Jordens klima dannes som en konsekvens av kombinasjonen av både interne og ytre faktorer. Å øke forståelsen av hvordan disse ulike faktorene virker sammen for å gi klimavariasjoner, er en av klimaforskningens viktigste oppgaver. Selv om ytre pådriv som sol, vulkaner og menneskeskapte utslipp er viktige drivere, vil det uavhengig av disse alltid være en stor grad av intern variabilitet i klimasystemet. Varme år kan for eksempel ofte knyttes til en varm fase i det naturlige fenomenet El Niño, som gir høye temperaturer i Stillehavet ved ekvator. Tilsvarende vil kalde år ofte knyttes til den negative fasen, som gir lave temperaturer samme sted.

For å undersøke hvordan ytre pådriv påvirker klimasystemet, har man som del av den pågående femte hovedrapporten til FNs klimapanel, forsøkt å simulere det observerte klimaet gjennom de siste 1000 år. Dette har man gjort gjennom storstilte felles simuleringseksperimenter.

I eksperimentene er avanserte klimamodeller foret med ytre klimapådriv, både menneskeskapte og naturlige. Hovedtrekkene i den observerte klimautviklingen simuleres bra, særlig dersom man ser på gjennomsnittet for større områder. Modellene identifiserer hvordan de forskjellige pådrivene har virket sammen for å gi den klimautviklingen vi har opplevd de siste 1000 år, og viser hvordan vulkaner og solvariasjoner dominerte utviklingen fram til utpå 1800-tallet, mens vi deretter i større og større grad ser at klimautviklingen må tilskrives menneskelige utslipp.

Solinnstrålingen

Variasjoner i den totale solinnstrålingen til jorda er en viktig kilde til naturlige svingninger i klimaet. Denne solvariasjonen kjennetegnes av spesielle perioder, der den viktigste er relatert til den velkjente 11-års syklusen i solflekkaktivitet, men variasjoner på lengre tidsskalaer finnes også.

Det er verdt å merke seg at vår forståelse av solens mulige påvirkning av klimaet på jorden fortsatt er mangelfull. Likevel, direkte målinger av solinnstrålingen fra satellitter viser ikke noen økning siden 1979, noe som indikerer at endringer i solinnstrålingen ikke kan forklare mesteparten av den pågående globale oppvarmingen. Samtidig har nyere forskning vist at relativt små endringer i solinnstrålingen kan ha stor innvirkning på oppvarming og ozonkjemi i høyere lag av atmosfæren (10-15 kilometer), noe som igjen kan føre til merkbare endringer i luftsirkulasjonen ved overflaten. Dette kan være av stor betydning for regionale klimaendringer og endringer i værmønstrene.

Ny forskning har også pekt på at de kalde vintrene vi har opplevd i Europa de siste årene kan henge sammen med et minimum i solaktiviteten i den siste 10-årsperioden. Det er fortsatt stor usikkerhet knyttet til dette, og mer forskning på solens rolle i klimasystemet er derfor nødvendig for å gi bedre kvantitative beregninger av hvor viktig solen er for den naturlige klimavariabiliteten.

Vulkaner kan være oppstart til den lille istid

En annen viktig bidragsyter til klimavariasjoner er store vulkanutbrudd. Årsaken er at eksplosive vulkanutbrudd ofte sender store mengder svovelgasser høyt opp i atmosfæren. Her omdannes gassene til små partikler som skygger for solen og bidrar slik til at jordens gjennomsnittstemperatur faller.

Nyere forskning har vist at spesielt tropiske vulkanutbrudd kan ha spilt en avgjørende rolle som årsak til klimavariasjonene på nordlige halvkule gjennom de siste tusen år. Dette skjer både gjennom den kraftige, midlertidige avkjølende effekten slike utbrudd har, men også gjennom deres direkte innvirkning på vinder og havstrømmer i Nord-Atlantreren og Stillehavet. For eksempel viser flere nyere studier at store tropiske vulkanutbrudd øker sannsynligheten for at vestavindsbeltet i Nord-Atlanteren blir intensivert vinterstid de første par årene etter utbruddet . Dette fører til flere og sterkere stormer inn mot våre områder, og med det milde og regnfulle vintre i nordvest-Europa.

En annen nylig publisert studie indikerer at en serie av kraftige vulkanutbrudd på slutten av 1200-tallet kan ha vært den direkte oppstarten til det som ofte kalles den lille istid, en kald periode som varte i flere hundre år. Denne vedvarende vulkanaktiviteten førte blant annet til kraftig avkjøling sommerstid og økt sjøisutbredelse. Gjennom ulike tilbakekoblingsmekanismer mellom hav og sjøis kunne et kaldt klima opprettholdes selv lenge etter at de vulkanske partiklene var fjernet fra atmosfæren. Dette illustrerer at vulkanutbrudd kan påvirke klimaet også på lengre tidsskalaer enn noen få år.

Drivhusgasser

Mengden av drivhusgasser med lang oppholdstid i atmosfæren slik som CO₂, metan og lystgass har økt betydelig de siste 50 år, i all hovedsak på grunn av menneskelig aktivitet. Siden førindustriell tid har luftens innhold av CO₂ økt med nærmere 40 prosent og innholdet øker for hvert år. Vi må mer enn en million år tilbake i tid for å finne et tilsvarende høyt innhold av klimagasser i atmosfæren. Det er stor og økende enighet blant forskere om at en stor del av den observerte oppvarmingen de siste 60 år skyldes akkumuleringen av drivhusgasser i atmosfæren.

Økt forbrenning av olje, kull og gass gir ikke bare økte drivhusgassutslipp. Det fører også til økte utslipp av ulike typer små partikler til atmosfæren (aerosoler) som kan ha stor innvirkning på klimaet, spesielt i de regionene som har store utslipp. Noen av disse partiklene, slik som svovelpartikler og støv, har en avkjølende effekt på klimaet, mens andre, som sot, har en oppvarmende effekt. Noen klimamodeller indikerer at den samlede effekten av slike partikler har bidratt til avkjøling på nærmere 0.5 grader globalt siden før-industriell tid. Dette blir ofte kallet global “dimming”, men fortsatt er usikkerheten stor.

En nylig publisert studie indikerer dessuten at variasjoner i utslippene av slike partikler kan være viktig for å forstå 10-årsvariasjoner i havtemperaturene i Nord-Atlanteren gjennom det tjuende århundre. Den indirekte effekten slike partikler kan ha på klimaet gjennom også å påvirke skydannelsen kan være en viktig årsak til dette, men dette er ny forskning som ikke er skikkelig etterprøvd av andre grupper.

***

NYE MODELLER, SAMME RESULTAT

Neste generasjons klimamodeller er langt mer kompliserte og detaljerte enn tidligere. Men resultatet er fortsatt det samme: Utslipp av CO₂ skaper et varmere klima.

Neste høst legger FNs klimapanel (IPCC) fram første del av sin femte hovedrapport. Siden den forrige rapporten har klimamodellene vært gjennom en omfattende revidering. De nye modellene tar opp i seg langt mer kompliserte sammenhenger, og kalkulerer også karbonkretsløpet – naturens evne til å ta opp og binde CO₂ på land og i havet. Modellene for kjemiske prosesser i atmosfæren er kraftig forbedret.

– Modellene blir stadig mer nyansert. Dette skyldes først og fremst to ting: Vi forstår de fysiske og kjemiske prosessene bedre, og kan dermed lage bedre modeller. Og ikke minst har vi fått langt større regnekraft takket være utviklingen av bedre datamaskiner, sier Eystein Jansen ved Bjerknessenteret. Han sier at vår forståelse av hva som påvirker klimaet blir mer og mer nyansert. Det er ikke lenger noen tvil om at CO₂-innholdet i atmosfæren er en viktig bidragsyter til temperaturforholdene på jorden. Samtidig er det mange forhold som ennå ikke er lagt inn i modellene.

– Vi har for eksempel ikke inkludert hvordan metan fra tundraen vil påvirke klimaet, og vi bør fremover lage mer avanserte modeller for skydannelse. I dag må vi forenkle modellene med et gjennomsnittlig skydekke.

De nye modellene har gitt vesentlige bidrag til å forstå de dynamiske sammenhengene som former klodens klima. – Vi får et tydeligere bilde av at naturen har en evne til å absorbere klimautslipp, og at sårbarheten i klimasystemet ikke er så stor som vi lenge fryktet. Samtidig ser vi at evnen til å binde CO₂ i biomasse på land og i havet er i ferd med å nå et metningspunkt. Systemet har en innebygget fl eksibilitet, men vi har allerede tøyet strikken langt, sier Jansen.