Om svårigheten att bestämma klimatkänsligheten

IPCC anger klimatkänsligheten i förhållande till CO2 halten i atmosfären till

dT = l*dF

där
l = klimatkänsligheten
dF= förändring i forcing W/m²
dT= resulterande temperaturföränding.

Förstärkningsfaktorn framför logaritmuttrycket uppskattas enligt Myhre et al. (1998) till 5.35 d.v.s.
dF = 5.35 ln(X/280ppmv)

där X ppmv är koldioxidhalten i atmosfären vid den koncentration vi betraktar och 280 ppmv är den antagna förindustriella koldioxidhalten. Faktorn 5.35 ges av Myhre (1998).

Hur kan då klimatkänsligheten experimentellt bestämmas? Steven Mosher gjorde ett inlägg på WUWT där han i stort sett konstaterade att det ju inte är något problem. Hans resonemang gick ungefär så här:

Steven Mosher:
Känslighet = dT/ dF
vilket kan jämföras med
Hastighet = Sträcka/Tid
Genom att mäta dT och jämföra detta med förändringen i förstärkning dF så kan klimatkänsligheten bestämmas.
Exempel:
Från 1850 fram till vår tid ser vi en temperaturförändring på 1 grad C. Under samma tid ser vi en förändring i forcing på ca. 2 W.
Känsligheten är då = 1/2 = 0.5
Om vi vill beräkna klimatkänsligheten för en fördubbling av CO2 halten i atmosfären d.v.s. 280 ppmv till 560 ppmv kan det göras så här
till 560 dF = 5.35ln(560/280) = 3.71
Vi får då temperaturförändringen till följd av stigande koldioxidhalt som
3.71 * .5 = 1.85 grader C per dubbling.

Och sedan ställer vi frågan vad som gick fel i resonemanget ;), kan man göra så här.

  • Vi kan först göra ett litet tanke-experiment som visar att ovanstående temperaturförändring per fördubbling av koldioxidhalten inte kan stämma generellt. Antag att atmosfären innehåller en atom CO2 och att vi ökar denna koncentration till det dubbla. Enligt ovanstående antagande borde temperaturen stiga med 1.85 grader C vilket naturligtvis är nonsens. Om vi fördubblar koldioxidhaten till 4 atomer borde temperaturen igen stiga med 1.85 grader. Vi ser klart att relationen om den stämmer endast kan stämma approximativt inom ett sannolikt rätt litet intervall. Om denna relation gäller endast approximativs så blir frågan inom vilka gränser relationen är giltig? Observera att jag inte påstår att relationen inte gäller för de koncentrationer CO2 vi idag ser i atmosfären.
  • Därefter kan vi ställa oss frågan om den observerade temperaturförändringen från 1850 till vår tid faktiskt endast är antropogen. Är alltså förändringen i den förstärkning 2 W som Mosher hänvisar till faktiskt helt beroende på förändringen i atmosfärisk koncentration av CO2. Det visar sig att detta knappast är fallet. Den allmänna uppfattningen torde vara att förändringen fram till ca. 1950 berodde på naturliga faktorer och delvis okända faktorer och efter detta är en del av temperaturstegringen antropogen. Problemet är att vi inte med säkerhet vet hur stor den antropogena andelen av uppvärmningen är.

IPCC behandlar radiative forcing d.v.s. förstärkning via tillbakastålning här
http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/ch2s2-2.html

Vi nu har studerat IPCCs analys av frågan och vi tror oss förstå vad det är fråga om ävan om vi inte hittar någon härledning av en relation mellan förändring i CO2 och motsvarande temperaturförändring. Vi går vidare och tittar på grundläggande fysik. Kan fysiken ha någon betydelse?

Stefan och Bolzmans lag säger att en ”svart kropp” vid temperaturen T kommer att stråla ut värme med

P = 5.67 * 10^-8 * T^4

Om man befinner sig i en varm punkt på jorden t.ex. +30 grader C (303 K) så kommer ovanstående förstärkning på 3.7 W/m² att leda till en temperaturökning på ungefär +0.6 grader C. Om man befinner sig på nordliga breddgrader och temperaturen är -30 grader C (243 K) så ger förstärkningen en temperaturökning på 1.1 grader C. Hur kan man räkna ett medeltal över jordklotet då den utstrålade energin beror av temperaturen upphöjd i fjärde potens och då temperaturen beror av både latitud och tidpunkten på dagen? Det medelvärde man försöker beräkna är ganska irrelevant.

Då man tittar närmare på problemet så ser man att det som egentligen spelar någon roll är temperaturen vid yttre gränsen av atmosfären, igen något relativt flummigt. Då man tittar på jorden från satellit ser jorden ut att ha en temperatur nära -18 grader C. Vi ser alltså atmosfären som ytan på en svartkropp med denna temperatur. Om vi använder -18 grader som starttemperatur visar det sig att temperaturstegringen om CO2 fördubblas blir ungefär +1 grad C. Yttemperaturen torde då i medeltal ligga på ca. +15 grader C. Det är sannolikt att att IPCC har använt -18 grader C som utgångspunt vilket också stämmer med uppskattningen att atmosfärens totala värmande inverkan är ungefär 33 grader C.

Då vi studerar hur atmosfären reagerar på förändringar i yttemperaturen då CO2 varierar visar det sig att jorden sett från satellit i princip inte förändras alls. Taget över långa tidsrymder kommer jorden att stråla ut exakt lika mycket energi som det strålar in. Om den instrålade energin inte förändras måste jorden fortfarande se ut som en svartkropp med temperaturen -18 grader C för annars skulle energibalansen bli fel d.v.s. vi skulle kunna producera något som påminner om en evighetsmaskin som producerar energi ur intet … fysiker anser inte detta vara möjligt.

Det som händer då CO2 halten stiger är antagligen att temperaturfördelningen i atmosfären förändras i viss mån.

Vi har nu tittat på olika försök att bestämma klimatkänslighet och förstärkning till följd av CO2 och vi ser att hela begreppet är ett gungfly där man utgående från vilka grundantaganden man gör och på vilket sett man beräknar medeltal kan komma till mycket olika resultat.

Jag hänvisar till rubriken som var ”Om svårigheten att bestämma klimatkänsligheten”.

Ovanstående svårighet i att bestämma klimatkänsligheten ses direkt i IPCCs ensamble av klimatmodeller. Det visar sig (Kiehl, 23007) ”Twentieth century climate model response and climate sensitivity”. Det visar sig att olika modeller använder olika uppskattningar av klimatkänsligheten som i förhållande till varandra kan skilja med en faktor 2 … 3. Man använder därefter aerosolavkylning, igen dåligt känd, till att balansera modellen så att den kan reproducera den uppvärmning man sett under 1900-talet. Slutresultatet är att om klimatkänsligheten mellan olika modeller är helt olika så är helt enkelt klimatkänsligheten ytterst dåligt känd vilket vi också såg ovan.

Temperature predictions from some climate mode...

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s


%d bloggare gillar detta: