Om istider, klimatförändringar och återkopplingar

Ju mer man lär mig om klimatvetenskap desto mer fascinerande framstår området - det är i alla fall min erfarenhet. Till det allra mest spännande hör paleoklimatologin, dvs läran om klimatet under tidigare skeden av jordens historia. Tänka sig att så sent som för 14 000 år sedan var så gott som hela Sverige täckt av en mestadels kilometertjock inlandsis!

Förutom att vara intressant av egen kraft - det vill säga utan någon nyttoaspekt i åtanke - visar det sig att paleoklimatologin har mycket att tillföra i diskussionen kring den nutida globala uppvärmningen och dess orsaker. Avsikten med denna bloggpost är att gå igenom några av paleoklimatologins mest intressanta resultat. Längs vägen skall jag passa på att diskutera tre av de invändningar mot teorin om antropogen global uppvärmning som oftast dyker upp i media och bloggosfär:

Invändning I. (nybörjarnivå)
Istider kom och gick långt innan vi hade bilar eller kolkraftverk, vilka alltså knappast kan ha något med klimatförändringar att göra.

Invändning II. (fortsättningsnivå)
I sin film An Inconvenient Truth gör Al Gore stor sak av ett diagram över hur koldioxidhalt och temperatur följs åt genom gångna istidscykler, vilket han anför som stöd för idén att höjd koldioxidhalt leder till uppvärmning. Men detta är ju rent båg, ty kikar man närmare på diagrammet så ser man att det är temperaturen som initierar övergångarna mellan kallt och varmt klimat och koldioxiden som följer efter. Gore gör alltså en elementär sammanblandning mellan orsak och verkan.

Invändning III. (avancerad nivå)
Den direkta värmande effekten av våra växthusgasutsläpp är inte särskilt omfattande. Anledningen till att uppvärmningen under kommande århundrade blir så kraftig i de scenarier som IPCC och andra företrädare för klimatvetenskapens mittfåra målar upp är att kraftiga positiva återkopplingar tämligen godtyckligt har stipulerats. Men återkopplingarna kan lika gärna bli mycket mindre eller kanske rentav summera sig till ett negativt värde, och i så fall blir det inte mycket kvar av den förutspådda uppvärmningen.

1. Istiderna

Spencer Weart (författare till den lysande boken The Discovery of Global Warming) berättar:

Påståendet lät helt otroligt, men evidensen talade sitt tydliga språk. Den nedskrapade berggrunden, de egendomligt placerade flyttblocken och de bisarra grusavlagringarna som stod att finna överallt i norra Europa och norra USA - alla såg de ut precis som spåren efter glaciärer, bara mycket, mycket större. Mot senare delen av 1800-talet hade forskarna, efter heta diskussioner, kommit att börja enas om det otroliga. För länge sedan (om än ganska nyss på en geologisk tidsskala, och stenåldersmänniskor hade faktiskt varit med) hade regionerna i norr legat begravda under flera kilometer tjocka kontinentala istäcken. Istiden vittnade om enorma klimatförändringar.

Inte långt senare började man till råga på allt inse att inte bara en utan en hel serie istider ägt rum, i något som liknar ett cykliskt förlopp. Att förklara detta spektakulära fenomen måste naturligtvis stå högt på agendan för varje klimatvetenskap värd namnet.

2. Istidernas orsaker

Weart fortsätter sin historik över studiet av istidscykler med att nämna några av de teorier som fördes fram över vilka mekanismer som kan ha satt igång respektive avslutat istiderna. Bland annat spekulerades om ifall solen kan ha varierat i styrka, eller om stora geologiska händelser kunde ha ändrat på mönstret av havsströmmar. Ingen av teorierna kunde dock erbjuda tillstymmelse till förklaring av den cyklicitet som istiderna tycktes uppvisa. Utom en, nämligen den som utvecklades först av James Croll (1821-1890) och vidare av Milutin Milankovitch (1879-1958), och som handlade om långsamma variationer i hur jorden rör sig kring solen.

De flesta av oss har väl lärt oss i småskolan att jorden rör sig i cirkelbana runt solen, och senare (t.ex. i gymnasiet) att cirkelbanan blott är en approximation av en bana som i själva verket är elliptisk. Även ellipsen är emellertid en approximation, som den verkliga jordbanan avviker ifrån till följd av att även andra himlakroppar än solen utövar gravitationell påverkan på jorden. Dels har vi månen: jorden och månen wobblar tillsammans kring deras gemensamma tyngdpunkt, även om denna (på grund av att jorden väger så mycket mer än månen) ligger drygt 170 mil under jordytan. Därtill påverkas jordbanan av övriga planeter, framför allt Venus (i kraft av av dess relativa närhet) och Jupiter (i kraft av dess storlek).

Det hela kan förefalla omåttligt komplicerat, men vad Croll och senare Milankovitch insåg var att systemet likväl medger analys och att ett antal långsamma periodiska förändringar i jordens rörelse kan identifieras. De tre främsta av dessa periodiciteter rör jordbanans ellipticitet, jordaxelns lutning i förhållande till jordbanans plan, och jordaxelns orientering i förhållande till "fixstjärnesfären". Den första av dessa har en huvudsaklig periodicitet om 413 000 år (men med ett par ytterligare svängningskomponenter i storleksordningen 100 000 år), medan de båda andra varierar i perioder om cirka 41 000 respektive 26 000 år.


Dessa periodiciteter har kommit att gå under benämningen Milankovitchcykler. Vad som gör dem extra spännande är att studier av istidsdata tyder på en stark samvariation mellan istidssvängningar och Milankovitchcykler. Croll var först med att föreslå ett sådant samband, baserat på att den infallande solstrålningen på jorden varierade med Milankovitchcyklernas ändringar i jordbanan, vilka därmed skulle kunna ge upphov till klimatförändringar.

Croll hade emellertid svårt att övertyga sina samtida kollegor. Det var först sedan metoderna för datering av istidscykler förbättrats, i kombination med att Milankovitch under 1920- och 1930-talet förbättrat de celest-mekaniska¹ beräkningar som ligger till grund för teorin, som den vann större genomslag. Dess stöd i vetenskapssamhället kom dock att gå lite upp och ned i takt med nya empiriska fynd, men från och med 1970-talet har vi haft tillgång till datamängder som visar på ett så bestickande samband mellan Milankovitchcykler och istidscykler att de knappast kan förklaras bort. Numera innehar därför Milankovitchteorin för istidscyklerna en totalt dominerande ställning i paleoklimatologin. För en närmare redogörelse för det vetenskapshistoriska förloppet vill jag åter hänvisa till Spencer Wearts läsvärda historik.

Sammanfattningsvis kan sägas att vi idag känner oss i stort sett säkra på vad som triggade övergångarna från istider till interglacialer² och vice versa, nämligen variationer i inkommande solstrålning. Ytligt sett kan detta resultat se ut att ge extra näring åt det jag ovan kallar Invändning I: att klimatförändringar måste ha haft - och därför fortfarande ha - andra orsaker än antropogena. Första halvan i denna tankegång är givetvis riktig. Den andra halvan är däremot en non sequitur³ - vi kan inte automatiskt dra slutsatsen att de faktorer som i det förflutna triggat klimatförändringar också måste ligga till grund för 1900-talets temperaturuppgång.^4,5

3. Istiderna och koldioxiden

I sin film An Inconvenient Truth argumenterar Al Gore för koldioxidens framträdande roll som bov i dramat kring den globala uppvärmningen genom att jämföra två tidsserier: den ena om hur medeltemperaturen gått upp och ned under de senaste istidscyklerna, och den andra om hur atmosfärens koldioxidhalt varierat under samma tidsperiod. Liknande diagram jämförs på samma vis på många håll i såväl den vetenskapliga som den populärvetenskapliga litteraturen om klimatet. Men låt oss, i enlighet med den klimatskeptiska traditionen att närhelst det är möjligt utse just Al Gore till syndabock, fokusera på just honom.

Om vi accepterar de Milankovitchteorier om klimatet som jag redogjorde för i föregående avsnitt så var det inte koldioxiden utan astronomiska faktorer som satte igång istidscyklernas klimatförändringar. Därmed förefaller Al Gores påstående om koldioxiden som boven i dramat vara helt på tok. Saken blir knappast bättre av att om man skärskådar temperatur- och koldioxidgraferna mer i detalj, så är det temperaturen som går igång först, och koldioxiden som följer efter - inte tvärtom. Därmed ser det ut som om Al Gore fått orsakssambandet fullständigt om bakfoten: det är temperaturökningen som får koldioxidhalten att stiga och inte vice versa. Det är detta som är Invändning II ovan - ett av de allra vanligaste argumenten i hela klimatskeptikerbranschen.⁶

Detta till trots hävdar jag (samstämmigt med mainstreamfåran av klimatforskare) att de av Al Gore åberopade graferna faktiskt stödjer teorin om koldioxidens värmande roll i klimatsystemet. Låt mig förklara.

Vad gäller orsakssamband mellan koldioxidhalt och temperatur finns mekanismer i båda riktningarna. Att koldioxiden via växthuseffekten har en uppvärmande effekt torde ingen som följer klimatdiskussionen ha missat vid det här laget. Omvänt leder en ökad uppvärmning till att även haven blir varmare, något som minskar deras förmåga att binda koldioxid, vilket i sin tur tenderar att öka atmosfärens koldioxidinnehåll. Båda dessa mekanismer bygger på grundläggande fysik som vi sedan länge haft solid kunskap om alldeles oberoende av några klimathistoriska data.

Vad som händer i övergången från istid till interglacial är att en Milankovitchrelaterad ökning i infallande solstrålning kickar igång en liten uppvärmning, vilket leder till ökad koldioxidhalt, vilket leder till ytterligare uppvärmning, och så vidare i en fortsatt spiral tills den så småningom ebbar ut.⁷ När sedan interglacialen övergår till istid ser vi spiralen gå i motsatt riktning, igångsatt denna gång av en minskning i infallande solstrålning, vilket ger en nedkylning, som ökar havets koldioxidabsorbtion och därmed minskad atmosfärisk koldioxishalt, vilket i sin tur ger minskad växthuseffekt och ytterligare nedkylning, och så vidare.

Och här kommer själva klon. De förändringar i solinstrålning som jordbanans variationer ger upphov till räcker inte för att i sig förklara klimatförändringar av den storlek som istidscyklerna uppvisar. Temperaturens upp- och nedgångar är så stora att någon eller några faktorer måste ha spelat med som förstärkningsmekanism, och de tidsserier Al Gore visar i sin film pekar tydligt i riktning mot att koldioxiden spelar denna roll. I själva verket är det endast med beaktande av koldioxidens roll som klimatvetenskapen av idag förmår ge en tillfredsställande förklaring till hur amplituden i istidscyklernas temperatursvängningar kunnat bli så stor.

Dessa subtiliteter förklarade inte Al Gore i sin film, och visst kan man kritisera honom för det. Emellertid bör man då ha i åtanke att populärvetenskap är svårt, och innebär en ständig balansgång: å ena sidan bör man inte bli så teknisk och detaljerad att man tappar sin publik, och å andra sidan gäller det att inte förenkla så till den grad att det hela blir vilseledande. Men som påpekas i en läsvärd bloggpost på RealClimate, så hade, i motsats till vad Gores kritiker hävdar, en mer detaljerad redovisning från Gores sida av samspelet mellan temperatur och koldioxid snarast givit starkare stöd för hans huvudtes om faran i fortsatt ohämmade växthusgasutsläpp. Detta hoppas jag kommer att framgå av följande avslutande avsnitt.

4. Återkopplingar

Det samspel mellan temperatur och koldioxid jag diskuterade i förra avsnittet är ett exempel på vad som kallas för återkoppling: förändringen i en kvantitet A påverkar en annan kvantitet B, som i sin tur återverkar på A. Om återverkan går i samma riktning som den ursprungliga förändringen talar vi om positiv återkoppling; om den istället går i motsatt riktning talar vi om negativ återkoppling. Eftersom ökad temperatur leder till ökad koldioxidhalt som i sin tur ökar temperaturen faller alltså samspelet dessa två kvantiteter inom kategorin positiv återkoppling.

I klimatsystemet finns en mängd olika återkopplingsmekanismer av betydelse för klimatförändringar. En återkoppling som redan Milankovitch beaktade har med inlandsisarna att göra: när det blir kallare ökar isarnas utbredning, och eftersom is reflekterar tillbaka en större del av det inkommande solljuset tillbaka ut i rymden (jämfört med barmark) bidrar den ökade isutbredningen till att det blir ännu kallare - alltså en positiv återkoppling. På samma sätt förhåller det sig med snö och med havsis. En annan positiv återkoppling är hur uppvärmning kan få den tinande sibiriska tundran att släppa ifrån sig metan och andra växthusgaser vilket förstärker uppvärmningen. Den möjligen allra mest betydelsefulla positiva återkopplingen har med vattenånga att göra: varmare luft har större förmåga än kallare att hålla vattenånga, och eftersom vattenånga är en växthusgas leder det till ökad uppvärmning. Därtill har vi effekten av moln (som inte skall förväxlas med vattenånga) vilka kan både reflektera solstrålning och stänga in värme. Molnbildning är den mest svårmodellerade av de stora återkopplingsmekanismerna, och kan fungera antingen som positiv eller negativ återkoppling beroende på molnens höjd och andra karaktäristika.

Summan av alla dessa återkopplingar är av enorm betydelse för vad fortsatta antropogena växthusgasutsläpp kan väntas leda till. De utgör också den största källan till osäkerhet. Växthuseffekten i sig kan vi kvantifiera med god precision, så när vi t.ex. i den fjärde IPCC-rapporten läser att koldioxidens klimatkänslighet (definierad som den temperaturuppgång en fördubblad koldioxidhalt i atmosfären leder till) uppskattas till mellan 2 och 4,5 °C, så kommer det breda osäkerhetsintervallet mestadels från bristande precision i vår förståelse för återkopplingseffekterna.

Detta har klimatskeptiker snappat upp, och lägger numera stor energi på att attackera och söka förvanska det klimatvetenskapliga kunskapsläget om just återkopplingar.⁸ Så t.ex. kan det, i en debattartikel undertecknad av tio företrädare för Stockholmsinitiativet, heta att klimatmodellerna "är konstruerade så att måttligt förhöjda halter av koldioxid i atmosfären ger upphov till en avsevärd uppvärmning", med tydlig antydan om att återkopplingarnas styrka i modellerna är gripna ur luften eller rentav valda i syfte att ge alarmerande framtidsscenarier - det jag kallar Invändning III ovan. Någon egentlig underbyggnad för denna allvarliga anklagelse mot klimatvetenskapen ges emellertid inte, vare sig av Stockholmsinitiativet eller någon annan.

I själva verket är det så att vetenskapen arbetat sig fram till den av IPCC redovisade uppfattningen om återkopplingarnas styrka och koldioxidens klimatkänslighet längs flera parallella spår, vilka sammantagna gör det evidentiella stödet för att klimatkänsligheten ligger i eller i närheten av det angivna intervallet 2 till 4,5 °C starkt. För en pedagogisk framställning av vari detta evidentiella stöd består vill jag varmt rekommendera ett bokkapitel av klimatforskaren Stefan Rahmstorf med rubriken Anthropogenic Climate Change: Revisiting the Facts. En annan bra källa i sammanhanget är Kapitel 9 (se speciellt Avsnitt 9.6) i IPCC:s Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Här vill jag kort nämna tre av dessa spår, varav det tredje bygger på de istidscykler jag diskuterat ovan.

Ett sätt - det kanske mest självklara - att tackla frågan om återkopplingar är att analysera fysiken i varje återkopplingsmekanism för sig, för att utröna deras styrka. Därefter utreder man, med hjälp av datormodeller eller på annat vis, vad de olika återkopplingsmekansimerna summerar sig till.

Ett annat sätt bygger på att studera temperaturutveckingen under t.ex. det gångna århundradet. Vi kan med hygglig noggrannhet uppskatta hur mycket den direkta växthuseffekten av koldioxidökningen påverkat jordens strålningsbalans. Detta kompletterar vi med motsvarande uppskattningar för andra klimatdrivande faktorer, som varierande solstrålning och antropogena aerosolutsläpp, och summerar alla de olika effekterna. (På sidan 16 i den senaste Summary for Policymakers av IPCC:s arbetsgrupp 1 finns en bra bild som sammanfattar uppskattningarna. Speciellt aerosolerna, vilkas största klimatdrivande bidrag består i att reflektera solstrålning vilket har en nedkylande effekt, ger upphov till betydande osäkerhet i kalkylen.) Därefter beräknar vi, med hänsyn taget till klimatsystemets inneboende tröghet (all uppvärmning kommer inte genast som respons på en förändrad strålningsbalans), hur stor temperaturhöjning dessa faktorer borde ha lett till utan återkopplingseffekter, och jämför med den faktiskt observerad temperaturhöjningen.⁹ Kvoten mellan den observerade temperaturhöjningen och den teoretiskt beräknade ger en uppfattning om hur starka återkopplingar vi har i klimatsystemet; om kvoten är större än 1 pekar det på att vi totalt sett har en positiv återkoppling, medan en kvot mindre än 1 pekar på negativ återkoppling.

Detta sätt att skatta den totala återkopplingen bygger (liksom nästa) på den viktiga insikten att varje återkoppling som inbegriper temperaturen fungerar på samma sätt oavsett vad som kickade igång den ursprungliga temperaturökningen.

Det tredje metoden för att skatta återkopplingarnas styrka bygger på istidsdata. Som jag förklarat ovan är de av Milankovitchcyklerna orsakade solinstrålningsvariationerna otillräckliga för att ensamma förklara den kraftiga amplituden i istidscyklernas temperaturvariationer. Detta tyder starkt på förekomsten av positiv återkoppling. Med en mer förfinad kvantitativ analys kan man uppskatta storleken på återkopplingen och därmed också koldioxidens klimatkänslighet.¹⁰ Liksom andra skattningsmetoder tenderar detta att ge resultat i linje med IPCC:s trolighetsintervall om 2 till 4,5 °C.

Alla sätt att skatta klimatkänsligheten har sina specifika felkällor. Vad gäller de istidsdatabaserade skattningarna så ligger naturligtvis en svårighet i att klimatkänsligheten inte behöver vara konstant utan kan variera med klimatförhållandena, vilka under de gångna istidscyklerna uppenbarligen skiljde sig markant från dem vi har idag. När jag vid ett seminarium i våras frågade klimatskeptikernas stora idol Roy Spencer om hur han fick ihop sina idéer om extremt låga värden på klimatkänsligheten med dessa paleoklimatologiska studier valde han att avfärda frågan med något om att han "är intresserad av egenskaper inte hos forna tiders klimatsystem utan hos dagens". Här tycker jag att han gjorde saken lite väl enkel för sig. Den som tror att det värde på klimatkänsligheten som dominerat i hundratusentals år nu plötsligt ersatts av ett helt annat och mycket lägre har en stor bevisbörda att bära, och behöver åtminstone försöka skaka fram en trovärdig hypotes om mekanismen bakom en sådan förändring.

Avslutningsvis vill jag nämna att olika återkopplingsmekanismer går olika snabbt, alltifrån den mycket snabba vattenångan till inlandsisarna som kan ta tusentals år på sig att smälta och ge fullt utslag på planetens albedo. Hansen et al (2008) lyfter i en läsvärd artikel fram paleokimatologisk evidens för att att de gängse skattningarna av klimatkänsligheten kanske bara är riktiga om endast de relativt snabba återkopplingarna beaktas, medan det i de riktigt långa tidsperspektiv i vilka t.ex. Grönlands istäcke hinner smälta bort kan vara riktigare att räkna med en klimatkänslighet om cirka 6 °C.

Fotnoter

1) Celest mekanik är läran om himlakroppars rörelser.

2) Interglacial är benämningen på perioden mellan två istider.

3) Den latinska frasen non sequitur betyder bokstavligen "följer ej", och används som beteckning på felaktiga slutledningar.

4) Invändning I kan förefalla så fåraktig att ingen vettig människa rimligtvis kan anföra den och att det därför är onödigt att ta upp den. Och mycket riktigt är det nästan uteslutande de rena noviserna bland klimatbloggare som tar upp den. Men även en storsäljande författare som Michael R. LeGault dristar sig att använda argumentet i sin bok Think. Ironiskt nog är LeGaults huvudbudskap i boken en allmän maning till sina landsmän om ökad intellektuell stringens. Se gärna min recension av boken.

5) Ett användbart sätt att identifiera en non sequitur är att tillämpa samma resonemang på något fall där det mer uppenbart leder fel. Här kan vi t.ex. konstatera att det plötsliga försvinnandet av skog från kvadratkilometerstora landytor före människans tid uteslutande orsakades av stormar och andra icke-antropogena faktorer, och dra (den felaktiga) slutsatsen att inte heller dagens kalhyggen kan ha något med mänsklig aktivitet att göra.

6) Se t.ex. den Expressen-artikel som tre företrädare för Stockholmsinitiativet publicerade 2008, där det heter att "'den globala uppvärmningen' är ett resultat av att man i [förenklade datormodeller] förutsätter att temperaturen ska följa den atmosfäriska koldioxidhalten trots att alla tillgängliga observationer visar att det förhåller sig precis tvärtom: koldioxiden följer temperaturen". Se vidare mitt bemötande i Folkvett senare samma år.

7) Varför ebbar spiralen ut istället för att fortsätta mot allt högre höjder så att klimatet bokstavligen går åt helvete? Detta förklaras i våra tidigare bloggposter Vågar du åka bil? och Ingen Venus att vänta.

8) Att resonera med klimatskeptiker kan ofta kännas som att prata med en vägg, men faktum är att jag tycker mig skönja en tendens till framsteg i deras retorik under de senaste ett till två åren. Det har blivit allt ovanligare att de tar avstånd ifrån att ökad koldioxidhalt ger upphov till ökad växthuseffekt, eller ifrån att det gångna århundradets ökning av atmosfärens koldioxidhalt har antropogena orsaker. Sedan de till slut funnit det ohållbart att försvara sådana avståndstaganden har de alltmer gått över till att istället ifrågasätta den gängse vetenskapliga synen på återkopplingar, vilket är något rimligare eftersom återkopplingar är ett område där vetenskapen alltjämt dras med stora osäkerheter.

9) Om man i denna uträkning bortser från såväl andra klimatdrivande faktorer än koldioxid som klimatsystemets tröghet landar man i vad vi kan kalla Gösta Walins kalkyl, vilken jag behandlat i en tidigare bloggpost. Walins kalkyl ger ett grovt vilseledande värde på koldioxidens klimatkänslighet och är (just därför) mycket populär i Stockholmsinitiativskretsar.

10) Om man räknar direkt på insolationsförändringen medelvärdesbildad över hela jordytan, vilken har ett mycket litet värde, får man emellertid orimligt höga värden på återkoppling och klimatkänslighet. Vad som kickar igång en övergång mellan istid och interglacial är egentligen inte så mycket den totala insolationen som en (avsevärt större) omfördelning mellan södra och norra halvklotet. Beräkningarna kräver i själva verket sofistikerade statistiska metoder som det skulle föra alltför långt att gå in på här. Se t.ex. Lorius et al (1990), Hoffert och Covey (1992), Masson-Delmotte et al (2006) och Hansen et al (2008).

Bilder:
Is och Milankovitchcykler båda Wikipedia commons.
Från Gores film.

Konspirationsteorier bakom Climategate

Uppsalainitiativets Per Edman skriver på Newsmill under rubriken "Klimatbloggarna: konspirationsteorier bakom Climategate":

Det går säkert att hitta oförsiktiga formuleringar i femton års mailväxling mellan kollegor - hårda ord, facktermer, fikonspråk - men inte ens de som helst av allt vill hitta konspirationen har hittat något sådant i den enorma mängd e-post som stulits. För i så fall, tro mig, hade det synts i tidningsrubrikerna.

Det finns ett mönster i galenskapen pseudovetenskap. Det mönstret är att alltid hävda att något fattas, att något döljs. Detta är inte första gånger forskare anklagas för att hålla tillbaka data. Oavsett vilken data som lämnas ut finns det tydligen alltid mer som fattas. För fem år sedan krävdes att Michael Mann skulle lämna ut sin programkod och data. Det gjorde han. Det räckte inte och kritiken fortsatte. För ett par år sedan krävdes att GISTEMP-datan och programkoden skulle utlämnas. Det gjordes då också. Det räckte inte heller och kritiken fortsätter ändå.

För att ytterligare gå de intresserade till mötes har de på Real Climate lagt upp en sida med länkar till mängder av viktiga datakällor och programkoder och de kommer att fortsätta att utveckla denna. Vi hoppas att de får ett tack och erkännande för sin ansträngning av alla engagerade "klimatskeptiker".

Notera:
Då det finns en artikel om e-poststölden här så kommer debatten kring denna att hänvisas till detta inlägg. Pers artikel kommenteras lämpligen på Newsmill. Tack skickas naturligtvis direkt till Real Climate.

Recension: Global Warming - Understanding the forecast

Det finns många böcker kring global uppvärmning men få riktade till allmänheten som beskriver fysiken bakom fenomenet mer än översiktligt. David Archers Global Warming - Understanding the forecast är en bok som just fyller den luckan.

Boken är baserad på en kurs för icke-naturvetare vid University of Chicago som hålls av Archer och Ray Pierrehumert. Till boken finns också ett stort antal interaktiva modeller och annat extramaterial, inklusive videoinspelningar av föreläsningar. (Se boklänken ovan.)

Archer beskriver de fysikaliska grunderna för växthuseffekten från enkla lagermodeller till detaljerade spektrallinjeanalyser och realistisk atmosfär. Frågan om koldioxidens logaritmiska växthuseffekt får här ett ypperligt svar. Atmosfärens cirkulation samt de viktiga återkopplingarna: vattenånga, is och moln beskrivs och förklaras även de.

Ett kapitel handlar om kolcykeln, Archers eget forskningsområde. Här beskrivs bland annat koldioxidens roll för istiderna och dess koppling till temperaturförändringarna genom de så kallade Milankovitchcyklerna. De fossila bränslena och utsläppen från dessa får också ett eget kapitel liksom de förändringar i kolcykeln som vi ger upphov till.

Som förberedelse för de avslutande kapitlen kring förutsägelserna ges en genomgång av beläggen för den pågående temperaturökningen och de faktorer som styr denna. Följande kapitel tar upp de viktigaste förutsägelserna om framtida klimatförändringar och orsakssambanden bakom dem. Boken avslutas med ett resonemang kring möjligheter och begränsningar som inverkar på beslut i klimatfrågan.

Den är mer lärobok, inklusive repititionsfrågor i slutet av kapitlen, än den berättande populärvetenskap som vi möter hos författare som Richard Dawkins och Simon Singh.¹ Även med tanke på den läroboksstil som Archer valt hade han gärna fått låta boken växa från sina förvånansvärt få sidor för att få plats med fler intressanta aspekter. Jag skulle gärna sett mer om klimatmodeller och observationer av de beskrivna fysikaliska fenomenen för att nämna ett par saker.

Sammantaget ger dock boken en mycket god introduktion till de grundläggande vetenskapliga sambanden kring global uppvärmning för den nyfikne med ett naturvetenskapligt intresse samtidigt som även den mer insatte läsaren alltid finner viktiga punkter belysta på ett givande sätt.

Förlag: Wiley-Blackwell
ISBN: 978-1405140393

1 För en historiskt baserad beskrivning av de klimatvetenskapliga frågorna kring global uppvärmning rekommenderas varmt Spencer Wearts bok The Discovery of Global Warming

Reklamen var ärligare förr

Annonsen är från 1962. Humble Oil gick sedan ihop med Standard Oil och blev EXXON.

Så hur kan det se ut idag?

Under förra året spenderade kolindustrin i USA ca $40 miljoner dollar på kampanjen "Clean Coal". Inte på forskning , utveckling och teknologi utan på annonser som denna:

Aerosoler, moln och klimat: Kosmiska strålar I

Vi har i en tidigare post givit en introduktion till luftburna partiklars inverkan på väder och klimat. Efter vår post om solens inverkan är det nu dags att gå igenom de påstådda sambanden mellan kosmiska strålar och molnbildning, och därigenom vårt klimat.





Så som filmen demonstrerar krävs det partiklar som vattenånga kan kondensera på för att dimma eller moln ska bildas. Annars håller sig vattenångan övermättad i luften. Partiklar med egenskapen att vara "attraktiva" för vattenånga att kondensera på kallas molnnukleationskärnor (CCN, Cloud Condensation Nuclei). En viktig egenskap är att de inte får vara för små, en diameter runt 100-200 nanometer ett vanlig tröskelvärde. En stor del av antalet partiklar i atmosfären är så kallade sekundära partiklar, vilket avser att de är bildade genom kondensation av gaser. Exempelpå detta är organiska ämnen, som vid oxidation i atmosfären blir mindre flyktiga (dvs får lägre jämviktsångtryck), blir övermättade och tillsammans med vattenmolekyler kondenserar till fast fas eller vätska. Svaveldioxid som blir till svavelsyra och kväveoxider som blir salpetersyra kan gå samma öde till mötes.

Figur 1. Blåaktigt dis bestående av sekundära partiklar i Blue Mountains, Australien.

Nukleationshändelser

Dock bildas som regel inte nya partiklar kontinuerligt i atmosfären. Så länge bildandet av mindre flyktiga ämnen i luften sker tillräckligt långsamt och det redan finns partiklar kommer de bildade molekylerna att fastna på de redan befintliga partiklarna istället för att bilda nya. Under speciella mikrometeorologiska förutsättningar, med snabb oxidation och få redan befintliga partiklar, kan nya partiklar bildas i stort antal. Dessa sk. nukleationshändelser har observerats i vitt skilda miljöer, allt från finsk barrskog som är nästan helt opåverkad av mänsklig aktivitet till kraftigt förorenade områden som exempelvis Mexico City.

Både naturliga och människoalstrade ämnen deltar i dessa processer. Det som händer i grova drag är att molekyler klumpar ihop sig till kluster, som sedan växer till genom att fler molekyler fastnar på dem. Den detaljerade beskrivningen av processen är dock oklar, mycket beroende på svårigheter med mätteknik. Sedan många år tillbaka finns mätutrustning som klarar att räkna partiklar med diametrar ner mot ungerfär 3 nanometer, vilket möjliggjort den mycket stora mängd studier som forskare gjort, både i lab och i fält. Dock har dessa instrument inte kunnat följa av de första stegen hos en nukleationshändelse.

Joninducerad nukleation

Det finns problem med de teoretiska beskrivningarna av nukleationsprocesser. De modeller som används ger ofta alldeles för få partiklar jämfört med mätningarna. Något saknas i vår förståelse, helt enkelt. Forskare har föreslagit ett antal lösningar på detta, varav joninducerad nukleation¹ är en. Idén är att den elektriska överskottsladdningen hos joner i luften kan stabilisera små kluster av några få molekyler så att de kan fortsätta växa, en tanke som är väl förankrad i de modeller som beskriver sådana system. Det är välkänt att kosmiska strålar är en viktig källa till joner i atmosfären, så vi har ett tänkbart orsakssamband:

Kosmiska strålar -> joner -> kluster -> partiklar -> CCN -> molndroppar -> täta moln med lång livstid -> högre albedo -> nedkylning

Forskare i Köpenhamn (bland andra Henrik Svensmark) har genomfört laboratorieexperiment² som visar att droppar av svavelsyra och vatten bildas mer effektivt i närvaro av joner. Bevisar då det att koldioxiden saknar klimatpåverkan, att Köpenhamnsmötet bör ställas in och en rättegång bör inledas mot klimatforskarna?

Nej, inte riktigt så. I laboratorieexperiment försöker forskare bara variera ett fåtal parametrar, medan de andra hålls konstanta. På detta sätt kan ett samband härledas, men det gör också att resultaten inte utan eftertanke kan tillämpas på den komplexa situation som råder i den verkliga atmosfären. I fallet med de danska experimenten finns flera sådana problem. Koncentrationen av svaveldioxid är högre än vad den vanligtvis är i atmosfären och experimenten följer inte partiklarnas tillväxt upp till den storlek som krävs för att de ska vara aktiva i molnnukleation. Dessutom finns andra, mer beprövade, hypoteser om att organiska ämnen bidrar vid nukleationen.

Det tycks florera ett missförstånd bland så kallade "skeptiker" i klimatfrågan som gör gällande att medan alla andra forskare satt introvert och trixade med datormodeller, kavlade Svensmark upp ärmarna och började göra experiment. Så är naturligtvis inte fallet, det pågår massor med experimentell forskning om aerosolers bildning och tillväxt på många institutioner över hela världen.

Mätningar i atmosfären

Nyligen har finska forskare³ utvecklat en mätuppställning som kan detektera partiklar som är ännu mindre än 3 nanometer och även avgöra ifall dessa är laddade eller inte. Mätningar i Hyytiälä i den finska barrskogen visade att joninducerad nukleation spelade en underordnad roll. Givetvis måste fler mätningar i olika miljöer tillkomma för att kunna dra fullständiga slusatser. Partikelbildning har studerats i Hyytiälä sedan 1990-talet och nyligen har statistiska analyser av de eventuella sambanden mellan kosmisk strålning publicerats⁴. Inga eller mycket svaga samband hittades.

Satelliterna då, dom borde väl kunna säga något? Jo, Henrik Svensmark med medarbetare har genom åren föreslagit ett antal olika korrelationer mellan kosmiska strålar och olika parametrar som beskriver aerosoler och moln. Dessa har granskats av andra forskare och har funnits vara falska eller spuriösa. Nu har en ny artikel⁵ publicerats där drastiska minskningar i flödet av kosmiska strålar på grund av händelser på solen kopplas till minskad molnighet. En annan studie⁶ visar ingen, eller ytterst liten, effekt av samma händelser.

Vi kan alltså dra slutsatsen att beläggen för en kraftig inverkan av kosmiska strålar på väder och klimat på Jorden är spretiga och ganska svaga. I en kommande post tänker vi ta upp frågan om hur väl den på pågående uppvärmningen kan beskrivas av förändringar i flödet av kosmiska strålar.

Referenser:
1. Enghoff och Svensmark, 2008, Atmos. Chem. Phys., 8, 4911–4923.
2. Enghoff mfl., 2008, J. Phys. Chem., 112, 10305–10309.
3. Kulmala mfl., 2007, Science, 318, 89-92.
4. Kulmala mfl., 2009, Atmos. Chem. Phys, Discuss. 9, 21525–21560.
5. Svensmark mfl., 2009, Geophys. Res. Lett., 36, L15101.
6. Kristjánsson mfl., 2008, Atmos. Chem. Phys., 8, 7373-7387.

Köpenhamnsdiagnosen

Inför Köpenhamnsmötet (COP-15) har en ny rapport sammanställts där vetenskapliga granskade artiklar som publicerats sedan IPCCs senaste rapport sammanfattas.

Rapportern är skriven av tjugosex framstående klimatforskare med gedigen bakgrund inom respektive område och baseras på artiklar i ledande vetenskapliga tidskrifter. Den lyfter bland annat fram följande punkter:

• Utsläppen av koldioxid från fossilbränslen var 2008 nära 40% högre än 1990. Även om utsläppen av koldioxid stabiliseras på nuvarande nivå räcker det med ca 20 år till för att nå 25 % risk att den globala uppvärmningen överstiger 2 grader Celsius. För vart år som handling skjuts på framtiden ökar risken att tvågradersmålet överskrids.

• Senaste 25 åren har Jordens medeltemperatur stigit med 0,19 grader per decennium, vilket stämmer mycket väl med förutsägelser baserade på växthusgaser. Även senaste decenniet har trenden varit stigande trots minskad solintensitet. Kortsiktiga naturliga variationer pågår som vanligt men ingen signifikant förändring av den underliggande uppvärmningstrenden har skett.

• Accelererad smältning av issköldar och glaciärer, ett stort antal satellit- och ismätningar visar nu entydigt att både Grönlands och Antarktis istäcken förlorar massa med en accelererande takt. Avsmältning av glaciärer världen över har också accelererat sedan 1990.

Observationer av Antarktis ismasseförändring. Bleka rutor IPCC AR4 övriga senare undersökningar.

• Sommarisens avsmältning i Arktis har accelererat långt bortom förväntningarna i klimatmodellerna. Avsmältningen mellan 2007 och 2009 var ungefär 40% större än medelförutsägningen från IPCC AR4 klimatmodeller.

• Havsnivån förutsägs troligen stiga med mer än 1 meter om inte åtgärder vidtages. De nya förutsägelserna är att havsnivån troligen stiger dubbelt så mycket under detta sekel som vad som angavs i IPCC AR4. Ökningstakten under senaste 15 åren är 3,4 mm/år vilket är 80% över förväntningarna men stämmer med den observerade avsmältningen av Grönland och Västantarktis. Havsnivån kommer att fortsätta att stiga under flera sekel efter det att koldioxidnivån stabliserats.

• Försenade åtgärder riskerar att skapa orepararabla skador. Känsliga system som de kontinentala issköldarna, Amazonas och Sydostasiatiska monsunen kan förändras snabbt och oåterkallerligen om dagens uppvärmning får fortsätta under resten av seklet. Risken att passera dessa tröskeleffekter ökar snabbt med ökad uppvärmning och några kan passeras innan vi inser det.

Områden med identifierade risker för tröskeleffekter

• För att nå tvågradersmålet måste åtgärder sättas in snabbt. Globala utsläppen måste nå sitt maximum mellan 2015 0ch 2020 och sedan snabbt minska. De genomsnittliga utsläppen måste minska till under ett ton koldioxid per person till 2050. Detta är 80-90% under 2000-års utsläpp i industraliserade länder.

Utsläppskurvor för 75% chans att klara tvågradersmålet.

Rapporten är skriven för beslutsfattare, journalister och allmänhet och innehåller svar på många vanliga frågor. Rekommenderad.

Alla bilder ur rapporten

Bästa klimatskeptiker, Stockholmsinitiativet och andra!

Jag tänkte koncentrera mig på vetenskapsfilosofen Imre Lakatos' gamla men intressanta utsaga:

"There's no falsification before the emergence of a better theory"

När man kritiserar etablissemangets modeller och teorier, så kan det vara en stor fördel för alla parter att sammanfatta vad man anser är felaktigt. I början är det naturligtvis nyttigt att påpeka diverse kilar och svagheter, och att gruppen som står för den etablerade teorin - i vårt fall: en global och människo-inducerad uppvärmning - svarar på frågorna, tittar på sina diagram, finslipar, skippar felaktigheter, tar lärdom, etc...

Men efter ett tag, efter många och långa turer, märks det att det blir trassligt om inte kritikerna samlar ihop sina upptäckta kilar till en rimlig alternativ teori, dvs något som de själva säger "JA" till.

Kilarna, dvs de många invändningarna mot t ex IPCCs modeller - bör inte emotsäga varandra på viktiga punkter, utan istället bilda ett eget rimligt sammanhängande alternativt system för klimatförutsägelser: något som kan falsifieras/ifrågasättas. Vad ska vi jobba efter för modeller istället för de nuvarande?

Vad som behövs i den skeptiska diskussionen är alltså klimatmodeller som på ett bättre sätt förutsäger klimat och medeltemperaturer, och på ett rimligare vis förklarar de resultat vi har från mätningar hittills.

* Vi på Uppsalainitiativet ber således om konkreta alternativa icke inbördes motsägande modeller, här bland kommentarerna.

* Och vi önskar framförallt tydlig motivering i kommentarsposterna om varför den alternativa teori som presenteras (alltså den som på ett rimligare sätt än människo-inducerad uppvärmning, förklarar de flesta av/alla temperaturtrender och klimatmätningar) ska ersätta IPCCs modeller och diagram. M a o, inga oförklarade länk-listor, tack.

mvh

/Cecilia

Ps. Ni får bli hur tekniska som helst, ingen fara. Ös på med integraltecken och formler, om ni behöver.

Relaterad post: Lackmustest för alternativa hypoteser

SvD: Statsministern om klimatmötet i Köpenhamn, Dagen: Kamp mot fattigdom och mot global uppvärmning, DN: Miljardkrav på industriländer inför Köpenhamnsmöte

Photo by: Kok Leng, Maurice Yeo, Singapore. License: Creative Commons Attribution 2.0

Konspirationer, hårda ord och stulna data

Som de flesta som följer klimatdebatten förmodligen känner till begicks nyligen ett dataintrång på University of East Anglias klimatforskningsenhet. Över 1 000 epostmeddelanden och 3 000 dokument laddades upp på en rysk ftp-server och spreds sedan snabbt. Den så kallat "skeptiska" delen av bloggosfären kastade sig med sedvanlig avsaknad av skepticism över uppgifterna och utropade (återigen) en konspiration avslöjad och den antropogena globala uppvärmningen falsifierad.

Vad som absolut tydligast framkommer av den stulna korrespondensen är att klimatforskarna (till exempel CRU-chefen Phil Jones och amerikanen Michael Mann) inte hyser några varmare känslor för de föregivet "skeptiska" debattörer som under lång tid sökt misstänkliggöra deras forskning. Bloggaren Steve McIntyre omnämns som bland annat en "idiot" och i ett mail kallas nyheten om klimathotsförnekaren John Dalys död "cheerful". Inte särskilt smakfullt men inte heller särskilt överraskande.

Det är inte heller överraskande att forskarna var upprörda över publiceringen av ett antal "skeptiska" artiklar (Soon and Baliunas (2003), Douglass et al (2008) och McClean et al (2009)), och diskuterade hur artiklar som dessa – som de menar håller undermålig vetenskaplig kvalitet – ska kunna hindras från att slinka igenom peer review i fortsättningen.

En formulering som på vissa håll tagits som bevis på forskningsfusk är Phil Jones omtalande av Michael Manns temperaturrekonstruktion från 1998 som ett "trick". Men det framgår ganska väl av sammanhanget att det handlar om ett slanguttryck med betydelsen "ett bra sätt att hantera ett problem" (som Real Climate påpekar i en föredömligt nykter kommentar till affären). Även orden "to hide the decline" låter misstänkta, men den nedåtgående kurva efter 1960 det handlar om (i Keith Briffas temperaturrekonstruktion) är ingen nyhet i forskarvärlden utan diskuteras i flera artiklar (det kallas "the divergence problem" och består i att vissa trädringsserier visar minskad tillväxt efter 1960, trots att temperaturen enligt instrumentmätningar stigit).

Det handlar alltså om komplicerade vetenskapliga processer som avhandlas mellan forskare, vars förförståelse är stor och som – eftersom det rör sig om privat kommunikation – uttrycker sig betydligt slarvigare än de gör när de vänder sig till allmänheten. Men några bevis för forskningsfusk finns alltså inte i det material jag hittills sett. Av förståeliga skäl har jag inte läst orginalmaterialet.

Däremot framgår tydligt hur störda och missnöjda forskarna är över somliga så kallade "skeptikers" upprepade krav på att få tillgång till forskningsmaterialet, och att de diskuterar hur de ska kringgå dessa krav. Om detta utgör ett brott mot den brittiska Freedom Of Information Act (ungefär motsvarande den svenska offentlighetsprincipen) tvivlar jag på, men jag är osäker.

Vad som dock är ställt utom tvivel är att dataintrång är ett allvarligt brott. Fördömanden av detta har lyst med sin frånvaro i klimathotsförnekarnas kommentarer. Det konsensus som finns inom klimatvetenskapen att de pågående klimatförändringarna till huvudsak är orsakande av mänskliga aktiviteter stöds av flera oberoende kedjor av belägg. Att ett antal forskare inom en av dessa kedjor misskrediteras ändrar inte detta.

Huruvida det verkligen har förekommit några oegentligheter har redan blivit en bisak. Affären har fått genomslag i mainstreammedia och allmänhetens reaktion är förstås i linje med klimathotsförnekarnas agenda: Mer förvirring och tvivel.

Uppdatering:

Real Climate fortsätter tillhandahålla kontext till de lösryckta citat som cirkulerar på nätet.

Intervju med Spencer Weart
Officiellt uttalande från CRU

Trenberth, kommenterar misstolkningar av hans mejl:

The quote has been taken out of context. It relates to our ability to track energy flow through the climate system. We can do this very well from 1992 to 2003, when large warming occurred, but not from 2004 to 2008. The quote refers to our observation system which is inadequate to observe Earth's energy flows at the accuracy needed to understand small fluctuations in climate; it does not mean there is no global warming, as is often interpreted by the likes of Danaher. What is does mean is that our observing system is not adequate to fully track the energy in ways that allow us to understand and make best statements about the effects of natural climate variability: the La Niña of 2007-2008, and the current El Niño, for instance.

... But global warming does not stop weather from happening, and cold outbreaks continue and are fully expected. It does not stop winter. And it does not stop La Niña from happening and setting up unusually cold regional patterns of weather across the United States and other parts of the world that last a year or two.

To misunderstand the role of weather and natural climate variability the way it is being done is to undermine much-needed actions in limiting carbon dioxide emissions. Global warming is happening. It will continue to happen and the way we are going it will jeopardize the very nature of climate on planet Earth some decades from now. Because of the long lifetime of carbon dioxide, by the time it is so obvious to everyone, it will be far too late to do anything about it.

Peter Sinclair går igenom argumenten:

Ribbing slåss mot vindmätare

Ribbing kör i sin artikel i SvD den 16/11 ett varv till på sitt favorittema. De troposfäriska temperatur-trenderna. Vi får återigen läsa om Douglass och hur fånigt det är att mäta temperatur med hjälp av vindhastigheten.

Med ökad växthuseffekt förväntas temperaturen öka snabbare i övre delarna av troposfären än nära Jordytan och minska i stratosfären. I början av 2000-talet uppstod ett vetenskapligt problem. De analyser av trender som då blev klara, baserade på temperaturdata från radiosonder

och satelliter, visade inte entydigt den förväntade ökningen i troposfären. Speciellt i tropikerna var skillnanden betydande.

Och vad händer?

Jo, riktiga forskare gör som riktiga forskare alltid gör. De kastar sig över problemet för att lösa det: Är det fel i våra teorier? Är det problem med mätningarna? Kan vi använda nya metoder för att ringa in problemet och lösa det? De samarbetar och gör vetenskapliga genomgångar av situationen.

Sedan har vi kontroverskrämarna som ropar i alla medier de kan "Ha ha, de har problem, ha ha! Kom och lyssna gott folk!".

Vi vet naturligtvis var det slutar. Forskarna löser problemet¹ och krämarna fortsätter att referera till gamla utdaterade eller usla artiklar.

Att använda vinddata för att studera troposfärens temperaturkurva är ingen nödlösning utan trovärdighet som Ribbing vill få det till utan en genialisk applikation av atmosfärsfysikaliska principer. Allen och Sherwood utnyttjar att den termiska vinden uppstår då lägre latituder är varmare än högre. Det gör att i snitt finns det en ökande tryckskillnad mellan sydliga och nordliga latituder med ökande höjd. Denna skillnad driver en västlig luftström.² Västvinden ökar med ökande temperaturgradient och det är denna effekt som utnyttjas för att bestämma temperaturutvecklingen. Fördelen med denna metod är att vindhastigheten vid olika höjder mäts genom radiopejling av ballongens rörelse och är helt oberoende av instrumentbyten och annat som stör temperaturserierna baserade från ballongens sensorer.³

Läs mer om Ribbings referenser i en tidigare post.

1) Naturligtvis fortgår ständigt det vetenskapliga arbetet med nya rön.
2) Jag kan rekommendera Ribbing att läsa G H Liljequists klassiska grundbok "Meteorologi" från 1962, sid. 280-286 för en härledning av den termiska vindekvationen.
3) Även satellitmätningarna har en historia av felkällor.

Bildkälla

Stockholmsinitiativet ger sitt bästa?

Stockholmsinitiativet får av någon anledning husera fritt med felaktigheter på SvD Brännpunkt. Nu senast hävdar man att det finns 100-tals artiklar som visar att IPCC har fel, var de finns vet inte jag och jag hoppas att det inte är denna lista man åsyftar. Stockholmsinitiativet har valt att lyfta fram tre artiklar som man hävdar pekar ut felen i växthusteorin, man hävdar att det är:

”…tre mycket graverande forskningsresultat som går tvärs emot IPCC:s modeller”

Låt oss ta en snabbtitt på dessa artiklar.

1. A comparison of tropical temperature trends with model predictions.

Denna artikel är redan bemött och visats felaktig i den vetenskapliga litteraturen:

Consistency of modelled and observed temperature trends in the tropical troposphere

Som har en mer populärvetenskaplig följd som går att läsa här.

2. Trends in middle- and upper-level tropospheric humidity from NCEP reanalysis data

Låt oss börja med att citera artikelförfattarna själva:

”It is accepted that radiosonde-derived humidity data must be treated with great caution”

Man har alltså gjort en analys på data som måste hanteras

med stor försiktighet. Det är inte bara denna författare som

gjort den slutsatsen, Soden et al skriver till exempel följande och ger referenser:

”Although an international network of weather balloons has carried water vapor sensors for more than half a century, changes in instrumentation and poor calibration make such sensors unsuitable for detecting trends in upper tropospheric water vapor (27). Similarly, global reanalysis products also suffer from spurious variability and trends related to changes in data quality and data coverage (24)”

Kan man då inte göra bättre och säkrare analyser? Jodå. Till exempel använder sig följande två författare av satelitdata som inte har samma problem och dessa artiklar visar att vattenånga har en positiv återkoppling.

Water-vapor climate feedback inferred from climate fluctuations, 2003–2008

The Radiative Signature of Upper Tropospheric Moistening

Se även Board on Atmospheric Sciences and Climate Understandings climate change feedbacks och A Matter of Humidity eller lyssna på podcast med forskarna.

Låt oss gå vidare till nr 3: On the determination of climate feedbacks from ERBE data

Artikeln är så nyligt publicerad att inget svar hunnit dyka upp i någon vetenskaplig journal, men var lugn, det kommer. Det tog inte lång tid innan klimatforskaren James Annan visade på några problem i sin blogg, och som om detta inte var nog har en av pseudoskeptikernas egna favoriter trashat artikeln här.

Att Stockholmsinitiativet inte går att lita på vet vi sedan tidigare. Det är hög tid att agera i klimatfrågan.

Ingen Venus att vänta

Finns det risk att Jorden blir en växthusöken som Venus? Svaret är nej. Låt oss se på varför.

Vatten liksom de allra flesta ämnen kan vara antingen gas (ånga), vätska eller fast (is). Vid höga tryck och låga temperaturer är vatten fast, vid hög tempratur och eller lågt tryck är vatten gas och i ett mellanområde vätska. Detta kan beskrivas i ett fasdiagram för vatten. Se nedan.

Om vi gör ett tankeexperiment och startar med en planet som har en helt torr atmosfär och tillför vattenånga tex. genom avdunstning från hav. Mängden vattenånga kommer att öka och därmed vattenångans partialtryck. Samtidigt ger vattenångan i atmosfären upphov till en växthuseffekt som ökar temperaturen vilket bidrar till mer vattenånga i atmosfären. Vi får en positiv återkoppling. Var detta slutar beror på planetens ursprungstemperatur.

För Mars som ligger på ca 1,5 ggr jordens avstånd från solen är "torrtemperaturen" långt under noll grader. (Medeltemperaturen på Mars är idag -46 grader). Vattenångan kommer snart att uppnå ett partialtryck som leder till mättnad och iskristallbildning. Se röda kurvan i diagrammet nedan.

Jorden är närmare Solen och där med har den en varmare torrtemperatur. Vattenångan kan här uppnå betydligt högre partialtryck och där med kraftigare växthuseffekt innan den når mättnad och faller ut som regn. Se blå kurvan i diagrammet nedan. Vår förbränning av fossila bränslen med tillhörande koldioxidutsläpp kan beskrivas som en förskjutning av den blå kurvan mot högre temperatur.

Venus närhet till Solen gör att vattenångan aldrig uppnår mättnad utan allt tillgängligt vatten kan avdunsta med extrem växthuseffekt som följd. Se gula kurvan nedan.

Lyckligtvis är marginalen till Venussituationen för Jorden stor enligt alla bedömare även om vi bränner allt fossilt bränsle vi kan finna. Vi har heller inte 100 % relativ luftfuktighet överallt på Jorden, vilket är skönt!, då luften strömmar i de stora Hadley cellerna och av andra vindar omfördelas över planeten vilket begränsar den verkliga växthuseffekten från den maximala. (Om tropikerna nära ekvatorn inte kunde utbyta luft med resten av planeten skulle de nå en temperatur som leder till Venussituationen ovan.)

Fasdiagram för vatten med ungefärliga kruvor för vattenångans växthuseffekt inritade. Tryckskalan är logaritmisk. (Ursprungsbild Wikipedia)

Men Venus atmosfär är ju helt torr? Man antar att Venus ursprungligen mottagit ungefär samma mängd vatten som Jorden. Detta vatten har dock avdunstat enligt ovan. När detta skett har atmosfären hettats upp och vattenånga har nåt upp i de övre delarna av atmosfären. Vattenångan har där sönderdelats av UV-strålning och vätet som är lätt, och därmed har hög termisk hastighet, har läckt ut i rymden. (På Jorden är stratosfären nästan helt torr på grund av spärren av låg temperatur kring tropospausen). Utan hav att lösa koldioxiden i, utan kolbindande organismer och med obefintlig plattektonisk aktivitet fanns det ingen koldioxidsänka.

Medans Jordens ursprungliga koldioxidrika atmosfär förlorade huvuddelen av koldioxiden genom biologisk aktivitet och exogena processer, stannade koldioxiden kvar i Venus atmosfär. Samtidigt ökade Solens luminositet långsamt. Därmed var Venus öde beseglat och eventuellt liv som uppstått på dess yta var dömt dö ut. Resultatet av denna växthuseffektsspiral mot högre temperaturer, orsakad av vattenånga och koldioxid, ser vi idag en av solsystemts mest livsfientliga planeter vars temperatur på ytan är tillräcklig för att smälta bly! Detta trots att Venus albedo är nästan dubbla mot Jordens och därmed den mottagna energin från Solen faktiskt ungefär lika stor.

Läs mer tex. i "Global Warming - Understanding the Forecast"

Venusbild från Wikipedia

Mer strunt från Elisabet Höglund

Elisabet Höglund sprider numera sina virrigheter i Aftonbladet i stället för Expressen, men virrigheterna är ungefär desamma. I dag fastslår hon, i strid med den samlade vetenskapliga expertisen, att Det är smogen som höjer temperaturen. Höglund har något av ett inofficiellt svenskt rekord i missuppfattningar om klimatet (jag har skrivit om hennes snedseglingar flera gånger tidigare) och hennes senaste alster gör ingen besviken.

Hon tuggar till exempel om den gamla visan om att temperaturen inte har stigit sedan 1998. Här på Uppsalainitiativet finns flera inlägg som förklarar hur det ligger till i verkligheten, men jag tar det kort en gång till:

Det finns naturliga variationer ovanpå en underliggande trend. År 1998 (eller snarare år 1997 om man ska vara noga, temperaturen har en fördröjning på några månader) inträffade kanske den kraftigaste El Niñon i modern tid, vilket ligger bakom det årets rekordtemperaturer. 2000-talet är också det utan konkurrens varmaste årtiondet, med sju av de åtta varmaste uppmätta åren sedan 1880 (varav 2005 är det allra varmaste). Vi har nu El Niño-förhållanden i Stilla Havet som väntas stärkas under vintern och våren 2010, och redan nu närmar vi oss rekordtemperaturer. Men det är egentligen inte heller särskilt intressant – vad som räknas är naturligtvis den långsiktiga trenden.

Sedan fläskar Elisabet Höglund till med en trippel whopper om de så kallade asiatiska bruna molnen. Först hävdar hon att de står för lika stor del av uppvärmningen (den uppvärmning som hon tidigare hävdade inte ägde rum) som koldioxiden. Det är dubbelt fel: Sotpartiklarnas värmande effekt är hälften av koldioxidens, men de bruna molnen består också av svavelföreningar vars kylande effekt är betydligt större. Netto "maskerar" sotet och aerosolerna mer än 40 procent av den ökade växthuseffekten.

Grafen ovan kommer från artikeln On avoiding dangerous anthropogenic interference with the climate system: Formidable challenges ahead av V. Ramanathan och Y. Feng. De olika staplarna för ABC:s (atmospheric brown clouds) kommer dels från IPCC:s fjärde rapport och dels från en uppdaterad sammanställning av Ramanathan och Carmichael 2008. Som synes ger de nya beräkningarna en större värmande effekt av så kallad black carbon (BC), men även större kylande effekt av aerosolerna.

Veerabhadran Ramanathan är en av världens ledande auktoriteter på de bruna molnen och jag rekommenderar alla som är seriöst intresserade av frågan att läsa vad han skriver i stället för Elisabet Höglunds kompott av lögner, halvsanningar och missuppfattningar. Att sotutsläppen skulle ha "förtigits" av IPCC är naturligtvis också fel. De fanns inte beskrivna i detalj i sammanfattningen för beslutsfattare, vilket inte är så märkligt då utrymmet i sammanfattningen naturligtvis är kraftigt begränsat. Om vi drar oss till minnes att de bruna molnen nettokyler faller dock Elisabet Höglunds konspirationsteori sönder i smulor.

Slutligen har Elisabet Höglund fått tag på en auktoritet som passar henne, och då är naturligtvis allt ifrågasättande som bortblåst. Luleåprofessorn Bo Nordells något esoteriska idé (han har flera sådana) om att det är värmeutsläpp, inte växthusgasutsläpp, som värmer jorden och atmosfären har tidigare demonterats av Magnus Westerstrand. Även Ray Pierrehumperts räkneövningar visar på de enorma skillnaderna mellan spillvärme och växthusgaser.

Ideologisk blindhet ligger bakom många misstag, och i fallet Höglund finns det uppenbarligen få eller inga kunskaper som kan balansera de ideologiska felsluten. Det är bara att beklaga att Sveriges största tidning gör sig till megafon för den desinformation som blir följden.

Uppsalainitiativet i SvD

Tre av Uppsalainitiativets medlemmar är idag aktuella med ett svar på Ingemar Nordins artikel på Brännpunkt i SvD:

Vetenskapen är överens om växthusteorin

FN:s klimatpanel IPCC, alla stora vetenskapliga akademier och den vetenskapliga litteraturen är överens, de pågående klimatförändringarna orsakas till största del av människan och klimatförändringarna är ett allvarligt hot mot människor, samhällen och miljö.

Ingemar Nordin (10/11) försöker ge en bild av att IPCC:s vetenskapliga trovärdighet är tveksam och att IPCC är korrumperad. Detta skulle bero på att IPCC utan hänsyn till vad forskningen säger bestämt sig för vad man ska skriva då de även har till uppgift att föreslå åtgärder för att lindra och hindra effekterna. Tyvärr ges inga relevanta exempel i artikeln, istället resoneras det fritt om hur det på kort tid kan bli både kallare och varmare och hur istäcket från år till år kan både öka och minska. Detta är naturligtvis inget som IPCC uttalat sig emot, eftersom det är de längre trenderna man följer för att se hur klimatet förändras. Att Ingemar Nordin och även Jonny Fagerström (10/11) båda tar upp korta variationer som indicier på att IPCC skulle ha missförstått klimatfrågan visar att det är de själva som missförstått forskningen.

Trenderna är tydliga, det blir varmare, de flesta glaciärerna krymper, havsisen i Arktis krymper, havsnivån stiger och vi vet att jorden tar emot mer värme än den strålar ut. Att en arbetsgrupp inom IPCC har i uppdrag att föreslå hur vi ska möta klimatförändringarna är därför inte konstigt.

Forskningen runt klimatet har en lång historia före IPCC. Växthusteorins ursprung var redan runt 1820 då Fourier visade hur en atmosfär kan värma en planet. Nobelpristagaren Svante Arrhenius vidareutvecklade sedan teorin 1896 och beskrev hur en ökning av koldioxidhalten i atmosfären skulle förändra temperaturen på jorden. Under de följande dryga 100 åren har ”växthusteorin” etablerats, förbättrats och breddats genom arbetet av 10000-tals forskare. Eftersom IPCC:s uppdrag består i att sammanställa den vetenskapliga litteraturen på området var resultatet inte förvånande.

Intressant nog är den enda längre trend Fagerström tar upp – nedkylningsperioden i centrala Antarktis – till stor del ett resultat av uttunningen av ozonlagret på grund av tidigare freonutsläpp. Därmed är det ett exempel på hur mänskliga utsläpp påverkar klimatet. Freonexemplet visar också att globala överenskommelser kan vända en oroande utveckling.

ANDERS MARTINSSON gymnasielärare i fysik

OLLE HÄGGSTRÖM professor i matematisk statistik

MAGNUS WESTERSTRAND doktorand i geokemi

Läs även vår kommentar till vissa av sakpåståendena i Nordins artikel.

Den vetenskapliga insatsen bakom en tidningsrubrik om klimatet

Från senaste TED: Rachel Pike, doktorand i atmosfärkemi i Cambridge, beskriver på fyra minuter den massiva vetenskapliga insatsen bakom en tidningsrubrik om klimatet.

Ingemar Nordins artikel är inte vetenskaplig

I Svenska Dagbladet har ett antal sk. "skeptiska" artiklar om klimatfrågan nyligen publicerats. Ingemar Nordin, professor i vetenskapsteori vid Linköpings Universitet, skriver under rubriken FN:s klimatpanel är inte vetenskaplig sin uppfattning i klimatfrågan. Tyvärr innehåller artikeln ett antal smått pinsamma fel varav vissa lätt hade kunnat undvikas ifall Nordin hade varit en trogen läsare här på Uppsalainitiativet.

Exempelvis tolkas det faktum att den globala temperaturen inte ökat på ett decennium som en slumpmässig oregelbundenhet medan varje tillfällig värmebölja tolkas som ännu ett bevis för att koldioxiden driver temperaturen uppåt.

För det första har den globala medeltemperaturen ökat de senaste tio åren. För det andra tolkar som bekant inte IPCC varenda värmebölja på det viset. Det kan naturligvis hända att Nordin har läst något liknande i medier som är allmänt mindre nogräknade, men det är knappast IPCC:s fel.

När Nordin sedan ska behandla issituationen i Arktis blir det heltokigt. IPCC:s senaste rapporter färdigställdes innan det exceptionella isminimum Arktis upplevde 2007, så av naturliga skäl behandlas inte detta i rapporterna.

Om istäcket minskar i Arktis, som det gjorde 2007, så är det ett bevis på den globala uppvärmningen. Om den ökar igen, som den gjort under 2008 och 2009, så beror det bara på att svalare havsströmmar de åren råkat maskera en fortsatt smältning.

Den exceptionella issmältningen 2007 berodde på naturliga variationer adderat på en underliggande trend. Detta syns tydligt i grafen nedan (klicka på bilden för förstorning).

Figur från Cryosphere Today. Att det efter ett extremt år kommer några lite mer ordinära är inget som tyder på ett trendbrott. Men om Nordin inte köper det resonemanget kan vi berätta att isläget nu är det lägsta uppmätta för datumet, alltså till och med lägre än vid samma tid 2007. Nu tolkar vi ju inte detta som att läget är allvarligare än vad vi redan visste, men det punkterar de argument som har framförts om en "återhämtning" av isen i Arktis.

Figur från NSIDC.

Slutligen verkar Ingemar Nordin inte riktigt hantera skillnaden mellan IPCC och klimatforskningen i stort. IPCC sammanställer resultaten från forskningen, till rapporter, men forskningen skulle naturligtvis finnas där ändå. Det finns även andra organisationer som har gjort sammanställningar i frågan. Exempelvis har vetenskapsakademierna i G8+5-gruppen skrivit ett gemensamt uttalande. Wikipedia har en rejäl sammanställning av olika utlåtanden från olika vetenskapliga organ.

Liknande kritik går att rikta mot Jonny Fagerströms artikel i samma tidning, som exempelvis påstår att temperaturen på Antarktis skulle vara fallande, något som är fel.

Uppdatering: Läs även Bo Jonssons förklaring om hur arktiska isen utvecklar sig.

Temperaturserier - en introduktion

Det finns ett antal viktiga temperaturserier som ofta refereras till i samband med global uppvärmning. Här kommer en introduktion till dessa och konsten att mäta global temperatur.

Hur mäter man?

Till lands

Sedan 1700-talet¹ har meteorologiska stationer mätt temperaturen och från slutet av 1800-talet finns det meteorologiska stationer världen över. Dessa stationer har registrerat dygnets maximitemperatur och minimitemperatur, från vilket man får dygnets medeltemperatur. I dag finns det ca 6000 stationer världen över. Dock är fördelningen ojämn och en viktig del av analysen är att kompensera för detta. Effekter av städers tillväxt och andra förändringar måste också analyseras för att få korrekta temperaturserier.

Till havs

Här mäts ytvattentemperaturen (skrivs ofta: SST) från fartyg och med hjälp av bojar i haven. Fartygsmätningar har skett sedan mitten av 1800-talet och från 1980-talet har ett ökande antal bojar tillkommit. Även satelliter används för att mäta ytvattentemperaturen. Förändringar i sättet att mäta har komplicerat situationen för havsmätningsserierna.

Med satellit

Förutom ytvattentemperatur mäts även globala temperaturen sedan 1979 även med satelliter. Fördelen med satellitmätningar är att de täcker hela jordytan och därmed kompletterar den ojämna fördelningen av mätpunkter för havs och markmätningar. Speciellt viktigt är det vid polerna även om det där finns problem med mätningarna baserade på de äldre instrumenten. Tyvärr är det en komplicerad process att mäta temperatur med satellit då man måste analysera värmestrålning från Jorden som passerat genom atmosfären. För de längre mätserierna behöver också noggranna kalibreringar mellan gamla och nya satelliter göras. Ett flertal problem har upptäckts och korrigerats under åren.

Temperaturtrend nedre troposfären 1979-2008, siffrorna anger grader per decennium

Normalperiod

I stället för att använda absoluta temperaturen² i mätserierna används anomalin, det vill säga skillnaden mot medlet under en så kallad normalperiod. Denna period skiljer sig mellan olika serier så jämförelser mellan temperaturer i skilda serier måste ta hänsyn till detta. (Se tabell nedan) För trender spelar skillnaden i normalperiod ingen roll. Genom att använda anomalin för olika stationer i stället för uppmätt temperatur undviker man ett stort antal felkällor.

Kända serier

GISTEMP/GISS

GISS är förkortning för Goddard Institute for Space Studies som i sin tur är en del av NASA. GISTEMP använder markstationer och satellitdata för havsytans temperatur (för äldre data används mätningar från skepp). Dessa analyseras så att bland annat effekten av städers tillväxt korrigeras. Även en interpolation mellan stationer görs. Det senare är viktigt för resultatet för områden med glest stationsnät.

Huvudtabell för globala temperaturer: GLB.Ts+dSST

Seriens startår: 1880

Normalperiod: 1951-80³

HadCRUT3 och CRUTEMP3

Climate Research Unit vid University of East Anglia har utvecklat dessa serier i samarbete med Hadley Center. HadCRUT3 inkluderar havet medan CRUTEMP3 endast land. Dataserierna använder månadsmedel från nära 5000 landstationer och havstemperaturmätningar från skepp och bojar. Analysen avslutas med en sammanställning av temperaturdata i ett 5x5 graders rut-mönster över Jorden. Rutor där data saknas lämnas tomma. HadCRUT3v är en version med kompensation för variationsskillnader i områden med olika många stationer.

Huvudtabell för globala temperaturer: HadCRU3vgl

Seriens startår: 1850

Normalperiod: 1961-90

RSS

Remote Sensing Systems analyserar satellitdata över globala temperaturen. RSS tillkom som en oberoende analysgrupp till UAH då det var viktigt att utreda skillnader mellan satellitdata och markdata som observerades i början (se mer nedan) och säkerställa robust information. Analyser sker av mikrovågsdata som återspeglar temperaturen i olika områden av atmosfären. Mindre justeringar har gjorts av analysrutinerna på grund av upptäckta problem. RSS exkluderar norr om 82.5 grader och söder om -70 grader samt de höga bergsområdena på grund av de mätproblem som är associerade med dessa.

Huvudtabell för globala temperaturer: Välj senaste

RSS_Monthly_MSU_AMSU_Channel_TLT_Anomalies_Land_and_Ocean_v03_2.txt

Seriens startår: 1979

Normalperiod: 1979-98

UAH

National Space Science & Technology Center vid University of Huntsville Alabama var först att beräkna global temperatur med satelliternas mikrovågssensorer. De upprätthåller temperaturserier sedan hösten 1978. En kontrovers uppstod när UAH:s data under 80- och 90-talen visade en sjunkande temperatur tvärs emot de land- och havsbaserade serierna. 1998 upptäckte forskare vid RSS fel i UAH:s analysrutin och efter korrektion stämde dataserierna överens igen. Ytterligare en korrektion 2005 av ett upptäckt fel har gjorts och i dag är samstämmigheten mellan alla temperaturserier god. UAH använder mätdata från hela Jorden.

Huvudtabell för globala temperaturer: uahncdc.lt

Seriens startår: 1978 december

Normalperiod: 1979-98

Omräkningstabell av anomalier

från\till GISTEMP HadCRUT RSS,UAH

GISTEMP -0.09 -0.24

HadCRUT +0.09 -0.15

RSS, UAH +0.24 +0.15

För den som vill läsa mer om mätserier, analyser och de problem som debatterats rekommenderas:

Wood for Trees

Interaktiva grafer över serierna

Wikipedia

Instrumental Temperature Record

Sea Surface Temperature

Satellit temperature measurement

The Global Warming Debate:

The Temperature Record

Uppdatering: En ny beskrivning av GISTEMP och analys av temperaturserier: Current GISS Global Surface Temperature Analysis

1) Den äldsta mätserien i världen finns i Uppsala och påbörjades 1722

2) Globala årliga medeltemperaturen är 14,4 °C

3) Perioderna anges som från och med januari - till och med december de angivna åren.