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 2009-09-14 1
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 2009-09-14 2 Anthroposphere 2008-04-16 Johan Kleman, SUCLIM
Vad är problemet? Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 3
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 4
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 5
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 6
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 7
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 8
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 9
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 10
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 11
Klimatsystemet - grundläggande funktioner Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 12
Global strålningsbalans & klimatstyrande processer Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 13
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 14
Rumslig omfördelning av energi Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 15
Förändringar av land- och havsytan Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 16
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 17
Mode flips Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 18
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 19
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 20
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 21
Frekvens av extremhändelser Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 22
Evolution Variability Sensitivity Scenarios Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 23
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 1000 10000 år Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 24
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 ~ 30-50 år Tid för storskaliga omställningar ~ 20 år? Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 25
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 80 50 0 år Telefon Radio/TV Internet 100 0 år 80 45 år 15 år Antibiotika 60 år Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 26
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 2009-09-14 27
Ice sheets and sea-level in a warming climate mechanisms, impacts and time perspectives. Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 28
Världskarta med känsliga områden Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 29
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 2009-09-14 30
Last major warming: LGM to the Holocene 110 m sea-level rise 12.000 years ~ 6 C change in temperature Rate: ~ 10 mm/year mean up to 40 mm/year in pulses Sensitivity of ocean ice sheet system: ~ 15-20 m sea-level change per degree change in temperature Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 31
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 32
IPCC, sea-level change in the last 130 years: Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 33
IPCC, sea-level change in the last 130 years: Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 34
IPCC on the contribution by thermal expansion: 0.42 mm/år for 1961-2003 1.6 mm/år for 1993-2003 IPCC on globally averaged sea-level rise: 1.8 mm/år for 1961 2003 3.1 mm/yr for 1993 2003 Current reassessments point to 2.5 3.4 mm/yr as the present rate Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 35
IPCC prognosis for sea-level change until 2100: The interval for six scenarios is 0.28 0.43 m With uncertainty intervals the range is 0.19-0.58 m IPCC identifies Greenland as the most vulnerable ice sheet in a long time perspective (millenia) Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 36
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 37
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 2009-09-14 38 Johan Kleman, Sthlms Univ 2007-03-06
Three ice reservoars three different systems Volume melting/calving response time collapse risk Other gl. 0.5 100% / 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 2009-09-14 39
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 40
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 2007-03-06 Rapid retreat of grounding line on a reverse-slope bed. Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 41
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 2009-09-14 42
RAMP data Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 43
J. Bamber Jonathan Bamber, Science Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 44 Kleman & Glasser 2007
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 2009-09-14 45
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 2009-09-14 46
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 2009-09-14 47
J. Bamber Jonathan Bamber, Science 2009-09-14 Förnamn Efternamn, Titel Institutionsnamn 48
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 49
??? Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 50
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 2009-09-14 51
Johan Kleman, Sthlms Univ 2007-03-06 Johan Kleman, Sthlms Univ 2007-03-06 Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 52
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 www.bbcc.su.se Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 53
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, 220.000 Euros/year - All involved research groups have strong international links Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 54
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 2009-09-14 55 Anthroposphere 2008-04-16 Johan Kleman, SUCLIM
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 2009-09-14 56
Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 57
The functional research chain in Climate Research Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 58
Tack! www.bbcc.su.se Johan Kleman, Professor, Instutitionen för naturgeografi och kvartärgeologi 2009-09-14 59