Natural	  and	  Human	  Causes	  of	  	  Past	  and	  Future	  Climate	  Change	  Clara	  Deser	  Na7onal	  Center	  for	  Atmospheric	  Research	  Boulder,	  CO	  2015	  Charles	  David	  Keeling	  Memorial	  Lecture	  Birch	  Aquarium,	  Scripps	  Ins7tu7on	  of	  Oceanography	  Charles	  David	  Keeling	  CO2	  Charles	  David	  Keeling	  Mauna	  Loa	  Observatory	  Site	  of	  Keeling’s	  Carbon	  Dioxide	  Measurements	  The	  Na7onal	  Center	  for	  Atmospheric	  Research	  Thanks	  to:	  Adam	  Phillips,	  Laurent	  Terray,	  Jeﬀrey	  Kiehl,	  	  	  	  	  Mary	  Ann	  Schaefer	  and	  Resonance	  Chorus	  of	  Boulder	  The	  Na7onal	  Center	  for	  Atmospheric	  Research	  Causes	  of	  Climate	  Change	  Natural	  Human	  Past	  and	  Future	  Causes	  of	  Climate	  Change	  Natural	  Human	  fossil	  fuel	  burning	  deforesta0on	  internal	  variability	  volcanoes,	  solar	  cycle	  	  Past	  and	  Future	  Natural	  and	  Human	  Causes	  of	  	  Past	  and	  Future	  Climate	  Change	  • Core	  concepts	  • Global	  vs.	  local	  view	  • Future:	  a	  range	  of	  outcomes	  1.	  Observa7ons	  Show	  an	  Increase	  in	  Atmospheric	  Carbon	  Dioxide.	  

1958	  to	  present	  28%	  increase	  (315	  to	  404	  ppm)	  Seasonal	  varia7on	  Alaska	  La	  Jolla	  Upward	  trend	  Hawaii	  South	  Paciﬁc	  South	  Pole	  Seasonal	  varia7on	  1.	  Observa7ons	  Show	  an	  Increase	  in	  Atmospheric	  Carbon	  Dioxide.	  
Antarc7c	  Ice	  Core	  Last	  2000	  years	  43%	  increase	  (280	  to	  400	  ppm)	  Year	  Year	  Source:	  Intergovernmental	  Panel	  on	  Climate	  Change,	  2013	  2.	  This	  CO2	  Increase	  is	  Due	  to	  Human	  Ac7vity.	  2.	  This	  CO2	  Increase	  is	  Due	  to	  Human	  Ac7vity.	  
+	  	  CO2	  13C	  /	  12C	  in	  CO12C	  so	  ra7o	  goes	  downcoal	  12C

2	  	  12C	  	   +	  O2	  “Fossil	  fuel”	   300	  million	  years	  ago	  12C	  13C	  2.	  This	  CO2	  Increase	  is	  Due	  to	  Human	  Ac7vity	  +	  	  CO2	  13C	  /	  12C	  in	  CO12C	  so	  ra7o	  goes	  down

coal	  12C

2	  	  12C	  	   +	  O2	  “Fossil	  fuel”	   300	  million	  years	  ago	  12C	  13C	  2.	  This	  CO2	  Increase	  is	  Due	  to	  Human	  Ac7vity	  +	  	  CO2	  Cape	  Grimm,	  Tasmania	  12C

13C/	  	  coal	  12C

12C	  	   +	  O2	  “Fossil	  fuel”	   300	  million	  years	  ago	  12C	  13C	  2.	  This	  CO2	  Increase	  is	  Due	  to	  Human	  Ac7vity	  +	  	  CO2	  O2	  coal	  12C	  12C + O	   	   2	  “Fossil	  fuel”	   300	  million	  years	  ago	  12C	  13C	  2.	  This	  CO2	  Increase	  is	  Due	  to	  Human	  Ac7vity	  +	  	  CO2	  Scripps	  Pier	  O2	  coal	  12C	  12C + O	   	   2	  “Fossil	  fuel”	   300	  million	  years	  ago	  12C	  13C	  3.	  CO2	  is	  an	  Eﬃcient	  Greenhouse	  Gas.	  
Laboratory	  Measurements	  by	  John	  Tyndall	  in	  the	  1850s	  John	  Tyndall	  CO2	  CO2	  H2O	  4.	  Increasing	  atmospheric	  CO2	  leads	  to	  a	  stronger	  greenhouse	  eﬀect,	  which	  traps	  more	  energy	  in	  the	  climate	  system.	  	  5.	  According	  to	  the	  law	  of	  conserva7on	  of	  energy,	  the	  trapped	  greenhouse	  energy	  must	  warm	  Earth.	  	  Temperature	  change	  since	  1950	  Land	  warms	  more	  than	  ocean	  Arc7c	  warms	  the	  most	  hfp://www.giss.nasa.gov	  It’s	  Not	  Just	  Temperature	  hfp://www.skep7calscience.com	  Timing	  for	  East	  Coast	  Blooming	  Sea	  Level	  Rise	  Satellite	  data:	  1993-­‐2014	  Sea	  Level	  Rise	  Satellites	  10”	  Tide	  Gauges	  Hay	  et	  al.	  2015	  Shih	  in	  Summer	  Temperature	  Extremes	  Hansen	  et	  al.	  2012	  Shih	  in	  Summer	  Temperature	  Extremes	  Fewer	  	  cold	  days	  Hansen	  et	  al.	  2012	  More	  	  warm	  days	  Natural	  and	  Human	  Causes	  of	  	  Past	  and	  Future	  Climate	  Change	  • Core	  concepts	  • Global	  vs.	  local	  view	  • Future:	  a	  range	  of	  outcomes	  Global	  Temperature	  Record	  February	  2015	  Global	  Temperature	  Record	  February	  2015	  record	  warm	  record	  cold	  Jet	  Stream	  February	  2015	  hfp://www.ncdc.nasa.gov/sotc/	  February	  2015	  Natural	  inﬂuences	  on	  local	  climate	  Atmospheric	  	  Circula7on	  Chao7c,	  non-­‐linear	  system	  with	  limited	  predictability.	  	  Natural	  inﬂuences	  on	  local	  climate	  Atmospheric	  	  Circula7on	  Chao7c,	  non-­‐linear	  system	  with	  limited	  predictability.	  	  Gives	  rise	  to	  much	  of	  our	  local	  weather	  and	  climate	  variability.	  	  Natural	  inﬂuences	  on	  local	  climate	  Ocean-­‐Atmosphere	  Interac7ons	  Chao7c,	  non-­‐linear	  system	  with	  longer,	  but	  s7ll	  limited	  predictability.	  	  Atmosphere	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  Ocean	  Natural	  inﬂuences	  on	  local	  climate	  Ocean-­‐Atmosphere	  Interac7ons	  Chao7c,	  non-­‐linear	  system	  with	  longer,	  but	  s7ll	  limited	  predictability.	  	  El	  Niño	  	  Paciﬁc	  Decadal	  “Oscilla7on”	  	  Atlan7c	  Mul7decadal	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  “Oscilla7on”	  	  	  	  	  	  	  	  Natural	  Climate	  Variability	  Atlan7c	  Mul7-­‐decadal	  “Oscilla7on”	  cooler	   warmer	  North	  Atlan7c	  Sea	  Surface	  Temperature	  Natural	  Climate	  Variability	  Paciﬁc	  Decadal	  “Oscilla7on”	  cooler	   warmer	  North	  Paciﬁc	  Sea	  Surface	  Temperature	  Local	  Climate	  Change	  Natural	  &	  human	  inﬂuences	  co-­‐exist	  10	  -­‐	  50	  years	  Time	  Temperature	  changes	  over	  the	  past	  50	  years	  Actual	  Human	  Natural	  Winter	  cooling	  warming	  °C	  Deser	  et	  al.,	  2015	  	  Temperature	  changes	  over	  the	  past	  50	  years	  Actual	  Human	  Natural	  Winter	  cooling	  warming	  °C	  Western	  Canada:	  50%	  natural,	  50%	  human	  Deser	  et	  al.,	  2015	  	  Natural	  and	  Human	  Causes	  of	  	  Past	  and	  Future	  Climate	  Change	  • Core	  concepts	  • Global	  vs.	  local	  view	  • Future:	  a	  range	  of	  outcomes	  Future	  Climate	  Change	  Human	  Natural	  A	  range	  of	  outcomes	  (depending	  on	  the	  natural	  variability)	  Climate	  Projec7ons	  	  • Created	  in	  1988	  • Reports	  in	  1990,	  1995,	  2001,	  2007*,	  2013	  • Thousands	  of	  scien7sts	  worldwide	  • Tens-­‐of-­‐thousands	  of	  pages	  	  *Won	  the	  Nobel	  Peace	  Prize	  Intergovernmental	  Panel	  on	  Climate	  Change	  Climate	  Projec7ons	  	  Computer	  models	  of	  the	  climate	  system	  Atmosphere	  	  	  	  	  	  	  Land	  Land	  	  	  	  	  	  	  	  	  Ocean	  Sea	  Ice	  	  	  	  Biology	  Climate	  Projec7ons	  	  Computer	  models	  of	  the	  climate	  system	  CO2	  Atmosphere	  	  	  	  	  	  	  Land	  Land	  	  	  	  	  	  	  	  	  Ocean	  Sea	  Ice	  	  	  	  Biology	  Climate	  Projec7ons	  	  Computer	  models	  of	  the	  climate	  system	  CO2	  Atmosphere	  	  	  	  	  	  	  Land	  Land	  	  	  	  	  	  	  	  	  Ocean	  Sea	  Ice	  	  	  	  Biology	  Temperature	  change	  in	  the	  next	  50	  years:	  A	  Range	  of	  Outcomes	  CO2	   +	  cooling	  Winter	  warming	  (double	  for	  °F)	  °C	  Deser	  et	  al.,	  2014	  	  Temperature	  change	  in	  the	  next	  50	  years:	  A	  Range	  of	  Outcomes	  CO2	   +	  Summer	  cooling	  warming	  (double	  for	  °F)	  °C	  Deser	  et	  al.,	  2014	  	  California	  Summer	  Temperatures	  1920-­‐2014	  1920-­‐2014	  2060-­‐2080	  lower	  CO2	  Observed	  Observed	  Modeled	  higher	  CO2	  Natural	  	  variability	  causes	  spread	  	  	  	  	  	  	  -­‐	  -­‐2°C	  2°C	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  +	  +2°C	  2°C	  Average	  24°C	  	  (76°F)	  Lehner	  et	  al.,	  2015	  	  California	  Summer	  Temperatures	  1920-­‐2014	  Observed	  Observed	  Modeled	  2060-­‐2080	  2060-­‐2080	  lower	  CO2	  High	  CO2	  higher	  CO2	  Natural	  	  variability	  causes	  spread	  	  	  	  	  	  	  -­‐	  -­‐2°C	  2°C	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  +	  +2°C	  2°C	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  +4°C	  	  	  	  	  	  	  +6°C	  	  	  	  	  	  	  +8°C	  +11°F	  	  +7°F	  	  Average	  24°C	  	  (76°F)	  Lehner	  et	  al.,	  2015	  	  Risk	  of	  Precipita7on	  Change	  	  in	  the	  next	  50	  years	  >	  85%	  chance	  wefer	  winters	  >	  65%	  chance	  drier	  winters	  equal	  chances	  %	  CO2	   +	  CO2	  Emissions	  Scenarios	  Con7nued	  growth	  Reduce	  in	  2075	  Reduce	  in	  2045	  Reduce	  now	  IPCC	  2013	  Global	  Temperature	  Projec7ons	  	  	   Con7nued	  7°F	  	   growth	  Reduce	  now	  2°F	  IPCC	  2013	  Temperature	  Change	  in	  2100	  Con7nued	  growth	  of	  CO2	  emissions	  4°C	  global	  mean	  Land	  >	  Sea,	  Arc7c	  >	  Globe	  IPCC	  2013	  Conclusions	  Natural	  Human	  Keeling	  Curve	  CO2	  +	  Scale	  7ps	  more	  toward	  the	  human	  inﬂuence	  (risk)	  	  	  for	  larger	  spa7al	  scales	  and	  longer	  7me	  horizons.	  Thank	  you	  Helpful	  Sites	  for	  Climate	  Informa7on	  	  	  	  www.realclimate.org	  	  www.skep7calscience.com	  	  climate.gov	  	  www.climatecommunica7on.org	  	  environment.yale.edu/climate-­‐communica7on	  	  www.ncdc.noaa.gov/sotc	  	  scrippsco2.ucsd.edu