Molnen och klimatsystemets kylning – ett föredrag och dess konsekvenser

Bild ovan från Wikipedia.

Varje år har AGU (American Geophysical Union) ett höstmöte. Vi detta möte år 2011 höll en av klimatvetenskapens främsta specialister på molnens roll i klimatsystemet, professor Graeme L. Stephens, det så kallade Charney Lecture. Stephens visar i sitt föredrag att molnens inverkan på klimatet är mycket komplicerad. När det gäller återkopplingsprocesser så måste molnen ses som en del av ett komplicerat globalt sammanvävt system tillsammans med till exempel vindar och nederbörd. Vad kan Stephens resultat innebära för bedömningen av klimatfrågan? Detta diskuteras här mot bakgrund av en tidigare artikel om Spencers och Braswells metod med fasplansdiagram.

Graeme Stephens föredrag är riktat till klimatforskare så det kan vara lite tungt att titta på även om en hel del mycket väl kan förstås av en mycket bredare publik. Annars kan man nöja sig med att titta endast på frågestunden på slutet (börjar strax efter 49:30) där man kan ana att frågeställarna är konfunderade över Stephens kritik att man inom klimatvetenskapen använder alltför förenklade mått på klimatkänslighet och återkopplingar.

A21G : Charney Lecture from American Geophysical Union on Vimeo.

Om man däremot vill fördjupa sig ännu mer efter att ha sett föredraget så har Graeme Stephens en översiktsartikel från 2005: Cloud Feedbacks in the Climate System: A Critical Review.

Stephens beskriver ett mycket komplicerat sammanhang av återkopplingar när klimatsystemets temperatur ändras. Molnen kan bland annat betraktas som en del i dynamiken för vatten i klimatsystemet. Denna dynamik påverkas uppenbarligen inte minst av cirkulationen i klimatsystemet som bilden längst upp illustrerar.

Ändringar i cirkulationen ändrar molnens utbredning och egenskaper. Molnen påverkar nederbörden men både moln och nederbörd påverkar hur vattenånghalten varierar i tid och rum. Molnen påverkar inte minst energibalansen genom att de reflekterar kortvågig strålning och kan både absorbera och emittera långvågig sådan. Och alla dessa saker kan i sin tur påverka den övergripande cirkulationen i klimatsystemet.

Allting hänger alltså ihop och påverkan av de olika faktorerna sker till och med i båda riktningarna. Därför betonar Stephens i sitt föredrag att man inte kan karakterisera återkoppling från moln med ett enda parametervärde (vilket ett par frågeställare reagerade på).

Han betonar också att de parametriseringar av molnprocesserna som finns i de avancerade klimatmodellerna inte beskriver de komplicerade förloppen korrekt och att det är långt kvar innan man kan få ordning på detta. Men han framhåller att man kan vänta sig stora framsteg det närmaste decenniet i fråga om förståelsen av molnprocesser genom att man fått nya observationsmöjligheter och genom att man på ett korrekt sätt kombinerar modellering och observationer.

Klimatsystemets kylning, exemplet La Niña 2008

Mot bakgrund av Stephens tankegångar är det av intresse att fundera över hur klimatsystemet kyls av. Jorden värms ju av solen och måste därför kylas av i samma takt som solen värmer så att det blir balans mellan tillförd värmeeffekt från solen och utstrålad värmestrålning till rymden. Vad påverkar denna avkylning? Detta är naturligtvis en central fråga i en situation då man befarar att vi kan få problem genom att klimatet värms upp av ökade koldioxidhalter i atmosfären.

I en tidigare artikel tog jag upp hur La Niña 2008 avspeglar sig i strålningen ut från jorden uppmätt med satelliter (CERES). I figur 1 ovan visas överst (A.) ett fasplansdiagram, baserat på Spencers och Braswells innovativa artikel från 2010, i vilket ändringarna i strålning har plottats mot ändringarna i temperaturen. Varje punkt motsvarar en viss månad för temperaturdata medan strålningsdata kommer från den nionde månaden därefter (data är löpande centrerade medelvärden för 13 månader plottade en gång i månaden). La Niña inföll under den tidsperiod som representeras av punkterna May 07 – Jan 09. När temperaturen först sjönk och sedan återhämtade sig så kom punkterna att ligga nära en rät linje med lutningen 6 W/(m2 K).

I det undre diagrammet (B.) har ändringen i strålning och ändringen i temperatur (multiplicerad med 6 för att visa att strålningen ändras med ungefär med 6 W/m2 per grad ändrad temperatur) plottats mot tiden. Detta diagram förklarar varför man får en rät linje i fasplansdiagrammet när strålningsdata med 9 månaders eftersläpning plottas mot temperaturdata. Strålningskurvan i det undre diagrammet är fasförskjuten 8-9 månader jämfört med temperaturkurvan. Om strålningskurvan flyttas 8-9 månader åt vänster så kommer de två kurvorna att nästan sammanfalla.

Dessa diagram kan tolkas på följande sätt. När klimatsystemet avkyldes vid La Niña 2008 (kylningen och den efterföljande återuppvärmningen vid en La Niña antas bero på djuphavets inverkan på klimatsystemet) så började den utgående strålningen minska med den minskande temperaturen med 8 – 9 månaders eftersläpning (minskad temperatur gav minskad utgående strålning, en ändring i strålningen som kan ses som en uppvärmning som delvis kompenserar avkylningen från djuphavet). När sedan temperaturen gick tillbaka så ökade den utgående strålningen med samma eftersläpning (den ökade strålningen kan då ses som en kompenserande avkylning av klimatsystemet). Strålningens ändring med temperaturen var omkring 6 W/(m2 K). Hela denna period med först minskande och sedan ökande strålning var på mer än två år.

Men vad betyder detta för klimatfrågan?

Låt oss fundera över vad detta skulle innebära om klimatsystemet under en viss tidsperiod uppvärmdes med en ökad värmetillförsel av 3,7 W/m2. Detta är den uppvärmning som motsvarar en fördubbling av koldioxidhalten.

När klimatsystemet värms upp på grund av koldioxidhaltens ökning (eller någon annan orsak) så ökar temperaturen. Men ökningen leder till att strålningen ut från jorden ökar tills dess den ökade uppvärmningen från koldioxiden balanseras av utstrålningen på grund av ökad temperatur. Hur stor denna temperaturökning blir beror på klimatkänsligheten som vi diskuterat i en tidigare artikel.

Den temperaturökning som balanserar den ökade uppvärmningen på 3,7 W/m2 från fördubblingen av koldioxiden kan lätt räknas ut om vi vet att varje grads temperaturökning kyler med 6 W/m2 (eftersom temperaturökningen efter La Niña gav denna kylningseffekt i form av ökad strålning). Temperaturökningen måste bli 3,7/6 = 0,6 °C, dvs. för att kompensera för den ökade uppvärmningen av fördubblad koldioxidhalt måste temperaturen öka 0,6 °C.

Vi ser alltså att detta att klimatsystemet vid La Niña 2008 svarade på en temperaturökning genom att stråla ut 6 W/(m2 K) mer effekt är en ovanligt starkt kylande effekt som skulle kunna sägas motsvara en klimatkänslighet på 0,6 °C per fördubbling av koldioxidhalten. Klimatmodellerna uppvisar betydligt större klimatkänsligheter på 2 – 3 °C per fördubbling av koldioxidhalten. Detta motsvarar en betydligt lägre kylande effekt vid temperaturökning av 1,9 – 1,2 W/(m2 K).

Hur skall vi tolka dessa förhållanden? För det första så kan man undra över denna eftersläpning av strålningens ökning på 8-9 månader. Hur kan den förklaras?

Men mot bakgrund av Stephens bild av den komplicerade återkopplingen, där moln, vattenånga, nederbörd, atmosfärens cirkulation och värmestrålningen hänger ihop i ett globalt sammanvävt system där allt verkar bero på allt över hela globen, så är en sådan eftersläpning inte konstig. Klimatsystemet rubbas av en temperaturändring som beror på en yttre faktor (till exempel djuphavet vid La Niña). Denna rubbning orsakar sedan en komplicerad återkopplingsprocess som sprider sig över hela globen och den tid det tar för denna spridning skulle kunna vara förklaringen till att vi får en global strålningsändring som får en eftersläpning av 8-9 månader jämfört med den globala temperaturändringen.

Detta exempel med La Niña 2008 visar, om denna tolkning är riktig, att klimatsystemet har en större potential för avkylning än den bild man får från dagens klimatmodeller. Att dessa inte kan ge en riktig bild är inte förvånande mot bakgrund av att de inte kan återge den stora komplexitet i återkopplingen som Stephens redogör för.

Samtidigt kan man inte utan vidare påstå att det sätt som klimatsystemet kyldes av vid uppvärmningsfasen av La Niña 2008 nödvändigtvis kommer att fungera likadant mot den uppvärmning som ökad koldioxidhalt ger upphov till. Vi måste ha mycket bättre förståelse för dessa komplicerade återkopplingar som Stephens talar om för att kunna avgöra något sådant.

Vi kan vara ganska säkra på att klimatmodellerna inte ger särskilt pålitlig information (se även tidigare artikel) eftersom de uppenbarligen inte kan återge dessa komplicerade återkopplingsförlopp som Stephens talar om. Dubbeltydigheten i titeln på Stephens AGU-föredrag hösten 2011 är alltså mycket välmotiverad. Titeln var Climate Change: A very cloudy picture och visst är det så att frågan om riskerna med den globala uppvärmningen på grund av växthusgasutsläppen inte går att klart besvara på grund av alla molnen som döljer svaret.

Dela detta inlägg

29 reaktion på “Molnen och klimatsystemets kylning – ett föredrag och dess konsekvenser

  1. 1
    Ingvar Engelbrecht

    Pehr.
    Utmärkt artikel. Visar väl med all önskvärd tydlighet att vi vet alldeles för litet  Minst 10 års forskning och inhämtande av data från den fysiska verkligheten innan man ger sig på ”åtgärder”. Om ens då. Att diskutera ”Geo engineering” i dagsläget är väl ungefär som att be en folkskollärare att utföra lite hjärnkirurgi

  2. 2
    Jonas B1

    Ingvar,

    ”Att diskutera ”Geo engineering” i dagsläget är väl ungefär som att be en folkskollärare att utföra lite hjärnkirurgi”

    Diskutera och lära sig saker är sällan fel, men jag håller med dig att vi ännu vet för lite. Dessutom är uppvärmningen alltför beskedlig för att motivera geoengineering i närtid.

    Men en framtida stark uppvärmning kan ännu inte fullständigt uteslutas, även om allt tyder på en låg klimatkänslighet. Här kan man tala om forskning i geoengineering som en rimlig försäkringspremie.

  3. 3
    Lars Jonsson

    Med risk för allt för mycket inbördes beundran, en fantastisk artikel, tack Pehr! Den förklarar på ett tydligt sett både Braswell & Spencer resultat och lyfter åter frågan om klimatmodellernas ofullkomlighet. Kan någon ansvarig politisk eller vetenskaplig talesman ta orden ”the science is settled” i sin mun igen utan att känna sin egen dåliga andedräkt, det osar svavel?

  4. 4
    Bäckström

    Instämmer i berömmen.
    Pedagogiskt och tydligt Pehr.

    /Bäckström 

  5. 7
    C-G. Ribbing

    Mycket informativt och bra Pehr – instämmer i berömmet ovan.
    För att få en korrekt fördelning av berömmet måste jag fråg en sak. La Nina – beräkningen av klimakänsligheten 0.6 C/CO2-fördubbling är det din egen – eller ingick den i  Stephens föredrag?
    Hälsningar
    C-G

  6. 8
    Pehr Björnbom

    Tack för de vänliga kommentarerna!
     
    C-G frågade om La Niña-beräkningen. Den kommer inte från Stephens föredrag utan från en tidigare artikel av mig om Spencers och Braswells metod. Fasplansdiagrammet i figur 1A ovan har alltså plottats av mig med Spencers och Braswells metod och med deras data (som lagts ut på webben genom Steve McIntyre på Climate Audit).
     
    Detta att jag plottar strålningsdata i fasplansdiagrammet med 9 månaders eftersläpning gentemot temperaturdata är väl det som främst skiljer detta diagram från de som Spencer och Braswell själva har publicerat.
     

  7. 9
    Slabadang

    Pehr!

    För att du inte ska bli allt för mallig så undviker jag att betygsätta artikeln. :)

    Desslers syn på molnen som slav under temperturen får sig både en uppercut och ett tåtramp. Föredraget i sin helhet är klimthotskätterskt eftersom de måste förklara skillnaderna mellan molnbildningen och temperaturförändringarna och varför de inte följer varandra så ej heller förekomsten av vattenånga i atmosfären.
    Vattenångan ser inte ut att följa de fysikaliska lagarna, vilket skvallrar om att vi har andra underskattade faktorer i action som styr klimatet.

    Han kritiserar också ”klimatkänsligheten” som begrepp uttryckt som en global konstant. BINGO ! Räknar vi in argumenten Gream Stephens för fram som poäng i matchen mellan Dessler (hockeyligan) och Spencer/Braswell så undrar jag om hockeyligan kommer in i rinken igen när det är dags för nedsläpp i tredje perioden. I frågorna efter föredraget så undrar ju frågeställarna om de verkligen hört vad de hört och Stephens slutsatser ger hemläxor i massor. 

    Vi är med pincett inne och pillar i pudelns kärna bakom hela klimathotskonstruktionen, den konstruktion hockeyligan byggde med hockeyhandskarna påtagna. frågan är bara om det går att omskola CAGW forskare till att bedriva evidensbaserad forskning igen eller om de är så miljöförstörda att de likt hockeyligan är bortom all räddning?

    Facit är att vi har ingen susning om vad ”klimatkänsligheten” är men att den kan inte vara större än vad den redan visat sig vara. ”Förstärkningseffekterna” är pissig pseudovetenskap med en helvetes stor reklambudget till sitt förfogande.

  8. 10
    Mats Jangdal

    Jag är en hyfsad mekaniker men inte lika god matematiker. Med risk för att verka dum återger jag därför min tolkning = förståelse av vad du skrivit.
    Det finns två vattensystem som tjänar som ändlägesbrytare för att hålla jordens temperatur inom något som kan kallas normala gränser. Det ena systemet är havet och det andra är vattenånga och moln i atmosfären.
    Båda kan tjäna som värmereservoar och genom rörelser transportera värme dels från ekvatorn mot polerna och dels från solsidan till skuggsidan. Dessa två reservoarer samverkar utan att samvariera.
    När reservoaren havet avger lagrad värme till atmosfären tar det 8-9 månader innan effekten rullat ut över planeten. 
    Om det alltid finns en sådan eftersläpning mellan input och output ger det en viss förklaring till begreppet årsmån. Lite som fleraxlad planetarisk rörelse. Vilket osökt för oss in på störningar via exempelvis kosmisk strålning på eftersläpningens fas och amplitud.

    Är det någorlunda korrekt uppfattat? 

  9. 11
    Ingvar Engelbrecht

    OT men..
    Jo Nova har skrivit om friheten på nätet. Utan den hade vi nog aldrig kunnat slå IPCC på fingrarna.
    If SOPA PIPA is stopped (as it appears it might have been, as 6 supporters pull out) the only thing we can be sure of is that there will be other attempts to stop us speaking freely. This is an unending battle.
    http://joannenova.com.au/2012/01/sopa-stop-online-piracy-act-designed-to-be-abused/#more-19888
    Och ett närliggande ämne i Sverige, FRA, som besannar våra farhågor om missbruk
    http://henrikalexandersson.blogspot.com/2012/01/fra-ett-politiskt-haveri.html
     

  10. 13
    Slabadang

    Mats Jangdal!

    Ett alternativt sätt att förhålla sig till klimatet är att ha förtroende till att det kommer att ortsatt sköta sig själv som det gjort inder miljarder år.Enjoy the ride! Det är bättre att börja fundera över saker vi kan påverka istället för att försöka ägns tid åt saker vi inte kan.

  11. 15
    Mats Jangdal

    Slabadang #13
    Jag oroar mig inte för klimatet, vilket kanske framgått tidigare. Men det skulle vara kul att veta om jag förstått en aning mer än tidigare, lite om hur det fungerar.

  12. 16
    Slabadang

    Mats j!

    Man kan ju så här med facit i hand bara bli lite sorgsen över att så mycket pengar tid och resurser gått upp i rök på världens absolut största ickefråga.

  13. 17
    Lars Jonsson

    Jag kan bara hålla med Slabadang om klimatkänsligheten:
     den kan inte vara större än vad den redan visat sig vara.
    Rimligt antagande, men kanske är den som allergi, den triggas till att bli allt känsligare ju varmare det blir

  14. 18
    Pehr Björnbom

    Mats Jangdal #10,
     
    När reservoaren havet avger lagrad värme till atmosfären tar det 8-9 månader innan effekten rullat ut över planeten.
    Om det alltid finns en sådan eftersläpning mellan input och output ger det en viss förklaring till begreppet årsmån.
     
    Ungefär så, fast hur havet och atmosfären samverkar tror jag är mer komplicerat än att säga att havet avger lagrad värme. Men effekten är liktydig med att havet avger lagrad värme till atmosfären.
     
    Det finns ett annat intressant fenomen i sammanhanget. Om jag minns rätt så är det på följande sätt. Jorden bana är elliptisk och är närmast solen på vintern (norra halvklotets). Men den globala medeltemperaturen är maximal på sommaren så det är en fasförskjutning på ett halvår. Kanske detta kan förklaras på liknande sätt.
     

  15. 19
    Bäckström

    Slabadang #9
    Nu får du också en ros av mig för klockren analys.
    :)

    /Bäckström 

  16. 22
    Anders L

    Detta var alltså ytterligare en artikel på temat ”vi har alldeles för ofullständig kunskap om klimatsystemet och därför bör vi inte anstränga oss för att minska utsläppen av växthusgaser”. 

    Ja, så kan man ju också se det.

    En bild säger mer än tusen ord, heter det dock, och kanske den här bilden kan säga er något.

     

  17. 24
    Pehr Björnbom

    Anders L #22,23,
     
    Tack för länken!
     
    Du har förstått budskapet med artikeln, inklusive det outtalade budskapet som ligger i grundförutsättningarna för TCS, att klimathotet är överdrivet.
     
    Dessa temperaturstaplar i det länkade diagrammet är mycket intressanta eftersom man lagt in både El Niño och La Niña. Jämför med min artikel om temperaturpausen eller temperaturhiatusen som Trenberth har döpt den till.
     
    Ditt diagram från NOAA bekräftar vidare vad jag framhöll i en diskussion med Thomas för några dagar sedan. Thomas menar att temperaturtrenden för 1997 – 2011 påverkas så att den blir för liten för att vara representativ för klimatändringen på grund av den starka El Niño 1998. Jag anser att så inte är fallet eftersom El Niño 1998 balanseras av de två La Niña 1999 och 2000 som är utmärkta i NOAAs diagram.
     

  18. 25
    Christopher E

    Anders #22

    Det är väl känt att det blivit varmare under andra halvan 1900-talet. Samma utveckling var det före koldioxidutsläppen under 1900-talets första hälft, men det syns inte i din länk.

    Så vad vill du säga? Att temperaturhöjning måste vara antropogen och skrämmande? Finns ju inget som tyder på det i datat.

    Ganska billig retorik av dig att utmåla alla förändringar från status quo som onaturliga hot, om du frågar mig.

    Om den klimathothypotes du bekänner dig till vore riktig skulle vi sett en acceleration av uppvärmningen i senare tid. Ditt diagram visar motsatsen. 

  19. 26
    Håkan Sjögren

    Pehr Björnbom # 24 : Detta är ju egentligen avsett för allmänheten och inte för Dig, men det är ju ett ofta förbisett faktum att jordbanan är elliptisk med solen i ena brännpunkten och att den 2:a januari är jorden som närmast solen. Enligt Keplers lagar är då jordens hastighet i omloppet som störst. Om man räknar vinterhalvåret mellan höstdagjämning och vårdagjämning och jämför med antal dagar mellan vårdagjämning och höstdagjämning så finner man att vinterhalvåret är en hel vecka kortare än sommarhalvåret. På södra halvklotet råder omvända förhållanden. Där  är vintern en vecka längre än sommaren. Dessutom är avståndet till solen större, vilket medför svagare solinstrålning med cirka 7 % ( 147/152) i kvadrat blir 0,93 där 147/152 är förhållandet mellan perihelium-  och apheliumavstånden till solen. På södra halvklotet är vintern längre och solinstrålningen svagare samtidigt som cirkulerande havsströmmar isolerar Antarktis från varmare vatten från tropikerna. Självklart medför detta kraftigare kyla vid Sydpolen än vid Nordpolen. Därefter kan man börja fundera kring begreppet global medeltemperatur. Någon har uttryckt det som att det är lika intressant som att bilda medelvärdet av alla telefonnummer i Stockholmskatalogen. Mvh, Håkan.

  20. 27
    Pehr Björnbom

    Håkan Sjögren #26,
     
    Jo, detta är intressant att fundera över, konsekvensen av jordens elliptiska bana. När jorden är som närmast solen i januari så mottar den 350 W/m2 från solen, men när den är som längst bort i juli får den bara 330 W/m2.
     
    Steve McIntyre har ett par intressanta bloggartiklar som har relevans i detta sammanhang:
    Some Simple Questions
    Monthly Centering and Climate Sensitivity
     
    McIntyre visar i den andra bloggartikeln ett fasplansidiagram där han använder verkliga medeltemperaturer i stället för temperaturavvikelser. Resultatet blir ett fasplansdiagram med lutningen 7,7 W/(m2 K).
     

  21. 28
    Pehr Björnbom

    Holmfrid #21,
     
    Jag ställer naturligtvis upp och presenterar och diskuterar mina tolkningar på SU och SMHI efter förmåga om så önskas. Jag tycker inte att det borde vara något speciellt med det, det är ju helt enkelt fråga om att diskutera några vetenskapliga tankar om vad dessa diagram säger om hur pass bra eller dåligt jorden kan kyla bort värme genom strålning ut i rymden.
     
    Det jag har åstadkommit finns ju även här på TCS, här och här, så att man kan diskutera här också om man så vill. Jag förmodar att gästinlägg är välkomna.
     

Kommentarer inaktiverade.