U grattacielu di carbone

A velocità uccide.

Hè per quessa chì sparà balle da una pistola hè più periculosa chè scaccià a manu. Perchè i paracadutisti usanu paracadute. Perchè e strade anu limiti di velocità. È perchè hè criticu per capisce quantu rapidamente l'attività umana guidà u clima à cambià, cumparatu cù i tassi passati. Causaremu cambiamenti graduali à i quali a civiltà è a vita nantu à a Terra ponu adattà - o accendemu un focu salvaticu chì ùn pò micca esse sbulicatu?

È cusì hè chì i scientisti viaghjanu à l'Antartida frigida, per forà in profondità in e so calotte di ghiaccio è caccià millaie di piedi di neve cumpressa in ghiaccio. Datanu accuratamente ogni strata, estrae bolle minuscule di l'atmosfera antica, è misuranu a cuncintrazione di diossidu di carbonu, sintonizzatore di u termostatu di u pianeta.

Da stu travagliu duru, avemu amparatu u mudellu di sawtooth di i livelli di carbonu in l'ultimi milioni d'anni. Hè sbulicatu rapidamente durante l'ascensione à l'intervalli caldi passati un pocu cum'è u clima d'oghje, è scende lentamente in a longa età glaciale trà elli. Pudemu ancu vede u forte aumentu recente di u diossidu di carbonu chì l'omu hà causatu, soprattuttu per brusgià i combustibili fossili per l'energia. U graficu utilizatu per dimustrà stu saltu hè probabilmente a figura più emblematica in a scienza climatica.

Per mè, hè statu longu l'illustrazione più putente di u periculu di u cambiamentu climaticu. In un sguardu, mostra quantu grande una partenza chì avemu fattu da u normale. Eppuru, ci hè una illusione ottica integrata chì sottovaluta assai l'influenza umana.

Bastamente, ci hè assai tempu squished trà l'estremità sinistra è diritta di a trama - quasi un milione d'anni. L'ochju ùn pò micca dì a diffarenza trà e piccule larghezze occupate da centu versus mille anni. Mentre chì u saltu più recente in carbonu hè chjaramente u più altu è u più ripidu, ùn pare micca assai più ripida di parechji aumenti chì sò vinuti prima.

Ma l'aumentu recente hè in fattu assai più ripida di qualsiasi saltu passatu in questu record o ancu scupertu. A pendenza hè ciò chì mostra a velocità di l'aumentu di u carbonu - è a velocità predice u periculu. U più veloce i cambiamenti climatichi, a sucetà hà menu capacità, cù l'ecosistemi chì dependemu, per adattà à u novu anormale.

Pudete principià à vede a diffarenza ingrandendu per vede solu una piccula frazione recente di a cronologia di a figura. I novi dati da l'Antartida ci anu appena datu u nostru sguardu à a più alta risoluzione di diossidu di carbonu in l'ultimi 67,000 anni:

In quellu periodu, pudete vede a lenta decadenza di u carbone finu à chì a Terra hà righjuntu u puntu più fretu di l'ultima era glaciale, circa 20,000 XNUMX anni fà. Dopu, per sette à ottumila anni (u periodu trà e frecce), u carbonu hà spartu in modu naturali, scaldendu u pianeta vicinu à u so clima attuale - ospitale per l'agricultura è a civilizazione.

A punta di punta à l'estrema diritta, ligata à l'attività umana dapoi a Rivuluzione Industriale, hè ovviamente assai più ripida. U prublema hè chì avemu bisognu di zoom in modu per vede stu cuntrastu, ma avemu bisognu di zoom, cum'è a prima figura, per u cuntestu più largu.

Fortunatamente, ci hè un modu simplice per dimustrà a diffarenza di a velocità di u cambiamentu cù un record assai longu. Questu modu hè di fucalizza nantu à u cambiamentu di diossidu di carbonu per periudu di tempu, invece di u livellu. U risultatu palesa u grattacielu di carbone à a bocca à a cima di stu pezzu.

À a mo cunniscenza, hè a prima volta chì u record di carbone storicu hè statu rapprisintatu in questu modu. A mo speranza di sviluppà sta visualizazione hè di dimustrà chjaramente quantu drammatica hè stata l'influenza umana - è quantu seria a nostra situazione pò esse.

Impurtante, ci hè ancu un latu ottimista à sta munita. A rapidità è a scala di l'industria umana pò ancu esse appiicata versu suluzioni, è oghje, avemu u putenziale di trasfurmà rapidamente per riduce l'emissioni. Per mezu di l'energia rinnuvevule è di altre tecnulugii pulite, è cù una pulitica intelligente è a vuluntà di agisce, e nazioni di u mondu ponu chjude e porte di carbone assai più rapidamente ch'è no l'avemu pricatu - in pochi decennii, micca seculi.

Forse a trama di grattacieli ùn hè micca stata pruvata prima perchè ùn avemu micca letture dirette di diossidu di carbonu per l'anni esatti necessarii. Ci sò lacune in u record: per tuttu u periodu mostratu, i scientisti anu misurazioni dirette una volta per 400 anni o più in media - è circa una volta per 800 anni in e parti più vechje di a cronologia. Certi spazii superanu 2,000 anni. U mutivu chì u graficu tradiziunale pare cumpletu hè chì una linea hè tracciata trà l'osservazioni, essenzialmente cunnetta i punti. Ma da una perspettiva scientifica, ùn hè micca u megliu modu per cumpensà e lacune.

Per migliurà stu approcciu, u mo cullegu Scott Kulp hà utilizatu e rete neurali, una forma di intelligenza artificiale, per custruisce una curva cuntinuu da e dati insetti, mostrati ghjustu sottu, è permettenu stimi per ogni annu. U grattacielu di carbone hè custruitu da piglià letture da a curva ogni 1,000 anni chì torna da u presente.

A curva ricustruita hà un bonu fitu à i dati. Ma u grattacielu di 1,000 anni sottumette sempre a nostra situazione.

Perchè? I pezzi di u tempu di 1,000 100 anni ùn ponu micca catturà a velocità di u saltu di carbone mudernu, quasi tuttu ciò chì hè accadutu in l'ultimu seculu. Se pudemu fà una trama di grattacieli di 1,000 anni, u so aspettu seria ancu più stridu. Serebbe assai cum'è u grattacielu di 100 anni, ma cù u cambiamentu mediu per periodu - salvu l'ultimu spike - divisu da deci, creendu un cuntrastu ancu più grande. Sfortunatamente, i lacune di dati in a maiò parte di u record sò sempre troppu longu per mette a fiducia in una ricustruzzione cù una risoluzione di 1,000 anni. O forse hè una furtuna: a versione di XNUMX anni pare abbastanza intimidante.

Una cosa hè chjara in ogni risoluzione: l'umanità hè in un cursu di crash cù cambiamenti climatichi rapidi è destabilizzanti, salvu chì ùn pudemu rallentà drammaticamente è piantà a nostra contaminazione di l'atmosfera. Dopu quì, forse pudemu ancu truvà una manera di mette in reverse.

Metudu detallatu per stimà i livelli di CO2 in l'anni passati senza dati
Sviluppatu è implementatu da Scott Kulp, Ph.D., Senior Computational Scientist, Climate Central

Per i dati crudi nantu à e concentrazioni CO2 passate, avemu usatu l'Antarctic Ice Cores Revised 800KYr CO2 Data (Bereiter et al. 2015) da u World Data Center for Paleoclimatology, Boulder è u NOAA Paleoclimatology Program, accessed in May 2020. Per u periodu da 8,877. - 67,257 anni prima di u presente (2020), avemu scambiatu dati più recenti da u record di CO3 WAIS Divide Ice Core Marine Isotope Stage 2 (Brook 2020) in u Centru di Dati di u Programma Antarticu di i Stati Uniti.

Per predict CO2 cuncentrazione basatu annantu à l'annu, in ordine per riempie l'anni mancanti da u registru direttu, avemu custruitu una reta neurale artificiale perceptron multilayer, furmatu nantu à l'osservazioni basate nantu à i campioni di u core di a calotta di ghiaccio Antartica da l'oghje à 800,000 1952 anni BP. Ci sò 100,000 tali osservazioni, ancu s'ellu ùn sò micca distribuiti uniformemente, cù più di a mità chì rapprisentanu punti prima di XNUMX XNUMX BP.

E rete neurali sò cumunimenti aduprate per analisi di regressione altamente non lineari, cum'è questu. A nostra rete neurale cuntene 4 strati: una strata di input 1-node (pigliendu l'annu cum'è un input unicu), dui strati nascosti cù 100 è 10 nodi, rispettivamente, è un stratu di output 1-node (a cuncentrazione di CO2 prevista). U mudellu hè statu furmatu utilizendu a Deep Learning Toolbox di Matlab, impiegendu a funzione di backpropagation Levenberg-Marquardt. 1854 di i campioni sò stati scelti aleatoriamente per esse utilizati cum'è u gruppu di furmazione, 49 sò stati utilizati per u settore di validazione, è i 49 restanti sò stati usati cum'è u gruppu di teste. A furmazione hè stata finu à chì e previsioni fatte cù u settore di validazione anu aggravatu annantu à 6 epoche consecutive, cù u preghjudiziu finale à 0.0025 è l'errore quadratu mediu di a radica à 4.0 parti per milione (ppm) per u gruppu di furmazione, è 0.46 / 4.19 ppm per u gruppu di teste indipendenti. . Queste prestazioni forti è simili trà i setti di furmazione è di prova indicanu chì u mudellu ùn hà micca assai overfit.

Dopu avemu dumandatu u mudellu per ottene stimi di u nivellu di CO2 da 1,000 à 800,000 anni prima di u presente (pigliatu cum'è 2019) à intervalli di 1,000 anni, è utilizatu 409 ppm cum'è u livellu attuale. A media glubale era di 411 ppm in 2019, ma i livelli di CO2 sopra l'Antartida sò circa 2 ppm più bassi di a media globale, cusì avemu fattu un aghjustamentu per cuntà u fattu chì i livelli di CO2 di u core di ghiaccio venenu da l'Antartide. Infine, avemu pigliatu differenze per calculà u cambiamentu di CO2 per ogni 1,000 anni.

Benjamin Strauss
CEO è Chief Scientist, Climate Central

U duttore Benjamin Strauss hè statu elettu presidente è CEO di Climate Central in April 2018 è serve ancu cum'è Chief Scientist. Hè autore di numerosi documenti scientifichi è rapporti nantu à l'aumentu di u livellu di u mari è hè l'architettu di a suite Surging Seas di carte, arnesi è visualizazioni.

Vede u situ web Climate Central per una biografia completa è publicazioni selezziunate.