Vliv globáln ekosystémy. Tomáš Kučera Přírodovědecká fakulta Jihočeské Univerzity

Vliv globálních změn na ekosystémy Tomáš Kučera Přírodovědecká fakulta Jihočeské Univerzity

1

Co se vlastně děje? • Roste početnost a variabilita extrémních klimatických jevů, suchá léta a extrémní srážky (USA 1978-2007)*, jedním z doprovodných jevů je i početnost velkých tzv. globálních požárů** • Rostou výkyvy zimních teplot (zimy jsou buď chladnější, nebo teplejší, než v období 2. pol. 20. stol.*** • Na jižní polokouli jsou za posledních 10 let strmější výkyvy v tlakové výši a níži, kdežto na severní polokouli jsou v zimě strmější, ale v létě mírnější (hurikány, větrné bouře, tornáda, atd.)#

*Li, W. et al. Changes to the North Atlantic Subtropical High and its role in the intensification of summer rainfall variability in the southeastern United States. J. Clim. doi:10.1175/2010JCLI3829.1 (2010). **Pechony, O. & Shindell. D. T. Driving forces of global wildfires over the past millennium and the forthcoming century. Proc. Natl Acad. Sci. USA doi:10.1073/pnas.1003669107 (2010). ***Cattiaux, J. et al. Winter 2010 in Europe: A cold extreme in a warming climate. Geophys. Res. Lett. 37, L20704 (2010). #O'Gorman, P. A. Understanding the varied response of the extratropical storm tracks to climate change. Proc. Natl Acad. Sci. doi:10.1073/pnas.1011547107 (2010).

2

Změny klimatu • Počasí x klima (otázka měřítka) • Přímé a nepřímé (přepočtené) měření • Přímé – Klementinum (tepelný ostrov města) • Nepřímá – historická a přírodní data • Přírodní (proxy) – ledovce, palynologie, dendrochronologie, izotopová analýza

M. Doležalová: Změna klimatu ano či ne? http://www.zmenaklimatu.cz/dokumenty/prezentace/index.php

3

Přímá sledování • • • • •

Nejteplejších 12 let (1998, 2007) Roste teplota nad pevninou víc než oceánem V severských oblastech dvojnásobně Zmenšuje se plocha arktického ledu a permafrostu Růst srážek a četnost výskytu přívalových, intenzivnější a delší období sucha, horké vlny (2003)

Metelka L., Klimatické změny 2007 http://www.zmenaklimatu.cz/dokumenty/prezentace/index.php

4

IPCC: Průměrná teplota za posledních 1000 let • Letokruhy, koráli, krápníky, ledovce, jezerní sedimenty, vrty (standardizace dat, odfiltrování lokálních vlivů)

Mann M., Bradley R., Huges M., 1998, Nature => křivka „hokejka“ Rekonstrukce povrchové teploty za poslední 2000 let, Washington 2006. http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=11676 FIGURE O-5 Large-scale surface temperature variations since A.D. 900 derived from several sources. Panel A shows smoothed and unsmoothed versions of the globally and annually averaged instrumental temperature record (Jones et al. 2001). Panel B shows global surface temperature reconstructions based on glacier length records (Oerlemans 2005b) and borehole temperatures (Huang et al. 2000). Panel C shows three multiproxy reconstructions (Mann and Jones 2003a, Moberg et al. 2005a, and Hegerl et al. 2006) and one tree-ring-based reconstruction (Esper et al. 2002a, scaled as described in Cook et al. 2004) of Northern Hemisphere mean temperature. Panel D shows two estimates of Northern Hemisphere temperature variations produced by models that include solar, volcanic, greenhouse gas, and aerosol forcings, as described by Jones and Mann (2004b). All curves have been smoothed using a 40-year low-pass filter (except for the unsmoothed instrumental data), each curve has been aligned vertically such that it has the same mean as the corresponding instrumental data during the 20th century, and all temperature anomalies are relative to the 1961–1990 mean of the instrumental record.

5

Skeptický ekolog • Globální oteplení (GW) neexistuje (radikální postoj) => GW existuje a člověk na něm má podíl (ale nebude mít katastrofické dopady „konce civilizace“, jak líčí média) • Tvrzení o těžkých, neblahých a okamžitých důsledcích GW jsou krajně zveličená • GW vyžaduje inteligentnější a komplexnější řešení (stávající orientace na CO2 nestačí) • GW je byznys úzké skupiny zainteresovaných a hysterie a katastrofické scénáře mají přispět k ochotě vlád tento byznys globálně financovat • Existuje řada palčivějších problémů, než GW

Klaus V., Modrá, nikoliv zelená planeta. Praha 2007 Lomborg B., Zchlaďte hlavy! Dokořán 2008

6

Veřejné mínění • 1. I přes jistou rozporuplnost klimatických dat se zdá, že se svět za posledních 100 let poněkud oteplil, v průměru o 0,6 °C (s možnou chybou 0,2 °C). • 2. Oxid uhličitý je skleníkový plyn. Zvýšení jeho obsahu v atmosféře zvyšuje tendenci k celosvětovému oteplování. • 3. Lidské aktivity pravděpodobně vedly k průkaznému zvýšení obsahu oxidu uhličitého v atmosféře, z hodnoty 280 ppm ve stoletích před rokem 1750 na hodnotu 380 ppm, kterou naměříme dnes. • 4. Ekonomické trendy pravděpodobně budou dále obsah oxidu uhličitého v atmosféře zvyšovat. • Je tedy pravděpodobné, že se svět v příštích desetiletích bude i nadále oteplovat, pokud se nic jiného nezmění. • Proč se pořád mluví jen o CO2??? Problém je komplexní!!!

Výzkum v duchu nezvratného nábožného přesvědčení masivně podporuje koncepci snížení (mitigation) lidského vlivu na klima, na úkor koncepce přizpůsobení (adaptation), tedy procesu změny společností tak, aby byly s to se vyrovnat s různým klimatem. To nepříjemně zavání tragédií. Klima se totiž mění, ať chceme nebo ne. A měnit se bude, i když už nevypustíme ani jednu molekulu oxidu uhličitého. Nejlepší by zřejmě bylo vytvořit tak klimatu odolnou (v originále krásně climate-proof) civilizaci, jak to jen bude možné. Diskuse na toto téma je ovšem úplně v plenkách, svět je zatím stále bezhlavě posedlý snižováním emisí. Smutně to dokládá nedávný průzkum mezi českými studenty, kteří se ze všeho nejvíce na světě obávají globálního oteplování. http://www.osel.cz/index.php?clanek=1196

7

OBRÁZEK SPM-2. Globální průměr odhadů radiačního působení a rozsahy neurčitostí v roce 2005 pro antropogenní oxid uhličitý (CO2), metan (CH4), oxid dusný (N2O) a další důležité činitele a mechanismy, doplněný typickým geografickým rozsahem působení a odhadovaným stupněm vědeckého pochopení (LOSU, Level of scientific understanding). Zobrazena je též výsledná bilance antropogenního radiačního působení a její neurčitost. Ta vyžaduje sčítání asymetrických odhadů neurčitosti jednotlivých příspěvků, což nelze provést prostým součtem. U dalších příspěvků zde nezobrazených je předpokládaný stupeň vědeckého pochopení (LOSU) velmi malý. Sopečné aerosoly k přirozenému radiačnímu působení přispívají, v obrázku ale nejsou kvůli své epizodické povaze zahrnuty. Rozsah u kondenzačních pruhů nezahrnuje další možné vlivy letectví na oblačnost. {2.9, Obrázek 2.20}

8

• Spornými body diskuse mezi skeptiky a alarmisty (přívrženci globálního oteplování) jsou příčiny, rozsah a reálný význam klimatických změn. • během posledních čtrnácti tisíc let, při přechodu z poslední doby ledové do současné doby meziledové, jsme zažili několik změn z chladu do tepla a obráceně. • Střídalo se prudké oteplení, ochlazení, a opět prudké oteplení. Rychlost oteplování byla vždy buď stejná, nebo dokonce větší než dnes. Objem CO2 v atmosféře vždy kolísal a byli vyšší než dnes. • Studiem fosilních půd jsme se také třeba dostali k tomu, že v minulé době meziledové byla na našem území větší vlhkost a o tři stupně vyšší teplota než je dnes. • Je koncentrace CO2 příčina nebo důsledek???

http://www.tyden.cz/rubriky/veda-a-technika/veda/vedec-klaus-ma-s-globalnimoteplovanim-pravdu_46960.html „Posledních deset let je situace taková, že kdo má výzkum na snížení vstupů CO2 do ovzduší nebo výzkum na podporu skleníkové hypotézy, dostává slušné peníze. Tedy ne do své kapsy, ale pro svou vědeckou laboratoř. To se stalo třeba dvěma výtečným kanadským statistikům. Prokázali, že Američan Mann odfiltroval data tak, aby mohl prokázat, že od roku 1000 až do současnosti nerostly na naší planetě nijak teploty nevzrostly a teprve od roku 1900 prudce stoupají… hokejkový efekt. A to celé je podvod. On použil jen data, která se mu hodila. Pořád se však o hokejkovém efektu mluví a je to v podvědomí lidí. Přitom my víme, že ve středověku v rozmezí roků 900 až 1300 byly teploty vyšší, než jsou ty současné, prý extrémní. Je to zdokumentováno a nepopírají to ani někteří vědci, kteří se nakonec k závěrům IPCC připojili. V Británii se v desátém až dvanáctém století pěstovalo víno, a v kopcovinách, kde se dnes pasou jen ovce, rostlo obilí. V Porýní se dařilo fíkovníkům a u nás se pěstovaly melouny od Poděbrad ke Kolínu. Dovážely se na hrad českým králům. To jsou nezpochybnitelné historické údaje,… Proti skleníkové hypotéze o globálním oteplování ostře vystoupilo 60 amerických vědců z oborů fyziky atmosféry, meteorologie a klimatologie s prohlášením Statement of Atmospheric Scientists on Greenhouse Warming již 27. února 1992. Pak je tu Lipská deklarace proti Kjótskému protokolu z roku 1995 a její obnovení v roce 2004. Podepsalo ji přes sto význačných klimatologů, meteorologů a vědců, jejichž obory s klimatem nějak souvisí… Moje profese je pedologie, věda o půdě. Hlavně se zabývám fyzikálními procesy v půdě. Tyto procesy jsou vždy závislé na meteorologických podmínkách. Já je musím studovat dlouhodobě a proto se zabývám tím, jaké je klima. Druhá věc je, že půdy se vlivem klimatu vyvíjely. Půda mi může zrcadlit jaké bylo v minulosti klima. Studiem starých půd jsme se také třeba dostali k tomu, že v minulé době meziledové byla na našem území větší vlhkost a o tři stupně vyšší teplota než je dnes.“

9

Rekonstrukce povrchové teploty

IPCC 2001 hokejka, později poukazy na tvar kolíbka – maxima 10.-12. stol. vyšší než dnes! 1195-1465

875-1194

1620-1897

1466-1618

Letokruhy!!!

FIGURE S-1 Smoothed reconstructions of large-scale (Northern Hemisphere mean or global mean) surface temperature variations from six different research teams are shown along with the instrumental record of global mean surface temperature. Each curve portrays a somewhat different history of temperature variations and is subject to a somewhat different set of uncertainties that generally increase going backward in time (as indicated by the gray shading). This set of reconstructions conveys a qualitatively consistent picture of temperature changes over the last 1,100 years and especially over the last 400.

10

)a severní polokouli je tepleji

FIGURE 2-5 Smoothed zonal mean anomalies of surface temperature (in K) for the observations in each latitude band from 1890 to 1999. Anomalies are relative to the 1961–1990 climatology. SOURCE: Delworth and Knutson (2000). Reprinted with permission from AAAS; copyright 2000. Pokračování z předchozí strany: •Less confidence can be placed in large-scale surface temperature reconstructions for the period from A.D. 900 to 1600. Presently available proxy evidence indicates that temperatures at many, but not all, individual locations were higher during the past 25 years than during any period of comparable length since A.D. 900. The uncertainties associated with reconstructing hemispheric mean or global mean temperatures from these data increase substantially backward in time through this period and are not yet fully quantified. •Very little confidence can be assigned to statements concerning the hemispheric mean or global mean surface temperature prior to about A.D. 900 because of sparse data coverage and because the uncertainties associated with proxy data and the methods used to analyze and combine them are larger than during more recent time periods. •Multiproxy reconstruction of Northern Hemisphere surface temperature variations over the past millennium (blue), along with 50-year average (black), a measure of the statistical uncertainty associated with the reconstruction (gray), and instrumental surface temperature data for the last 150 years (red), based on the work by Mann et al. (1999). This figure has sometimes been referred to as the “hockey stick.” SOURCE:

11

Globální oteplování je termín popisující nárůst průměrné teploty zemské atmosféry a oceánů, který byl pozorován v posledních dekádách. V roce 2001 byl prezentován ve „Zprávě třetího zasedání IPCC“ (Intergovernmental Panel on Climate Change - Mezivládního výboru OS pro změnu klimatu) vědecký názor na změny klimatu. Tento dokument, který byl v roce 2005 explicitně potvrzen národními akademiemi věd zemí G8, konstatuje, že průměrná globální teplota od konce 19. století vzrostla o 0,6 ± 0,2 °C a že je pravděpodobné, že „většinu oteplování pozorovaného během posledních 50 let lze připsat lidským aktivitám“[1]. Lidstvo přispívá k oteplování zvětšováním množství oxidu uhličitého (CO2) a jiných skleníkových plynů, uvolňovaných při spalování fosilních paliv, mýcením lesů a dalšími aktivitami. Přirozený skleníkový efekt udržuje atmosféru asi o 33 °C teplejší, než by byla bez přítomnosti uvedených plynů v atmosféře. Studie[2][3] a Globální klimatický model (GCM), na které se odkazuje IPCC, předpovídají, že globální teplota v roce 2100 by mohla být o 1,4 až 5,8 °C vyšší než v roce 1990. Nejistota výsledků je z velké části dána tím, že neznáme objem budoucích emisí oxidu uhličitého. K tomu se navíc přidává nepřesnost klimatických modelů. Očekává se, že změny teplot povedou k dalším klimatickým změnám včetně zvedání hladiny moří a změn v množství a alokaci srážek. Takové změny mohou zvýšit četnost a intenzitu extrémních atmosférických jevů jako jsou povodně, sucha, vlny veder a hurikány, změny zemědělských výnosů, globální stmívání, snižování průtoku řek v létě nebo přispívat k vymírání biologických druhů. Přestože se většina studií zaměřuje na období do roku 2100, lze očekávat, že bude oteplování pokračovat i poté, protože CO2 má v atmosféře dlouhý střední životní cyklus[4]. Navíc studie klimatických vazeb ukazují, že již došlo k dalšímu oteplení o 0,5 až 1,0 °C, které však dosud není pozorovatelné. Existuje určitá skupina vědců popírajících názor, že lidská činnost hraje v současném zvyšování teplot významnou roli. Současně probíhá řada politických i veřejných debat, zabývajících se možnostmi, jak případné oteplování a jeho vlivy omezit nebo jak se vyrovnat s jeho důsledky. Zdroj: Wikipedia

12

OBRÁZEK SPM-4. Porovnání pozorovaných změn teploty povrchu v kontinentálním a globálním měřítku s výsledky modelových simulací, které berou v úvahu přirozené a antropogenní radiační vlivy. Jsou vyneseny desetileté průměry pozorování pro období let 1906 – 2005 (černá čára), pro středy dekád a ve vztahu k odpovídajícímu průměru období let 1901 – 1950. Pokud bylo prostorové pokrytí údaji menší než 50%, jsou použity přerušované čáry. Modře vyplněné oblasti znázorňují 5-95% meze pro 19 simulací z 5 klimatických modelů při použití pouze přirozeného působení daného sluneční a vulkanickou aktivitou. Červeně vyplněné oblasti znázorňují 595% meze pro 58 simulací ze 14 modelů při použití jak přirozených, tak antropogenních faktorů. {FAQ, 9.2, Obrázek 1}

13

• El Niňo a La Niňa anomálie teploty Pacifiku (cyklus 3-8 let) – globální teplotní výměník - vliv na akumulaci sněhu? (teplejší oceán – vlhčí vzduch – víc sněhu na severu) • NAO (Northern Atlantic oscilation) – cyklus 20-30 let

El )iño (Španělsky Dítě) původní název jevu, který pozorovali jihoameričtí rybáři ve vodách Tichého oceánu. Jedná se o zeslabení studeného oceánského Peruánského proudu (též Humboldtův proud) a s tím související oteplení tamních vod. Tato událost nastávala obvykle kolem Vánoc a proto byla rybáři nazvána El Niño Jesus, což česky znamená Ježíšek. Dnes se setkáváme výhradně s výrazem El Niño. E)SO (El )iño Southern Oscillation) je souborem interakcí jednotlivých částí celosvětového klimatického systému a jejich kolísání, které se projevuje souslednými událostmi v atmosférické a oceánské cirkulaci. ENSO je nejvýznamnějším známým zdrojem meziroční proměnlivosti počasí a klimatu v různých částech světa (s přibližným cyklem 3 až 8 roků), ovšem ne všechny oblasti světa jím jsou ovlivněny. Za normálního stavu nad indonéskou oblastí probíhá bouřková činnost a pasáty jsou normálně silné a odtlačují vodní masu Tichého oceánu od pobřeží Jižní Ameriky. Termoklina je jen mělce pod hladinou oceánu. Výstupné proudy přinášejí živiny z hlubin, tzv. upwelling. Při příchodu El Niña dojde k zeslabení pasátů a prohřáté vody západního Pacifiku se přesouvají v podobě nízké vlny k pobřeží Jižní Ameriky. Termoklina se dostává do hloubky. Teplá voda je zdrojem vodní vlhkosti a konvektivních oblaků u pobřeží Jižní Ameriky, zatímco v Austrálii a v západním Pacifiku panuje suché a horké počasí.

14

15

La )iña je název vytvořený vědci jako protiklad k termínu El Niño. Španělský název La Niña znamená česky holčička a je, tak jako El Niño, dílčím jevem ENSO. Tento jev je charakterizován zesílením pasátů a následným zesílením studeného Peruánského proudu, který přináší chladné vody až do rovníkových oblastí. Proto bývá někdy označována jako studená fáze ENSO. S projevy La Niñi jsou spojeny stejně závažné jevy jako s El Niñem. Severoatlantická oscilace (NAO, North Atlantic oscillation) je komplexní klimatický jev v severní části Atlantského oceánu (speciálně spojený se změnami klimatu mezi Islandem a Azorami). Je převážně charakterizována cyklickými změnami tlaku vzduchu a změnami v drahách bouří v Severním Atlantiku. Je ve vztahu k Arktické oscilaci. NAO byla objevena v roce 1920 sirem Gilbertem Walkerem. Podobně jako jev El Niño v Pacifiku je NAO jedním z nejdůležitějších řídících prvků klimatických změn v severním Atlantiku, Evropě, Středozemním moři a severních částech střední Asie. Zejména v listopadu a dubnu vysvětluje hodně ze změn atmosférických poruch v Severním Atlantiku a následkem toho změn rychlostí a směrů větru, teploty a distribuce vlhkosti (v regionu) a intensitu, počet a dráhu bouří. Rozhoduje o tom, zda zimní bouře procházejí přes severní Evropu nebo jižněji přes Středozemní moře. Některé projevy ale ještě nejsou zcela vysvětleny, například proč jsou fáze změn NAO obráceny od počátku 80. let s následnými dalekosáhlými změnami v počasí Severního Atlantiku a Evropy, což lze těžko oddělit od antropogenních efektů.

16

Co IPCC neuvádí?

Metan: Uvolněním zásob se zdvojnásobí stávající koncentrace Skleníkový účinek ca 20x větší než CO2 Ale s rostoucí koncentrací roste i jeho rozklad ve vyšších vrstvách atmosféry => neznáme budoucí chování systému Množství CH4 uvolněné ročně se severských jezer do atmosféry není známé.

Walter, Smith and Chapin III, doi: 10.1098/rsta.2007.2036 Figure 4 Pan-arctic distribution of lakes using GLWD data northward of 45° N overlaying permafrost zones (continuous, discontinuous, sporadic and isolated) depicted by colour. Lakes are particularly abundant in North Siberia and on the Canadian Shield. Figure 3 Point-source ebullition measured from 16 lakes in Alaska and Siberia representing several common northern lake types: glacial, alluvial-floodplain, peatland and thermokarst lakes. Error bars represent standard deviation of ebullition based on 2–3 transects of point-source surveys per lake. Data sources were previously described by Walter et al. (2006) and Walter et al. (submitted), except data for two peatland lakes, noted by asterisks, in Alaska which are presented here for the first time.

17

Globálním oteplením do nového glaciálu? Čas geologický vs. čas historický • Změny v geometrii oběhu Země kolem Slunce (sklon ekliptiky 22-24,5°) – cyklus 41 tis. let • Změny data perihélia (Země nejblíž Slunci) – cyklus ca 20 tis. let • Oběh excentrický (kružnice - elipsa) – 95 tis. let • => Milankovičův mechanismus (1941) změn paleoklimatu • Změny ozáření vedou k akumulaci ledu na severu - albedo • Solární oteplování – sluneční aktivita nejvyšší za 8 tis. let

Kukla G.J., 2003, Prohnaný trik matky přírody: globálním oteplením do nového glaciálu. Ochrana Přírody 58: 259-26. V krátkodobém i dlouhodobém měřítku množství sluneční energie, které dopadá na zemský povrch, kolísá. Různé zeměpisné šířky, a tedy proměnlivé části moře a pevniny získávají různá množství tepla, což se projevuje změnami atmosférického a oceánického proudění. V ročním měřítku mluvíme o střídání ročních dob, ale v dlouhodobém cyklu je obraz podstatně složitější: 1. Sklon zemské osy se mění v periodě 40 tisíc let v rozmezí až 21,8 – 24,4° a snižuje se o polovinu úhlové vteřiny (0,00013°) za rok. Maxima dosáhl před 10 tisíci lety. Má vliv na pozici polárních kruhů a tropických obratníků. Cyklus 40 tisíc let je charakteristický pro teplé a chladné oscilace svrchního pliocénu a starého pleistocénu před 2,5 – 1 milionem let. 2. Země obíhá kolem Slunce po eliptické dráze, jejíž excentricita se mění od nuly (kruhová dráha) do 0,06 v cyklu necelých 100 tisíc let. V průběhu posledních 100 tisíc let dosahovala excentricita hodnotu 0,02 nebo méně. Současná hodnota je 0,0167 a maximum 0,019 dosazené před 10 tisíci lety bylo velmi nízké. Podstatná maxima se odehrávala před 110, 200, 300, 600, 700 a 960 tisíci lety. Menší maxima před 400, 500, 800 a 880 tisíci lety. Stotisícový klimatický cyklus ovládá klima posledního milionu let a přehlušuje důležitější čtyřicetitisícový cyklus, pravděpodobně proto, že ledovce narostly do takových rozměrů, že teplotní setrvačnost systému potlačila kratší cyklus. Při vysoké excentricitě je sezónní rozdíl v množství sluneční energie mezi perihelionem a aphelionem až 30 %, v současné době dosahuje asi 7 %, při kruhové dráze je nulový.

18

Modrá – perihélium (Země nejblíž Slunci) je 4. ledna, nejdál začátkem července

Pokračování z předchozí strany 3. Třetí cyklická variace – precese – se odehrává v cyklech přibližně 19 a 21 tisíc let. Důležité je, že každá světová šířka reaguje poněkud odlišně na každý ze tří základních Milankovičových parametrů. Např. hladiny jezer na Sahaře nejvíc reagují na precesní cyklus přibližně 21 tisíc let, zatímco severský ledovec je řízen nejdelším cyklem. Výsledkem je mnohoúrovňové předivo skládajících se či vylučujících se reakcí zemského systému. Pokud do klimatického systému navíc zavedeme pozorovaný megacyklus 250 tisíc let a kratší cykly o délce trvání 12, 7, 3 a 1 tisíc let, získáváme soustavu, která je bez hierarchické analýzy naprosto nepřehledná. Kromě toho totiž ještě existují cykly o délce trvání 7, 20, 100, 400 let i cykly trvající až 200 milionů let. V takovém případě se nemůžeme divit, že někteří klimatologové považují slovo cyklus za neslušné a na objevitele nových cyklů se dívají jako na nepřítele! Milankovičovy orbitální parametry se dají vystopovat až do paleozoika a jejich postavení je zřejmě ústřední. Solární oteplování Současná úroveň magnetické sluneční aktivity je nejvyšší za posledních 8,2 tisíce let! Již osm tisíc let nebylo Slunce tak aktivní jako v posledních 70 letech. V holocenním fosilním záznamu dále nalézáme 31 období, kdy desetiletý průměr počtu slunečních skvrn (a tedy epizod rychlého oteplení) překročil 50. Dnes jich je přes 70. Další důležitý údaj se týká toho, jak dlouho epizody zvýšené sluneční aktivity trvají. Průměrná délka je pouhých 30 let a nejdelší perioda dosáhla 90 let. Vyplývá z toho, že současné období zvýšené sluneční aktivity je nejen neobvykle intenzivní, ale také nezvykle dlouhé. Podle všeho by mělo skončit během několika let, ale nejpozději během prvních několika budoucích desetiletí. Celkový solární příspěvek k současnému oteplování může být zhruba 30 %.

19

20

Všechno už zde bylo - třetihory

Někteří geologové zastávají názor, že Země zažila globální oteplování na začátku jurského období, kdy vzrostly teploty o 5 °C. Výzkumy en:Open University publikované v Geologii (32: 157–160, 2004 [27]) naznačují, že to vedlo ke zrychlení zvětrávání hornin o 400 %. Zvětralé horniny vážou uhlík do kalcitů (vápenců) a dolomitů, což jsou minerály s proměnným obsahem chemicky vázaného oxidu uhličitého. V důsledku toho následně během asi 150 000 let obsah oxidu uhličitého v atmosféře opět klesl na normál. Náhlé uvolnění methanu z klatrátových sloučenin je považováno za hypotetickou příčinu minulého globálního oteplování. Dvě s tím spojené události jsou vymírání druhů na rozhraní permu a triasu a tepelné maximum, pozorované na přelomu paleocénu a eocénu. This figure shows climate change over the last 65 million years. The data is based on a compilation of oxygen isotope measurements (δ18O) on benthic foraminifera by Zachos et al. (2001) which reflect a combination of local temperature changes in their environment and changes in the isotopic composition of sea water associated with the growth and retreat of continental ice sheets. Because it is related to both factors, it is not possible to uniquely tie these measurements to temperature without additional constraints. For the most recent data, an approximate relationship to temperature can be made by observing that the oxygen isotope measurements of Lisiecki and Raymo (2005) are tightly correlated to temperature changes at Vostok as established by Petit et al. (1999). Present day is indicated as 0. For the oldest part of the record, when temperatures were much warmer than today, it is possible to estimate temperature changes in the polar oceans (where these measurements were made) based on the observation that no significant ice sheets existed and hence all fluctuation in (δ18O) must result from local temperature changes (as reported by Zachos et al.).

21

Pleistocenní kolísání (Antarktida)

Paleoklimatolog William Ruddiman uvádí (např. Scientific American, March 2005), že vliv lidstva na globální klima započal přibližně před 8 000 roky s rozvojem zemědělství. To zabránilo rychlému poklesu koncentrace oxidu uhličitého (a později i methanu), který by jinak přirozeně nastal. Ruddiman uvádí, že bez tohoto efektu by nyní na Zemi nastupovala nebo již dokonce nastoupila další doba ledová. Avšak jiné práce v této oblasti (Nature 2004) namítají, že současný interglaciál je nejvice podobný interglaciálu před 400 000 roky, který trval přibližně 28 000 let. Pokud tomu tak skutečně je, není třeba předpokládat, že rozvoj zemědělství způsobil odklad nástupu další doby ledové. This figure shows the Antarctic temperature changes during the last several glacial/interglacial cycles of the present ice age and a comparison to changes in global ice volume. The present day is on the left. The first two curves shows local changes in temperature at two sites in Antarctica as derived from deuterium isotopic measurements (δD) on ice cores (EPICA Community Members 2004, Petit et al. 1999). The final plot shows a reconstruction of global ice volume based on δ18O measurements on benthic foraminifera from a composite of globally distributed sediment cores and is scaled to match the scale of fluctuations in Antarctic temperature (Lisiecki and Raymo 2005). Note that changes in global ice volume and changes in Antarctic temperature are highly correlated, so one is a good estimate of the other, but differences in the sediment record do no necessarily reflect differences in paleotemperature. Horizontal lines indicate modern temperatures and ice volume. Differences in the alignment of various features reflect dating uncertainty and do not indicate different timing at different sites. The Antarctic temperature records indicate that the present interglacial is relatively cool compared to previous interglacials, at least at these sites. The Liesecki & Raymo (2005) sediment reconstruction does not indicate significant differences between modern ice volume and previous interglacials, though some

22

Holocenní kolísání

Holocénem nazýváme nejmladší geologické období, které začalo koncem poslední doby ledové před 12 000–10 500 lety (tedy v letech 10 000–8500 př. n. l. Konec doby ledové byl způsoben rozsáhlou klimatickou změnou – oteplením, které umožnilo přechod lidstva od sběračství a lovectví k pastevectví a zemědělství a tím vytvořilo podmínky pro vznik prvních civilizací. Na počátku holocénu vyhynuly mnohé druhy velkých savců (například šavlozubí tygři a mamuti). S vědomím skutečnosti, že doby ledové se opakují (trvají cca 100 000 let) a jsou střídany kratšími dobami meziledovými, je holocén nejnovější dobou meziledovou. Obavy z globálního oteplení jsou obavami ze spuštění mechanismu klimatických změn, který by vyústil do nové dlouhé doby ledové. The main figure shows eight records of local temperature variability on multicentennial scales throughout the course of the Holocene, and an average of these (thick dark line). The records are plotted with respect to the mid 20th century average temperature, and the global average temperature in 2004 is indicated. An inset plot compares the most recent two millennia of the average to other recent reconstructions. At the far right of this plot it is possible to observe the emergence of climate from the last glacial period of the current ice age. During, the Holocene itself, there is general scientific agreement that temperatures on the average have been quite stable compared to fluctuations during the preceding glacial period. The above average curve supports this belief. However, there is a slightly warmer period in the middle which might be identified with the proposed Holocene climatic optimum. The magnitude and nature of this warm event is disputed, and it may have been largely limited to high northern latitudes. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Holocene_Temperature_Variations.png

23

Model: kdyby roztály ledovce

Tání ledovců a zvyšování hladiny moří má velký vliv na rozložení tlaků na zemské desky a to je příčinou častějších zemětřesení a snad i zintenzivnění vulkanické činnosti. To je teze, ke které nachází cestu čím dál více vědců. Úbytek tíhové síly na oblasti s tajícími ledovci, stejně jako zvednutá hladina světových moří vyvolá podstatné změny v rozložení tlaků na litosférické desky a jejich vzájemné pnutí. Oba tyto jevy mohou zvyšovat intenzitu a četnost zemětřesení a vulkanické činnosti. Zemětřesení a tání sněhu bylo dáno do souvislosti jen v několika málo vědeckých studiích: v Cambridgi studie na toto téma vycházela ze statistik pro celou severní polokouli. Z několika tisíců zaznamenaných erupcí a jejich souvislostí s tajícím sněhem byl vyvozen závěr, že tyto dva jevy spolu souvisejí - počet zemětřesení v obdobích tání je až třikrát větší. V zimě napadaná sněhová pokrývka souše je jen pár centimetrů (maximálně decimetrů) silná a zatlačuje zemské desky do hloubky maximálně několika milimetrů. Naproti tomu antarktický ledovec dosahuje tloušťky 4,5 km a zatlačuje zemskou kůru do podloží až od 900 m. Jeho náhlé roztání (pokud by k němu došlo) by četnost a do jisté míry i intenzitu zemětřesení a vulkanické činnosti ovlivnil do míry dvou až tří řádů v porovnáním s důsledky tání sněhu. Zdroj: Wikipedia

24

Severní Evropa v Eemském interglaciálu

Severní Evropa v eemském interglaciálu (poslední době meziledové v těchto končinách). Moře zasahovalo hlouběji do pevniny, zejména na severu (boreální transgrese), a podmiňovalo tak silnější oceánský ráz podnebí střední a východní Evropy ve srovnání s dneškem. (Podle I. Gerasimova) Zdroj: Vesmír 2001

25

Dopady změn klimatu

Nemešová I., Dopady změn klimatu http://www.zmenaklimatu.cz/dokumenty/prezentace/index.php

26

Ekologické mechanismy • Průměrné roční teploty nevypovídají o změnách rozšíření rostlin (živočichů) • V různých částech areálu mohou druhy migrovat opačnými směry • Sezonní výkyvy (extrémy) mohou být migrační bariéry bez ohledu na celkový trend • Změny rozšíření mohou mít jak přímý, tak nepřímý vliv přes rozšíření kompetitorů či predátorů • Teplá zima může znamenat ztrátu mrazových adaptací (např. cukrů) a nižší odolnost rostlin na pozdní mrazíky

Crawford R.M.M., 2008, Plants at the margin. Cambridge Univ. Press, 478 p. http://www.cambridge.org/catalogue/catalogue.asp?isbn=9780521623094

27

Sezonní výkyvy

FIGURE 2-2 Annual mean and summer (June–August) mean temperature anomalies in degrees Celsius for Northern Hemisphere extratropical land areas from the HadCRUT2v surface temperature dataset. SOURCE: Jones et al. (2001).

28

Změny desetiletých průměrů teplot za teplý a chladný půlrok v ČR ve 20. století (PrahaKlementinum)

Období 1981 – 2000 bylo podle všech obvyklých teplotních charakteristik teplejší než období 1961 – 1980 a poslední desetiletí (1991 – 2000) bylo v uplynulých 40 letech jednoznačně nejteplejším. Současný obvyklý roční chod srážek je jednoduchý s maximem v letních měsících (červen až srpen); v řadě případů se vyskytuje vedlejší maximum rovněž v listopadu. Minimální úhrny srážek zůstávají v periodě 1961 – 2000 v období ledna a února s vedlejším minimem v říjnu. K pozitivním dopadů změny klimatu patří prodloužení bezmrazového období o 20 – 30 dnů a posunutí počátku vegetačního období v nejteplejších oblastech na začátek března a konce až do závěru října. Vyšší teploty vzduchu prodlouží vegetační období, ovlivní růst a vývoj plodin tak, že umožní dřívější vzcházení a nástupy dalších fenofází, takže oproti současnému stavu by období zrání či sklizně mohlo být uspíšeno nejméně o 10 – 14 dnů. Dalším z příznivých dopadů změny klimatu je zvýšení rychlosti fotosyntézy s nárůstem koncentrací oxidu uhličitého a zvýšení využitelnosti vody v půdě. Vyšší tvorba biomasy však bude znamenat její zvýšenou potřebu, která může i přes zmíněnou lepší využitelnost vést v určitých oblastech k vyčerpání vodních zásob ještě před koncem vegetačního období. Očekávaný teplotní vzestup by měl vytvořit dostatečné teplotní zajištění pro pěstování teplomilných kultur (např. polorané odrůdy kukuřice na zrno, rané odrůdy vinné révy). Existuje však i vážné nebezpečí teplotního stresu spojené s častějším výskytem extrémně vysokých teplot. Při předpokládaném nárůstu výparu a bez výraznějšího zvýšení atmosférických srážek budou ve větší míře ohroženy suchem podstatné části střední a jižní Moravy, střední a severozápadní Čechy, dolní a střední Polabí a Povltaví, což by se mohlo negativně promítnout na výši výnosů v našich nejproduktivnějších zemědělských oblastech. V nejteplejších podmínkách a na extrémně lehkých půdách lze předpokládat vznik lokalit nevhodných pro ekonomickou produkci. Výše položené oblasti, kde je

29

Červencové teploty v Evropě

Pokračování: S výjimkou vztahu k možným škodlivým biotickým činitelům lze předpokládat převážně pozitivní dopad zvýšené koncentrace oxidu uhličitého na růstové nároky i růstovou aktivitu porostů lesních dřevin. Zvýšením průměrné teploty však dojde ke zvýšení evapotranspirace, což zejména na stanovištích s nižšími srážkami způsobí zhoršení vodní bilance. Lze předpokládat, že změněné stanovištní podmínky a výskyt extrémních jevů počasí budou působit jako predispoziční stresor. Bude zkracováno obmýtí, a to jednak z důvodu dřívější zralosti (ekonomická výhoda) a jednak v důsledku zhoršujícího se zdravotního stavu porostů (ekonomická ztráta). Významný bude dopad na sekundární smrkové porosty v nižších a středních polohách. Rozpadem je v důsledku změny klimatu ohroženo přibližně 29 % existujících smrkových porostů, jako rizikové je možné označit pěstování u dalších 53 % smrkových porostů, celkově se jedná o 45 % rozlohy lesů ČR. Tyto porosty budou náchylnější k destrukci kořenového systému václavkou a červenou hnilobou kořenovníku vrstevnatého a k narušení fyziologických procesů dřevin vaskulárními mykózami. Zhoršený zdravotní stav, spolu s příznivými podmínkami pro rozvoj hmyzu, zvýší riziko gradace výskytu podkorního i listožravého hmyzu, především lýkožrouta smrkového. Projeví se různé projevy chřadnutí, u nichž nebude možno jednoznačně určit mortalitní faktor. Limitujícím faktorem zdravotního stavu budou především extrémy počasí, mj. i nadměrné „přehřátí“ pletiv v kombinaci s letním přísuškem. http://www.chmi.cz/cc/inf/

30

Fenologie

Data are for long observational series (20 years or more) during the 1959-93 period. Orange dots, significant at the 1% level; blue dots, significant at the 5% level; and yellow dots, not significant at the 5% level; F -test. a, Spring phases (including leaf unfolding, May shoot, flowering); b, autumn phases (including leaf colouring, leaf fall). Nature 397, 659 (25 February 1999) | doi:10.1038/17709 Growing season extended in Europe Annette Menzel1 & Peter Fabian1 Changes in phenology (seasonal plant and animal activity driven by environmental factors) from year to year may be a sensitive and easily observable indicator of changes in the biosphere. We have analysed data from more than 30 years of observation in Europe, and found that spring events, such as leaf unfolding, have advanced by 6 days, whereas autumn events, such as leaf colouring, have been delayed by 4.8 days. This means that the average annual growing season has lengthened by 10.8 days since the early 1960s. These shifts can be attributed to changes in air temperature.

31

Model změny rozšíření lípy srdčité a) 0,0 b) +1,+3 c) +2,+2 d) +3,+1 Jan,July

Model změny areálu lípy srdčité při změně průměrné teploty v zimě a v létě (Jefree in Crawford 2008).

32

(a) zima +4, léto -4 C (oceaničtější klima), (b) zima –4, léto +4 C (kontinentálnější klima). Crawford et Jeffree 2007.

Změny letních a zimních teplot při stejném teplotním průměru (a) zima +4, léto 4 C (oceaničtější klima), (b) zima –4, léto +4 C (kontinentálnější klima). Crawford et Jeffree 2007.

33

34

Extrémy – pohroma pro vzácné druhy • Povodně (1997, 2002) • Letní vedra (1998, 2003) • Dlouhotrvající sucha (2003), požáry • Dlouhé studené zimy (2005-6) • Krátké teplé zimy (2006-7, 2007-8) • Lokálně přívalové srážky, tornáda => Katastrofický vliv na vzácné druhy, které mají málo lokalit nebo oslabené populace

Příklad: Moehringia muscosa, druh rostoucí v Alpách a Karpatech, měl jedinečnou lokalitu v Čechách v údolí Klíčavy (Křivoklátsko). Zanikla po extrémní lokální bouřce ca 5-6. 8. 1905 – půdotok nebo snad lokální záplava (Hendrych, Zprávy Čes. Bot. Společ., 38:197-204, 2003). Od září 2006 do srpna 2007 byly totiž u nás průměrné měsíční teploty ve všech měsících dlouhodobě 1,3 až 3,9°C nad dlouhodobým normálem (s výjimkou ledna 2007, ten byl až 6°C nad normálem). Srážky byly na podzim 2006 podnormální (48-58% pod normálem), v zimě 2006/2007 nadnormální (v jednotlivých měsících cca 15-80% nad normálem), na jaře a v létě 2007 kolem normálu (+/-10% od normálu, s výjimkou dubna 2007, ten byl až 89% pod normálem). ukázalo se, že i když od května do srpna 2007 byly srážky v podstatě normální, vyšší teploty (právě vlivem vyššího výparu z půdy) vedly k vývoji poměrně výrazného zemědělského sucha.

35

Scénáře

Vědci se snaží předvídat změny klimatu na základě matematických modelů. Jednotlivé modely vědecká komunita přijímá pouze tehdy, pokud se prokáže, že dobře popisují známé změny počasí, jako jsou např. rozdíly mezi létem a zimou, Severoatlantickou oscilaci nebo jev El Niño. Všechny modely klimatu, které prošly těmito testy, předvídají, že výsledným důsledkem zvýšení množství skleníkových plynů bude v budoucnosti teplejší klima. Velikost předpovídaného oteplení se však liší podle zvoleného modelu. Jak již bylo zmíněno, klimatické modely používané IPCC předvídají mezi lety 1990 až 2100 oteplení v rozmezí od 1,4 do 2,8 °C [20]. Tyto modely byly také použity k porovnání vlivu jednotlivých přírodních nebo antropogenních faktorů na změny klimatu. Současné klimatické modely poskytují dobrou shodu s pozorováním globálního vývoje změn teploty během posledního století. Tyto modely nepřisuzují jednoznačně oteplení, ke kterému došlo zhruba od roku 1910 do roku 1945, přirozenému kolísání nebo lidské činnosti. Ale vyplývá z nich, že od roku 1975 je oteplování způsobováno převážně lidskými emisemi skleníkových plynů. Zahrneme-li do matematického modelu schopnosti životního prostředí zpětně pohlcovat oxid uhličitý, vyplývá z něj, že při dalším zvyšování emisí z fosilních paliv se přesto sníží jejich absorpce z atmosféry, což by zvýšilo oteplování klimatu nad předchozí odhady. Přesto „globálně vychází zvýšení teplot na konci 21. století v tomto modelu relativně nízké vzhledem ke svému nízkému vlivu na krátkodobou reakci klimatu a k vzájemnému vyrušení velkých regionálních změn v odezvách hydrologického systému a ekosystému“ [21]. Jiným zvažovaným mechanismem ,který by mohl vést ke zvýšenému oteplování, je tání permafrostu a ledu ve stále zmrzlých spodních vrstvách půdytundry, v němž se váže ve formě klatrátu velké množství významného skleníkového plynu - methanu, který by se tak uvolnil do ovzduší. [22]. V existujících modelech je, navzdory jasnému pokroku, stále dominujícím zdrojem nejistoty popis vlivu mraků a oblačnosti. [23]. Také probíhá diskuse o tom, zda klimatické modely zanedbávají důležitý nepřímý a zpětnovazební vliv variability sluneční činnosti. Dále jsou všechny takové modely omezeny dostupným výpočetním výkonem dnešních superpočítačů, takže mohou přehlédnout změny spojené s procesy probíhajícími v malém měřítku (např. systémy bouří a hurikány). Navzdory těmto a jiným omezením IPCC považuje klimatické modely „za vhodné nástroje pro užitečné projekce budoucího klimatu“. [24]. V září 2005 Bellouin a spol. v časopise Nature publikoval hypotézu, že odrazivost způsobená atmosférickým znečištěním (aerosoly) byla proti předchozím předpokladům asi dvojnásobná a že

36

IPCC 2007

OBRÁZEK SPM-5. Plné čáry představují globální průměry oteplení povrchu podle více modelů (ve srovnání s obdobím 1980 - 1999) pro scénáře A2, A1B a B1 znázorněné jako pokračování simulací 20. století. Stínování vyjadřuje rozsah směrodatné odchylky plus/mínus jedna u jednotlivých modelových ročních průměrů. Oranžová čára znázorňuje experiment, kdy byly koncentrace konstantní na úrovni hodnot roku 2000. Šedé sloupce na pravé straně znázorňují nejlepší odhad (plná čára v každém sloupečku) a pravděpodobný rozsah odhadovaný pro šest scénářů SRES. Vyhodnocení nejlepšího odhadu a pravděpodobného rozsahu v šedých sloupcích zohledňuje modely AOGCM na levé straně obrázku i výsledky hierarchie nezávislých modelů a omezení vyplývající z pozorování. (Obrázky 10.4 a 10.29)

37

„Climate engineering“ • Rozprašování aerosolu síranu, zrcadla* • Pěstování plstnatých plodin – nárůst albeda o 1% představuje pokles teploty o 0,25 °C** • Zalesňování (1 ha v tropech váže 120 t C, v temperátní oblasti jen 63 t)# • Omezení růstu obyvatel (!?!)$

*Ammann, C. M., Washington, W. M., Meehl, G. A., Buja, L. & Teng, H. Climate engineering through artificial enhancement of natural forcings: Magnitudes and implied consequences. J. Geophys. Res. 115, D22109 (2010). **Doughty, C. E. et al. Can crop albedo be increased through the modification of leaf trichomes, and could this cool regional climate? Climatic Change doi:10.1007/s10584-010-9936-0 (2010). #West, P. C. et al. Trading carbon for food: Global comparison of carbon stocks vs. crop yields on agricultural land Proc. Natl Acad. Sci. USA doi:10.1073/pnas.1011078107 (2010). $O'Neill, B., et al. Global demographic trends and future carbon emissions. Proc. Natl Acad. Sci. 107, 17521–17526 (2010).

38

Mitigační versus adaptační opatření v regionu střední Evropy Využití nebo modifikace mitigačních (snižování dopadů) opatření vytvořených primárně za jiným účelem než adaptace (přizpůsobení se) na změnu klimatu •změnu pěstovaných druhů zemědělských plodin a hospodářských zvířat (introdukce, šlechtění, využití genetických rezerv)-výhledově, dnes spíše podpora výzkumu a ochrana genetických zdrojů • zvyšování rezistence plodin ke stresovým faktorům (škůdci, sucho) • vývoj a schvalování nových metod a přípravků na ochranu rostlin pro zajištění ekologické ochrany před zvýšeným infekčním tlakem chorob a působením škůdců • zvýšení stability půd z hlediska jejich erozního ohrožení-KPÚ • zlepšení a rozšíření závlah pro rostlinnou produkci –limitováno kapacitou zdrojů závlahové vody • změna využití půdy – velmi závisí na zemědělské politice EU

Jungr J., Adaptace na změny klimatu vplánech MZe http://www.chmi.cz/nkp/nkp.html

39

Východiska: myslet globálně, jednat lokálně • • • • • • • •

Plýtvání energiemi, zejména sluneční energií Nutnost změny energetické koncepce Podpora úspor energií na všech úrovních Holistický přístup k využití sluneční energie Sociální a socio-ekonomický kontext Změny využití půdy Voda a mokřady Otevřená podpora regionů

40

Doplňující česká literatura • • • • •

Barros V., Globální změny klimatu. Praha 2006 Cílek V., Tsunami je stále s námi. Praha 2005. Cílek V., Kašík M., Nejistý plamen. Praha 2007. Houghton J., Globální oteplování. Praha 1995. Kutílek M., Racionálně o globálním oteplování. Dokořán, Praha 2008. • Svoboda J., Vašků Z., Cílek V., Velká kniha o klimatu zemí koruny České. Praha 2003. • Vesmír 1994-2008, téma klimatologie.

41