ESM.

Jak definovat 1,5°C

Pařížská dohoda stanovila za cíl „usilovat o to, aby nárůst teploty nepřekročil hranici 1,5 ° C“, nikdy však nedefinovala, co přesně to znamená. Lze to vyložit buď tak, že cílem je oteplení o 1,5° C s 50% pravděpodobností, že tento limit nebude překročen, nebo že jde o to, zastavit oteplování „výrazně pod“ 1,5°C, což je podobné jako cíl 2°C s 66% pravděpodobností, že se podaří zamezit oteplení o více než 1,5°C. Je také nejednoznačné, zda je řeč o změnách globální teploty vzduchu, jak simulují modely, nebo o údajích směšujících teploty vzduchu a teploty oceánského povrchu, bližších záznamům pozorované teploty.

Některé zprávy se zaměřily na 50% pravděpodobnost, jiné na 66%.  V tuto chvíli se zdá se pravděpodobnější, že nakonec převládne interpretace 66% „výrazně pod“ 1,5°C, protože tento přístup se uplatňuje v modelech IAM využívaných v rámci přípravy příští zprávy IPCC.

Obrázek znázorňuje uhlíkové rozpočty ze všech nedávných studií, které se zaměřily na zamezení oteplení o více než 1,5°C s 50% pravděpodobností.  Zahrnuje řadu studií, které se také zabývaly 66% pravděpodobností „výrazně pod“, a také dvě nové studie, které se zabývají pouze výstupy 50% pravděpodobnosti.

Zbývající uhlíkové rozpočty v gigatunách CO2 (GtCO2) z různých studií, které se zabývají 50% pravděpodobností, že oteplení nepřesáhne 1,5°C (viz odkazy na konci článku), jakož i odpovídající roky aktuálních emisí s využitím údajů z Global Carbon Project. Rozsahy odrážejí rozpočtové nejasnosti, zatímco body ukazují nejlepší odhady. Všechny studie byly normovány na základě pozorovaných emisí a udávají rozpočet zbývající k lednu 2018. Graf od Carbon Brief s využitím Highcharts .

Není překvapením, že uhlíkové rozpočty pro 50% pravděpodobnost, že se vyhneme oteplení o 1,5°C, jsou všeobecně vyšší, než počítáme-li s vymezením „výrazně pod“ na základě 66% pravděpodobnosti.  Nová studie Dr. Elmara Krieglera a jeho kolegů z Potsdam Institute vyčísluje uhlíkový rozpočet zbývající k lednu 2018 na základě dosavadních studií napříč různými použitými metodami jako široké spektrum v rozsahu od -182 do 818 gigatun CO2 (Gt CO2, zobrazeno šedě).

Dvě nové studie (zobrazeno fialově), které se svými spolupracovníky vypracovali prof. Damon Matthews a Millar a Friedlingstein, uplatňují při výpočtu uhlíkového rozpočtu přístup, který se zcela vyhýbá práci s modely. Vyčíslují vztah mezi pozorovaným oteplením a pozorovanými kumulativními emisemi CO2, přičemž vypočítávají „přechodovou reakci klimatu na kumulativní emise“ - míru oteplení na jednu teratunu oxidu uhličitého (TtC neboli 1000 gigatun oxidu uhličitého).

Glosář     

 Citlivost klimatu : Míra oteplení, které můžeme očekávat, když množství oxidu uhličitého v atmosféře dosáhne dvojnásobku oproti období před průmyslovou revolucí. Citlivost na změnu klimatu lze vyjádřit dvěma způsoby: přechodová reakce klimatu (TCR) je oteplení na zemském povrchu, které lze očekávat v okamžiku zdvojnásobení, zatímco rovnovážná citlivost klimatu (ECS) je celková míra oteplení poté, co se Země časem plně přizpůsobí přebytečnému množství CO2.

Oba nakonec dospěli k menšímu odhadu přechodové reakce klimatu na kumulativní emise, než je tomu u klimatických modelů, a potažmo k většímu uhlíkovému rozpočtu. I zde jsou však výsledky poněkud citlivé na použité teplotní řady. Millar a Friedlingstein dospěli k přechodové reakci klimatu v hodnotě 1,84°C / TtC s použitím teplotního záznamu Cowtan a Way, k hodnotě 2,05°C / TtC s použitím teplotního záznamu Berkeley Earth a ke střednímu hodnotě odhadu 2,11°C / TtC při využití CMIP5 modelů ESM (třebaže rozsah se pohyboval od 0,8 do 2,5° C / TtC ). Naopak zjistili, že přechodová reakce klimatu bude nižší, použijí-li se se nové odhady z roku 2017 (Global Carbon Project), které zahrnují vyšší historické emise CO2 způsobené využíváním půdy.

Matthews a kolegové odhadují zbývající uhlíkový rozpočet pro 50% pravděpodobnost pro oteplení do 1,5°C k lednu 2018 na 977 Gt CO2 (neboli 24 let současných emisí), zatímco Millar a Friedlingstein jej odhadují na 835 Gt CO2 (20 let současných emisí).  To je podstatně vyšší hodnota, než v modelu zemského systému dle IPCC 268 Gt CO2 (7 let současných emisí).

Podobný přístup uplatňuje Nicholas Leach a jeho kolegové z Oxfordské University v nové studii, když pro výpočet zbývajícího uhlíkového rozpočtu využívají kombinace úrovně a rychlosti odhadovaného oteplení způsobeného člověkem, zatímco podíl faktorů jiných než CO2 ponechávají beze změny. Zbývající uhlíkový rozpočet pro oteplení o 1,5°C vyčíslují mezi 479 a 1239 Gt CO2 – tedy mezi 12 až 31 lety současných emisí - s nejlepším odhadem 839 Gt CO2.

Přetrvávající nejistota

Za poslední dva roky bylo publikováno velké množství studií o zbývajícím uhlíkovém rozpočtu pro zamezení většímu oteplení než 1.5°C. I když obecně souzní se závěry Millara a jeho kolegů, že modely IPCC podhodnotily zbývající uhlíkový rozpočet, stále mezi nimi přetrvávají významné rozdíly a je těžké stanovit přesné číslo, které by bylo možné použít k vymezení zbývajících přípustných emisí.

Obecně lze říci, že rozdíl mezi dnešními kumulativními emisemi a emisemi ve světě s nárůstem teploty o 1,5°C je tak malý, že velmi záleží na řadě různých faktorů, včetně toho, k jakému oteplení doposud došlo, kolik emisí jiných látek než CO2 můžeme očekávat v budoucnosti, jaký rozsah citlivosti klimatu se použije při výpočtu 66% pravděpodobnosti, a na množství dalších otázek.

I když modely IAM obecně dospívají k nižším uhlíkovým rozpočtům než kombinace pozorování a modelů ESM, tyto dva typy modelů nemusí být přímo srovnatelné. Modely IAM se zaměřují na míru oteplení v roce 2100 (a v mezidobí často překračují 1,5°C), zatímco modely ESM se prostě zabývají množstvím CO2, které lze vypustit, aniž by teploty přesáhly 1,5°C.  V této chvíli je pravděpodobně předčasné tvrdit, že uhlíkové rozpočty dle modelů IAM mohou být příliš nízké.

Peters argumentuje, že v konečném důsledku možná myšlenka zbývajícího uhlíkového rozpočtu není vhodným konceptem pro přísné emisní cíle, jako je 1.5°C.  Nárůst globálních teplot je již natolik blízko k 1,5°C, že malé rozdíly ve výpočtech mají velký dopad.

Vzhledem k tomu, že téměř jakýkoli pravděpodobný scénář by během zbytku století vyžadoval velké množství negativních emisí, je jasné, že uhlíkový rozpočet sám o sobě není konečným stropem emisí. Bez ohledu na to, jaký uhlíkový rozpočet se použije, do překročení hranice 1.5°C už nezbývá ani 0,5°C dalšího oteplení, a máme k dispozici pouze několik desetiletí, než svět bude muset dosáhnout nulových kumulativních - a následně čistě záporných emisí.

Aktualizace 10/4/2018: Rozsah nejistoty uvedený pro studii Goodwin et al ve zbývajícím uhlíkovém rozpočtu pro 50% pravděpodobnost oteplení o méně než 1,5°C byl aktualizován, aby uváděl správné hodnoty. Text byl také aktualizován ve smyslu, že studie Goodwin et al dospívá k mnohem menšímu rozsahu celkových rozpočtů pro různé procentní pravděpodobnosti, že míra oteplení nepřesáhne 1,5° C, než k čemu dospěl Millar et al.

Aktualizace 11/4/2018 : Článek byl aktualizován, aby zohlednil skutečnost, že uhlíkový rozpočet ze studie Kriegler et al., odkazuje na 50%, nikoli 66% pravděpodobnost, že míra oteplení nepřesáhne 1,5 ° C.

Aktualizace 23/7/2018 : Přidáno několik dalších studií, které byly publikovány od původního vydání tohoto článku.

Aktualizace 08/10/2018: Upozorňujeme, že o uhlíkovém rozpočtu pro míru oteplení o 1,5°C uvedeném ve zvláštní zprávě IPCC o 1,5°C pojednává pozdější článek Carbon Brief. 

 

Použité studie:

Millar, R. et al. (2017) Emission budgets and pathways consistent with limiting warming to 1.5C, Nature Geophysics, doi:10.1038/ngeo3031

Matthews, H.D., et al. (2017) Estimating Carbon Budgets for Ambitious Climate Targets, Current Climate Change Reports, doi:10.1007/s40641-017-0055-0

Goodwin, P., et al. (2018) Pathways to 1.5C and 2C warming based on observational and geological constraints, Nature Geophysics, doi:10.1038/s41561-017-0054-8

Schurer, A.P., et al. (2018) Interpretations of the Paris climate target, Nature Geophysics, doi:10.1038/s41561-018-0086-8

Tokarska, K., and Gillett, N. (2018) Cumulative carbon emissions budgets consistent with 1.5C global warming, Nature Climate Change, doi:10.1038/s41558-018-0118-9

Millar, R., and Friedlingstein, P. (2018) The utility of the historical record for assessing the transient climate response to cumulative emissions, Philosophical Transactions of the Royal Society A, doi:10.1098/rsta.2016.0449

Lowe, J.A., and Bernie, D. (2018) The impact of Earth system feedbacks on carbon budgets and climate response, Philosophical Transactions of the Royal Society A, doi:10.1098/rsta.2017.0263

Rogelj, J., et al. (2018) Scenarios towards limiting global mean temperature increase below 1.5C, Nature Climate Change, doi:10.1038/s41558-018-0091-3

Kriegler, E., et al. (2018) Pathways limiting warming to 1.5°C: A tale of turning around in no time, Philosophical Transactions of the Royal Society A, doi:10.1098/rsta.2016.0457

Richardson, M., et al. (2018). Global temperature definition affects achievement of long-term climate goals. Environmental Research Letters, doi:10.1088/1748-9326/aab305

Peters, G. (2018). Beyond carbon budgets. Nature Geoscience. doi:10.1038/s41561-018-0142-4

Leach, N. (2018). Current level and rate of warming determine emissions budgets under ambitious mitigation. Nature Geoscience. doi:10.1038/s41561-018-0156-y

 

Z anglického originálu: Analysis: How much ‘carbon budget’ is left to limit global warming to 1.5C? se svolením webu Carbonbrief, kde byl článek publikován 9.4. 2018