Klimatförändringar - hur fort kan de gå?

Transkript

1 Klimatförändringar - hur fort kan de gå? Perspektiv på tidsaxeln, människans påverkan och det naturliga klimatsystemet Johan Kleman Bert Bolin Centre for Climate Research Institutionen för naturgeografi och kvartärgeologi Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

2 Atmosphere Hydrosphere Measurement data Geological data Satellite data Historical data Experiments Modelling Cryosphere Past Present Future Evolution Variability Sensitivity Biosphere Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi Anthroposphere Johan Kleman, SUCLIM

3 Vad är problemet? Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

4 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

5 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

6 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

7 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

8 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

9 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

10 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

11 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

12 Klimatsystemet - grundläggande funktioner Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

13 Global strålningsbalans & klimatstyrande processer Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

14 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

15 Rumslig omfördelning av energi Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

16 Förändringar av land- och havsytan Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

17 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

18 Mode flips Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

19 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

20 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

21 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

22 Frekvens av extremhändelser Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

23 Evolution Variability Sensitivity Scenarios Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

24 Tidsdomäner för det naturliga klimatsystemet Varaktighet av extrema vädersituationer Partiklars uppehållstid i atmosfären Vattnets uppehållstid i atmosfären dygn-vecka vecka vecka Återhämtning efter större vulkanutbrott ~ 5 år Omläggning av havsströmmar ~ 5 år Koldioxidens uppehållstid i atmosfären ~ 100 år Uppvärmning/avkylning av världshavet Halvvägs till istida klimat Bortsmältande av - småglaciärer hundratals år < 100 år 100 år - inlandsisar år Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

25 Mänskliga tidsperspektiv: En människans liv ~ 75 år En människas politiska liv ~ 50 år En generation ~ 25 år Politiska och ekonomiska tidsperspektiv: Mandatperiod ~ 3-5 år Ledande individers påverkan på ett skeende < 10 år Ansvarstagande? 0-20 år? Tung infrastruktur ~ år Tid för storskaliga omställningar ~ 20 år? Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

26 Tid sedan revolutionerande händelser: Grundläggande kunskap om planetens geografi ~ 200 år Grundläggande kunskap om klimatsystemets funktion ~ 30 år Järnvägarna ~ 150 år Flyg som masstransportmedel ~ 40 år Bilen i allmänt bruk år Telefon Radio/TV Internet år år 15 år Antibiotika 60 år Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

27 Tidsavstånd till: Vikingatiden Gustav Vasas Sverige Napoleonkrigen Global handel med segelfartyg 1000 år 450 år 200 år 150 år Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

28 Ice sheets and sea-level in a warming climate mechanisms, impacts and time perspectives. Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

29 Världskarta med känsliga områden Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

30 Long-term, sea level is primarily controlled by global ice volume Without Greenland and Antarctica Today Today Additional factors: Thermal expansion of sea-water, very significant Groundwater storage, insignificant Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

31 Last major warming: LGM to the Holocene 110 m sea-level rise years ~ 6 C change in temperature Rate: ~ 10 mm/year mean up to 40 mm/year in pulses Sensitivity of ocean ice sheet system: ~ m sea-level change per degree change in temperature Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

32 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

33 IPCC, sea-level change in the last 130 years: Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

34 IPCC, sea-level change in the last 130 years: Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

35 IPCC on the contribution by thermal expansion: 0.42 mm/år for mm/år for IPCC on globally averaged sea-level rise: 1.8 mm/år for mm/yr for Current reassessments point to mm/yr as the present rate Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

36 IPCC prognosis for sea-level change until 2100: The interval for six scenarios is m With uncertainty intervals the range is m IPCC identifies Greenland as the most vulnerable ice sheet in a long time perspective (millenia) Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

37 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

38 Changes in ice sheet and glacier ice volume can be subdivided into two types: Other glaciers Greenland -Through melting, i.e. direct climate control. This effect is predictable and can be calculated with reasonable accuracy Extensively treated by IPCC. -Through partial collapses of ice sheets. Extreme events related to subglacial thermal and hydrological dynamics. Rudimentary treatment by IPCC. Antarctica Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi Johan Kleman, Sthlms Univ

39 Three ice reservoars three different systems Volume melting/calving response time collapse risk Other gl % / 0% short none Other glaciers Greenland 7 50% / 50% intermediate very low Antarctica 55 < 1% / >99% long some Greenland Antarctica Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

40 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

41 Extreme ice sheet events Collapse of floating ice shelves. No direct sea-level effect because ice is already floating, but may cause downdraw of inland ice. Partial collapses through switching on and acceleration of ice streams. Johan Kleman, Sthlms Univ Rapid retreat of grounding line on a reverse-slope bed. Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

42 Upper and lower boundary conditions Direkt response to climate through changed mass balance at upper surface Complex thermal and hydraulical processes and feedbacks govern conditions at the basal interface. Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

43 RAMP data Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

44 J. Bamber Jonathan Bamber, Science Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi Kleman & Glasser 2007

45 Partial ice sheet collapses - are well documented from paleo-ice sheets - are caused by thermal or hydraulic changes at the ice sheet bed - are not directly triggered by climate, but warming may increase the risk We cannot today strictly calculate the risk or magnitude of such events An informed guess suggests a maximum magnitude of 0.5 m sea-level change per 500 years and event. Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

46 Greenland is through its topographic location a relatively stable ice sheet. However, in a warming world it will shrink substantially, at a pace that cannot yet be well predicted. Many centuries will be required for a Greenland mass loss exceeding 1 m of sea-level. The risk of partial ice sheet collapses is low. Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

47 East Antarctica is almost immune to realistic amounts of warming. However, the risk of partial ice sheet collapses, possibly also unrelated to climate, cannot be ignored. West Antarctica will shrink slowly as a result of sustained warming. Melting will be modest for realistic levels of warming, but bed topography is favourable for partial collapse events which may result in significant mass loss on the time scale of several centuries. W E Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

48 J. Bamber Jonathan Bamber, Science Förnamn Efternamn, Titel Institutionsnamn 48

49 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

50 ??? Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

51 Suggestions in a 100-year perspective: Unlikely that sea-level rise will be slower than current rate of ~ 3 mm/yr It appears likely that increased melting of smaller glaciers and Greenland, together with increased thermal expansion of seawater, may double this value towards the end of the period A glaciologically plausible type of partial collapse of WAIS may contribute another 1-2 mm/yr to these values. The same applies to a partial collapse in Wilkes Basin. Including the two assumed slow-motion partial collapses the accumulated sea-level change to 2109 would as a maximum be 1 m. Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

52 Johan Kleman, Sthlms Univ Johan Kleman, Sthlms Univ Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

53 Stockholm University Bert Bolin Centre for Climate Research BBCC Climate evolution, variability and sensitivity Department of Physical Geography and Quaternary Geology Department of Meteorology Department of Geology and Geochemistry Department of Applied Environmental Science Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

54 The mission: Fundamental research about the Earths climate system and the human impact on the system Ambition: - Cutting-edge research in several subfields of climate science - The creation of a strong and sustainable research environment Research environment: - Physically concentrated with four departments within 100 m - An active staff of around 35 teachers/researchers and >25 PhD students and post-docs - Funded by FORMAS and VR, 10 yr x 1.1 mill Euros - Research school, Euros/year - All involved research groups have strong international links Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

55 Atmosphere Hydrosphere Measurement data Geological data Satellite data Historical data Experiments Modelling Cryosphere Past Present Future Evolution Variability Sensitivity Biosphere Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi Anthroposphere Johan Kleman, SUCLIM

56 Our aim is closer ties and direct collaboration between three previously rather separate research communities. Numerical modelling Paleo-research (past climates) Process research (atmosphere, land, oceans) Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

57 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

58 The functional research chain in Climate Research Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi

59 Tack! Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi