Diffenbaugh & Barnes (2023) Data-driven predictions of the time remaining until critical global warming thresholds are reached. PNAS 120(6), e2207183120

Diffenbaugh NS & Barnes EA (2023) Data-driven predictions of the time remaining until critical global warming thresholds are reached. PNAS 120(6), e2207183120, https://doi.org/10.1073/pnas.2207183120 – Open access pdf

Abstract (prevod):

S pomočjo umetnih nevronskih mrež (ANN), usposobljenih na rezultatih podnebnih modelov, uporabljamo prostorski vzorec preteklih temperaturnih opazovanj za napovedovanje časa, v katerem bodo doseženi kritični pragovi globalnega segrevanja. Čeprav med učenjem, potrjevanjem ali testiranjem ne uporabljamo nobenih opazovanj, ANN na podlagi zemljevidov preteklih letnih temperatur natančno napovedujejo čas preteklega globalnega segrevanja. Osrednja ocena praga globalnega segrevanja za 1,5 °C je med letoma 2033 in 2035, vključno z razponom ±1σ med letoma 2028 in 2039 v vmesnem scenariju (SSP2-4,5), kar je skladno s prejšnjimi ocenami. Vendar naš pristop, ki temelji na podatkih, kaže tudi na precejšnjo verjetnost prekoračitve praga 2 °C celo v scenariju nizke stopnje (SSP1-2,6) podnebnih dejavnikov. Čeprav je naš pristop omejen, naši rezultati kažejo na večjo verjetnost, da bo temperatura 2 °C dosežena po scenariju nizke stopnje, kot je bilo navedeno v nekaterih prejšnjih ocenah, čeprav ni izključena možnost, da bi se 2 °C lahko izognili. Razložljive metode umetne inteligence razkrivajo, da se ANN pri napovedovanju časa do doseganja globalnega praga osredotočajo na določene geografske regije. Naš okvir zagotavlja edinstven, s podatki podprt pristop za količinsko opredelitev signala podnebnih sprememb v zgodovinskih opazovanjih in za omejevanje negotovosti v projekcijah podnebnih modelov. Glede na številne obstoječe dokaze o vse večjem tveganju za naravne in človeške sisteme pri 1,5 °C in 2 °C so naši rezultati dodaten dokaz za podnebne spremembe z velikimi posledicami v naslednjih treh desetletjih.

Pomen (prevod):

Cilj Pariškega sporazuma Združenih narodov je zadržati globalno segrevanje precej pod 2 °C in si prizadevati za 1,5 °C. Glede na jasne dokaze o vse hitrejših vplivih na podnebje je čas, ki ostaja do doseganja teh globalnih mejnih vrednosti, zelo zanimiva tema. Z metodami strojnega učenja na podlagi prostorskega vzorca preteklih temperaturnih opazovanj napovedujemo ta čas, ki je resnično zunaj vzorca. Naši rezultati potrjujejo, da je globalno segrevanje že tik pred tem, da preseže prag 1,5 °C, tudi če se v bližnji prihodnosti znatno zmanjša vpliv na podnebje. Naše napovedi tudi kažejo, da tudi ob znatnem zmanjšanju toplogrednih plinov še vedno obstaja možnost, da globalnega segrevanja ne bomo uspeli zadržati pod mejo 2 °C.

Slika 1. Čas do mejnih vrednosti globalnega segrevanja v skupinah globalnih podnebnih modelov. (A) Sprememba globalne temperature glede na predindustrijsko izhodišče (1850-1899) za 10-članske ansamble globalnih podnebnih modelov v scenarijih visoke (SSP3-7.0), srednje (SSP2-4.5) in nizke (SSP1-2.6) podnebne sile. Sive črte prikazujejo posamezne realizacije; barve prikazujejo povprečje ustreznih 10 realizacij za vsak globalni podnebni model. Za seznam podnebnih modelov, uporabljenih v vsakem scenariju podnebnih vplivov, glej Dodatek SI, preglednica S1. (B) Zemljevidi temperaturnih anomalij za “mejno leto” (tj. leto, v katerem srednja vrednost globalnega segrevanja v ansamblu doseže 1,5 °C) za globalne podnebne modele z najzgodnejšim in najpoznejšim mejnim letom v SSP3-7.0. Anomalije so prikazane glede na izhodiščno obdobje 1951-1980, da se ujemajo z izhodiščnim obdobjem temperaturnih opazovanj (glej poglavje Materiali in metode). (C) Primerjava usposabljanja, potrjevanja in testiranja umetne nevronske mreže (ANN), usposobljene na zemljevidih letnih temperatur in praga globalnega segrevanja 1,5 °C v SSP3-7.0. Leva plošča prikazuje napovedano število let do praga 1,5 °C za vsak zemljevid letne temperature v vsakem globalnem podnebnem modelu. Desna plošča prikazuje primerjavo usposabljanja, potrjevanja in testiranja za napovedano in resnično število let do praga 1,5 °C v celotnem ansamblu globalnih podnebnih modelov (dodatek SI, preglednica S1). Za dodatne temperaturne pragove in scenarije glej dodatek SI, slike S1-S3 (Fig. 1 in Diffenbaugh & Barnes, 2023). Vir: https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2207183120#fig01
Slika 2. Čas do trenutne stopnje globalnega segrevanja, predvidene na podlagi opazovanih zemljevidov letnih temperaturnih anomalij. (A) Zemljevidi opazovanih letnih temperaturnih anomalij za izbrana posamezna leta, vključno s prvim letom naše napovedi na podlagi opazovanj (1980), letom po izbruhu vulkana Pinatubo (1992), letom z najvišjo povprečno globalno temperaturo (2016) in zadnjim letom, za katerega so na voljo letni podatki (2021). (B) Čas do globalnega segrevanja za 1,1 °C, napovedan na podlagi opazovanega zemljevida letnih temperaturnih anomalij z uporabo umetne nevronske mreže (ANN), usposobljene za prag globalnega segrevanja za 1,1 °C v scenariju visoke podnebne sile (SSP3-7.0). Leva plošča prikazuje mediano napovedi (in razpon ±1σ) za opazovani zemljevid letnih temperaturnih anomalij za vsako leto od leta 1970 do 2021. Naklon kvantificira hitrost spreminjanja napovedanega časa do 1,1 °C (pri popolni napovedi je naklon -1 y na leto). Desna plošča prikazuje porazdelitev napovedanih let, v katerih bo dosežena temperatura 1,1 °C, na podlagi opazovanega zemljevida letnih temperaturnih anomalij v letu 2021. Upoštevajte, da pri usposabljanju, potrjevanju ali testiranju ANN niso bila uporabljena nobena pretekla temperaturna opazovanja (Fig. 2 in Diffenbaugh & Barnes, 2023). Vir: https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2207183120#fig02
Slika 3. Čas do prihodnjih mejnih vrednosti globalnega segrevanja, predvidenih na podlagi opazovanih zemljevidov letnih temperaturnih anomalij. Kot na sliki 2C, vendar za mejni vrednosti 1,5 °C in 2 °C v scenarijih visoke (SSP3-7,0), srednje (SSP2-4,5) in nizke (SSP1-2,6) podnebne sile. Globalni podnebni modeli, uporabljeni za vsako kombinacijo scenarija in praga, so prikazani v preglednici S1 dodatka SI (Fig. 3 in Diffenbaugh & Barnes, 2023). Vir: https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2207183120#fig03
Slika 4. Pripis toplotnega zemljevida najpomembnejših regij za napovedovanje časa do praga s pomočjo umetne nevronske mreže (ANN). (A) Ansambel globalnih podnebnih modelov. (B) Zgodovinska temperaturna opazovanja za obdobje 2018-2021. Tople barve označujejo krajši čas do praga globalnega segrevanja; hladne barve označujejo daljši čas do praga globalnega segrevanja. Zemljevidi prikazujejo rezultate za prag 1,5 °C v scenariju visokega (SSP3-7.0) podnebnega vplivanja. Za dodatne podrobnosti o izračunu toplotnega zemljevida glejte poglavje Materiali in metode, za dodatne scenarije pa dodatek SI, sliki S12 in S13 (Fig. 4 in Diffenbaugh & Barnes, 2023). Vir: https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2207183120#fig04