Populärvetenskaplig klimatteori

Jordens klimatsystem är mycket komplicerat och det finns nog inte någon mänsklig varelse som begriper det till fullo. Men det finns ändå grundläggande teorier om hur det hänger ihop. Jag tänkte här göra ett försök att förklara de mest grundläggande delarna på ett förhållandevis enkelt sätt. Förhoppningen är att många läsare här kan lära sig något av detta, men det finns naturligtvis också många väldigt kunniga personer på denna blogg som gärna får hjälpa till att vidareutveckla resonemangen istället.

Jag har tänkt att beskriva några av de helt okontroversiella delarna, men om någon av er tycker att jag ändå har fel får ni gärna sakligt argumentera emot. Det mesta i detta inlägg är baserat på en berömd artikel av Manabe & Strickler från 1964 (finns bla här). Liksom i artikeln av Manabe och Strickler använder jag en endimensionell modell, dvs jag gör antagandet att jorden är platt. Det blir naturligtvis inte exakt rätt om man gör så men det handlar fortfarande bara om en grov modell som ändå inte kan ta hänsyn till alla variabler.

Figur 1 – Enkel modell  av jordens klimatsystem.Temperaturen sjunker med höjden (röd linje).

Den helt dominerande energikällan för jordens klimat är solen. När allt är i balans måste instrålningen till jorden vara densamma som utstrålningen. Men när man mäter temperaturen på jordytan motsvarar den en temperatur som är c:a 33 grader varmare än vad den borde vara med den instrålning/utstrålning vi har från jorden. Anledningen till detta är atmosfärens sk växthuseffekt.

Solinstrålningen träffar huvudsakligen markytan som värms upp och strålar då ut. Men en del av denna strålning kommer att absorberas  av de sk växthusgaserna (huvudsakligen vattenånga, koldioxid och metan). Dessa växthusgaser strålar i sin tur ut (åt alla håll) och en betydande del träffar jordytan. Det här innebär att jordytan totalt sett får mycket mer strålning än vad dess temperatur motsvarar. Det här är mätbart och helt okontroversiellt. Men jordytan kyls också av av konvektion, dvs luften närmast jordytan värms upp av jordytan och denna varma luft stiger och kommer därför att kyla ner jordytan.

Lapse rate

Jag har inte hittat någon bra översättning av begreppet ”Lapse rate”, men innebörden handlar om hur mycket temperaturen i atmosfären minskar med höjden. Att temperaturen minskar med höjden kan tyckas lite förvånande med tanke på hur varmt det kan bli nära taket i en bastu. Där är det alltså varmast längst upp. Men för att varm luft ska kunna stiga måste luften vara signifikant varmare än luften ovanför. I en bastu finns det ett bastuaggregat som kan värma upp luften väldigt mycket och denna luft kommer att stiga upp till taket. På jorden händer i princip samma sak.

Jordytan värmer luften närmast ytan och denna luft kommer att stiga och värma upp atmosfären. Så småningom har atmosfären värmts upp så mycket att temperaturskillnaden inte är tillräckligt stor för att luften ska orka stiga. I torr luft kommer därför lapse rate’n (temperaturgradienten) att stabilisera sig på 0,96 grader per 100 meter i höjd. Detta beror på hur mycket trycket sjunker med höjden, och detta värde går att räkna fram och stämmer med mätningar.

Vid fuktig luft blir lapse rate’n mycket lägre då vattenångan kondenseras på högre höjd och avger värme där. Man kan säga att fuktig luft innehåller mer energi och orkar därför stiga vid en lägre temperaturskillnad. I snitt på jorden är lapse rate’n c:a 0,65 grader per 100 meter på jorden och lapse rate’n varierar lite grann med årstiderna men inte sårskilt mycket.

Effekten av växthusgaser

Växthusgaserna är genomskinliga  för kortvågig strålning (tex solstrålning) men kan absorbera vissa frekvenser av långvågig strålning (värmestrålning), som tex strålas ut från jordytan. Växthusgaserna kommer i sin tur att stråla ut långvågig strålning. Det här innebär att växthusgaserna värmer jordytan och luften nära jordytan, men de kyler luften högt upp i atmosfären. Atmosfären består ju till största delen av syre och kväve, men strålningen från dessa gaser är i princip noll. Men dessa gaser är i allra högsta grad inblandade i konvektionen istället, dvs värmetransport genom luftrörelser. De påverkar även växthusgasernas utstrålning genom att överföra vibrationsenergi (värme) till dessa via kollisioner (värmeledning) snarare än via strålning. Nettoresultatet blir att en växthusgasmolekyl utstrålar långvågig strålning motsvarande omgivningens temperatur.

När mängden växthusgaser ökar, kommer temperaturkurvan att förskjutas och den genomsnittliga utstrålningshöjden öka

Figur 2 – När mängden växthusgaser ökar, kommer temperaturkurvan att förskjutas och den genomsnittliga utstrålningshöjden öka

När man ökar mängden växthusgaser kommer den genomsnittliga utstrålningen att ske från en högre höjd och hela temperaturkurvan förskjuts. Hur mycket den förskjuts beror på mängden växthusgaser som lagts till och på vilken höjd dessa ligger. Om inget annat ändras borde temperaturen rent teoretiskt öka med c:a 1 grad om koldioxidhalten fördubblas. Detta har ett flertal forskargrupper räknat fram. IPCC hävdar att en fördubbling av koldioxidhalten borde ge en temperaturökning på mellan 1,5 och 4,5 grader. Men då räknar alltså de med att andra parametrar också ändras som förstärker förändringen av koldioxiden.

Effekten av ozon

Som de flesta av er vet sjunker inte temperaturen med höjden i hela atmosfären. Istället börjar den öka igen vid en höjd på mellan ca 9 och 17 km. Detta beror på gasen ozon. Denna gas absorberar en del av solinstrålningen och värmer upp ett lager högt upp i atmosfären. Ovanför detta lager sjunker temperaturen igen. Men atmosfären längst ut från jorden är ännu varmare beroende på att solens ultravioletta strålning kommer att skapa ett lager av elektroner och laddade atomer och molekyler. Allt detta skapar atmosfärens olika lager.

Figur 3 – Atmosfärens olika lager. Effekten av att ozon absorberar solstrålning gör att temperaturen börjar öka på en höjd mellan 9 och 17 km.

Varm luft som stiger från jordytan kommer inte högre än till tropopausen, eftersom temperaturen ökar ovanför detta lager. Därför ligger molnen oftast inte högre än tropopausen.

 

Dela detta inlägg

58 reaktion på “Populärvetenskaplig klimatteori

  1. 1
    Lars Cornell

    Tack för att du så pedagogiskt tar upp det här ämnet.
    Men jag är mycket kritisk till figur 2 och texten ”kommer den genomsnittliga utstrålningen”.
    Om man utgår från just (genomsnitts-)punkten får man ett stort fel eftersom en betydande del av utstrålningen sker från atmosfären över tropopausen och där lutar temperaturkurvan åt andra hållet.
    Man kan således inte till mer än en viss del (något mer än hälften antar jag) utgå från kurvans lutning i troposfären.
    En annan del (något mindre än hälften) följer kurvans lutning i stratosfären. Det sammanlagda blir därför ej det som du redovisar i figuren.

    För att få något tillförlitligt måste man beräkna utstrålningen från varje punkt på höjdaxeln och sedan integrera samman dem. Därefter gör om samma sak med annan koldioxidhalt och studerar skillnaden.
    Vad får man då?

    Man skulle kunna fullfölja resonemanget så, att om vi höjer koldioxidhalten så mycket att punkten hamnar i stratosfären så får koldioxid en negativ inverkan på växthuseffekten. Blir det så?

  2. 2
    Bim

    Lars Cornell # 1
    ”Blir det så?”
    Kanske, men inte på Alarmisterna, de begriper inte ett smack av det här. Även om så struntar de i det.

  3. 3
    GoranA

    Tack för en klar och redig beskrivning men som ändå väcker några frågor.
    Du skriver som jag förstår det att syre och kväve blir av med sin energi genom överföring till växthusgaserna som sedan strålar ut energin. Vad händer då i en atmosfär med energin som absorberas av marken och som direkt överförs till syre och kväve om det inte finns växthusgaser i atmosfären som kan stråla ut energin i rymden.

    Kan man också anta att tropopausen flyttas uppåt i atmosfären med en ökad mängd växthusgaser (CO2) i atmosfären.

  4. 4
    Mats Kälvemark

    Vad gäller de volymer koldioxid som avges från atmosfären är totalvolymen per år 800 gigaton enligt IPCC AR4.
    Från fossil förbräning kommer f.n. ca 10 gigation/år, dvs ca 1,3% av den totala till atmosfären årligen avgivna volymen.
    Den absoluta huvudvolymen, 97%, kommer från vegetation, land och hav.
    Dessa volymer är inte konstanta utan varierar med temperaturen.
    En självklarhet om man betänker att lösligheten av koldioxid i havet ät beroende av temperaturen, dvs minskar med ökande temperatur.
    Man måste därför utgå från att den nuvarande koncentrationen av koldioxid i atmosfären, 400 PPM, och ökningstakten till en stor del är hänförbar till sistnämnda källorna och till en mindre del hänförbart till fossil förbränning.

  5. 6
    Magnus Cederlöf Inläggsförfattare

    Lars Cornell #1:
    Det här är bara en teoretisk förenklad förklaringsmodell. Verkligheten är naturligtvis mycket mer komplicerad än så. Och du har helt rätt i att man måste integrera över många punkter i atmosfärens höjd för att få en mer rättvisande bild. Men jag tror att de är så de har gjort när de har beräknat den teoretiska klimatkänsligheten till c:a 1 grad.

  6. 7
    Magnus Cederlöf Inläggsförfattare

    Göran A #3:
    1. Om man antar att man inte har några växthusgaser alls borde väl hela atmosfären få samma temperatur som marken. Men här får någon gärna rätta mig om jag har fel.

    2. ”Kan man också anta att tropopausen flyttas uppåt i atmosfären med en ökad mängd växthusgaser (CO2) i atmosfären.”
    Nej jag tror att tropopausen ligger på ungefär samma höjd. Även stratosfären borde värmas upp. Kanske nån annan kan hjälpa till att reda ut begreppen?

  7. 8
    Thomas P

    Göran&Magnus Tropopausen flyttas uppåt med mer växthusgaser. Troposfär med konvektion har vi där atmosfären är så ogenomskinlig för IR att all värme inte förmår ta sig ut som strålning, och med mer växthusgaser förblir atmosfären ogenomskinlig högre upp. Därav faller även Lars idé i sista stycket i #1.

    Däremot kyls stratosfären med med växthusgaser. Där dominerar växthusgasernas förmåga att stråla ut IR snarare än att absorbera den.

  8. 9
    GoranA

    #5 Lasse
    Här kan man lyssna Grey själv,
    https://www.youtube.com/watch?v=_OOHS0pIfmk

    #8 Magnus
    Solen tillför energi hela tiden, utan växthusgaser ingen utstrålning. Hur blir en sådan atmosfär av med sin energi. Blir den så varm så att kemiska reaktioner startar, tex N2 + 2 O2 –> 2 NO2 och bildning av växthusgaser.

  9. 10
    Thomas P

    Goran #9 ””Solen tillför energi hela tiden, utan växthusgaser ingen utstrålning. Hur blir en sådan atmosfär av med sin energi.”

    I den enkla versionen absorberas allt solljus av marken och strålar därifrån direkt ut i rymden. Atmosfären tillförs då bara energi där den är i direktkontakt med marken och då bara tills den har samma temperatur som denna, sen tar det stopp och atmosfären håller samma temperatur som marken.

    Du kanske tänker dig situationen att atmosfären som idag absorberar en del av solljuset men saknar växthusgaser som kan stråla ut denna? Idealt kan man tänka sig att atmosfären då borde värmas upp till den når temperaturer där även O2 och N2 får ej försumbar utstrålning. I praktiken är det nog svårt att få en atmosfär så totalt fri från alla former av växthusgaser att det kan inträffa.

  10. 11
    Magnus Cederlöf Inläggsförfattare

    Thomas P #8:
    Stämmer det verkligen att stratosfären kyls av med mera koldioxid? Jag trodde snarare att anledningen till att klimatmodellerna visar att stratosfären kyls av är pga förstärkningseffekter främst från vattenånga som inte är jämt fördelade över atmosfärens höjd.

  11. 13
    Svend Ferdinandsen

    God enkel gennemgang af forholdene. Dog savner jeg moln, som er uløseligt forbundet til vattenånga.

  12. 14
    Björn

    Hej Magnus! Kanske din bild är överförenklad. Jag anser att det är problematiskt när Du skriver att återstrålning från luften träffar jordytan, med vad Du underförstått menar är att det återförs värme till jordytan. Jag hävdar att det istället är så att det inte sker någon uppvärmning med din ”back radiation”, men däremot att den återstrålande IR-vågens fotoner fördröjer utstrålningen och på så sätt minskar utstrålad energi. Kyls verkligen jordytan av konvektion? Det är snarare den ständiga vågen av IR-fotoner som bär bort energi från jordytan. Växthusgaserna kommer i dess väg och fördröjer därmed utstrålningen mot rymden. Den molekyl som verkligen kyler är vattenångan när den lämnar jordytan. Konvektionen beror väl sedan av tryckskillnader.

  13. 15
    Magnus Cederlöf Inläggsförfattare

    Svend Ferdinandsen #13:
    Tack. Ja jag skulle också önska en genomgång av molnens roll. Men jag känner att jag inte har den kunskapen att jag kan göra det. Molnbildningen och dess effekter är mycket komplicerad.

  14. 16
    Magnus Cederlöf Inläggsförfattare

    Björn #14:
    Nettoeffekten av växthusgaserna är att jordytan kyls av långsammare. Det finns massor av diskussioner på nätet om att kalla objekt inte kan värma upp varmare objekt, men det är inte det det handlar om.

    Jag förstår inte riktigt vad du menar med konvektionen. Men det finns ett ständigt flöde av varm luft uppåt och kall luft neråt och detta kommer att kyla jordytan.

  15. 17
    GoranA

    # 7,10,12
    En får tacka för svaren så här långt.
    Jag får säga som Peter Dalles karaktär i Lorry, ”tänkte inte på det”

  16. 18
    Thomas P

    Magnus #11 Stratosfären är extremt torr så vattenånga spelar inte någon större roll där.

    Troposfären värms underifrån genom att den absorberar IR som från början kommer från marken. Om man tillför mer växthusgaser ökar då absorptionen av värme snabbare än utsändningen så troposfären värms upp.

    Stratosfären är annorlunda. Att vi har en stratosfär med temperaturinversion beror på att ozon absorberar UV-ljus som värmer upp denna och mer växthusgaser ökar inte denna uppvärmning utan där dominerar att växthusgaser är bra på att stråla ut värme.

    Skall man mäta denna effekt kompliceras det av att vi med CFC:s tunnat ut ozonlagret vilket också kyler stratosfären, men klart är att stratosfären blir kallare. en snabb sökning:
    http://www.acom.ucar.edu/Research/Highlight/stratosphere.shtml

  17. 20
    GoranA

    Denis Rancourt har en genomgång av växthuseffekten och anger ett värde på på uppemot 60 °C och inte de 33 °C som är standard för Jorden med eller utan en atmosfär.
    En atmosfär har inte bara en värmande effekt, genom processer som hydrologiska cykeln och konvektion kyler atmosfären markytan.
    Kan ses på, https://www.youtube.com/watch?v=A-uY3tuV3yw
    cirka 29 min in i videon.

  18. 21
    Ingemar Nordin

    Thomas P #18,

    ”Skall man mäta denna effekt kompliceras det av att vi med CFC:s tunnat ut ozonlagret vilket också kyler stratosfären, men klart är att stratosfären blir kallare. en snabb sökning:”

    Nja, Det verkar ju snarare som om temperaturerna legat stilla mellan 1995 och 2005. Ozonlagret är, sägs det, beroende av solstrålningens intensitet. Huruvida CFC påverkar det hela är fortfarande en omtvistad fråga. Tydligt är emellertid att stora vulkanutbrott påverkar starkt.

  19. 24
    Håkan Bergman

    Så här då.
    By Claes Bernes – C. Bernes (2007): ”En ännu varmare värld”. Naturvårdsverket, Monitor 20, s. 24. Efter J. P. Peixoto och A. H. Oort (1992): ”Physics of climate”, American Institute of Physics, New York. Data från MODTRAN., CC BY-SA 3.0, Link

  20. 25
    tty

    Jag föreslår att du plockar bort den nedåtgående pilen för IR-strålning om du skall vara konsekvent. Det är nettostrålningen uppåt som är intressant. När det gäller konvektionen har du ju bara nettoflödet uppåt med. I själva verket så återförs ju dock större delen av värmen i den konvekterande luften till marken genom sjunkande luft och regn. Trots detta är nettovärmeflödet från markytan genom konvektion betydligt större än genom IR-strålning.

    Sedan är det inte sant att luft från troposfären inte kan passera genom tropopausen. Det är inte ovanligt med ”overshoot” där kraftiga åskväder tränger igenom tropopausen och upp i stratosfären.

    I troposfären transporteras värme uppåt, och nära markytan huvudsakligen genom konvektion, med en ökande strålningsandel med höjden. I stratosfären transporteras värme nedåt, och nästan enbart genom strålning. Tropopausen är den punkt där flödena balanserar och temperaturen därmed är som lägst.

    ThomasP skriver ovan att det nog är svårt att åstadkomma en atmosfär utan växthusgaser och det är sant, för det är egentligen bara (enatomiga) ädelgaser som inte är växthusgaser. Man brukar säga att tvåatomiga gaser med två likadana atomer (som syre, väte och kväve) inte är växthusgaser eftersom de inte har något dipolmoment, men det gäller egentligen bara för isolerade molekyler. När molekylerna är tillräckligt nära för att påverka varandra får de ett dipolmoment och fungerar då som en växthusgas (s k Collision Induced Absorption, CIA). Effekten är visserligen svag men ökar med atmosfärens täthet och temperatur, och det har faktiskt föreslagits att väte och kväve skulle kunna ha tillräcklig växthusgaseffekt för att lösa ”the faint young sun paradox”, d v s att Jordens temperatur redan för 4 miljarder år sedan var hög nog för att ha oceaner av vatten i vätskeform trots att solen då var betydligt svagare än nu:

    http://science.sciencemag.org/content/339/6115/64.full

    Detta är dock en mycket omstridd hypotes.

  21. 26
    tty

    Ett tillägg till. Det är egentligen fel att de båda linjerna för lapseraten i bild 2 är parallella. Med större mängd vattenånga i luften blir ökar luftens specifika värme vilket gör lapseraten flackare och den temperaturskillnad som krävs för att transportera upp ett luftpaket till en given höjd mindre. Sjunker temperaturen tillräckligt för att vatten skall börja kondensera ut frigörs stora mängder ångbildningsvärme och lapseraten blir ännu lägre.

  22. 27
    Magnus Cederlöf Inläggsförfattare

    Göran A #20:
    Ja precis, den egentliga växthuseffekten är mycket större än 33C. Men 33C får vi kvar när vi har räknat bort effekten av konvektionen mm.

  23. 28
    Magnus Cederlöf Inläggsförfattare

    TTY #25, #26:
    Tack för synpunkterna. Jag har förenklat modellen väldigt mycket och vissa fall kanske för mycket. När temperaturen ändras ändras också avdunstningen och molnbildningen och dessa har stor påverkan på den egentliga klimatkänsligheten. Vad den egentliga klimatkänsligheten är låter jag vara osagt i den här diskussionen.

  24. 29
    tty

    Nja, de där 33 K är väl egentligen skillnaden mellan Jordens förväntade temperatur om den vore en perfekt svartkropp (255 K) och den (ungefärliga) yttemperaturen 288 K.
    Nu är det där en mycket teoretisk beräkning. Jorden är inte en perfekt svartkropp inom IR-bandet, och en planet utan atmosfär och oceaner skulle ha ett helt annat albedo (och med atmosfär och/eller oceaner är växthuseffekt oundviklig), så egentligen går det inte att räkna ut hur stor växthuseffekten är.
    255 K stämmer dock hyfsat med Månens medeltemperatur, men Månen har ett lågt albedo.

  25. 30
    Thomas P

    tty #25 ”Trots detta är nettovärmeflödet från markytan genom konvektion betydligt större än genom IR-strålning.”

    Detta belyser bara hur pass stark växthuseffekten är, dvs hur väl atmosfären hindrar IR-strålning. Konvektionen fungerar som restterm, den transporterar upp den energi från solen som atmosfären är för ogenomskinlig för att släppa ut som strålning.

    Att som du föredrar stryka den nedåtgående pilen för IR och istället ha en mycket mindre uppåtgående pil tycker jag mest skulle förvirra eftersom man då förenklat bort själva växthuseffekten.

    Artikeln av Wordsworth var intressant. Finns att ladda ned här:
    http://geosci.uchicago.edu/~rtp1/papers/Science-2013-Wordsworth-64-7.pdf

  26. 31
    Lars Kamél

    Jag håller med Svend Ferdinandsen. Analysen saknar moln, som har större växthuseffekt än koldioxid.
    Dessutom absorberar vattenånga lite grann i det synliga spektrumet. Astronomer vet det, men frågan är om klimatforskare vet det? Moln absorberar naturligtvis ännu mer synligt ljus.
    Lapse rate förblir inte nödvändigtvis densamma när halten av växthusgaserna ökar. Den kan mycket väl vara en dämpande återkoppling, som minskar jordytans uppvärmning till under den teoretiska en grad. Moln är definitivt en dämpande återkoppling, trots att modellmakarna antar motsatsen.

  27. 32
    GoranA

    Om jag förstått rätt så så har alla GCM en inbyggd positiv feedback från vattenånga vilket gör att vi inte kan förvänta oss att en temperaturhöjning vid en fördubbling av halten CO2 ska stanna vid 1 °C utan den kan bli allt mellan säg 2 och 5 grader. En positiv feedback loop leder alltid någon form av ”runaway” effekt och i det här fallet skulle oceanerna vid en temphöjning leda till att mer koldioxid avges till atmosfären och/eller en ökad avdunstning och med mer vattenånga i atmosfären som ytterligare spär på temphöjningen tills vi når en katastror, oceaner som kokar bort. Hur får man stopp på höjningen i modellerna och är detta inte ett argument för att det inte kan vara så i naturen.

  28. 33
    Svend Ferdinandsen

    Re 27 og 28
    Ja, det e en enkel model, men den er overskuelig og indeholder dog de væsentligste elementer.

    Angående skyer og drivhusgasser: Det er komisk at høre meteorologer tale om drivhusgasserne der varmer Jorden, for så i næste øjeblik at tale om en kold nat fordi det er skyfrit og klart, eller en nat der bliver lun fordi det er overskyet.
    CO2 indholdet er vel det samme uanset moln, og de skulle jo hindre udstrålingen.
    Moln har ikke rigtig klimaforskeres interesse, fordi de ikke helt kan forbindes med menneskelig aktivitet.
    Sammen med vattenånga er de elefanten i glasbutikken.
    https://wattsupwiththat.files.wordpress.com/2013/09/josh-knobs.jpg?w=720

  29. 34
    Thomas P

    GoranA #32 ” En positiv feedback loop leder alltid någon form av ”runaway” effekt”

    Nej, vi ligger inte speciellt nära någon runaway. Haven absorberar för närvarande CO2, mängden vattenånga ökar visserligen med temperaturen men bara tillräckligt för att förstärka uppvärmningen, inte få den att skena. det är inte så att alla förstärkningseffekter måste få vare sig modeller eller jordens verkliga klimat att skena, vi har också en negativ återkoppling i att utstrålningen ökar som T^4 som bromsar. När solen fortsätter bli varmare kommer vi så småningom, om hundratals miljoner år, kanske nå en punkt där vattenånga leder till n skenande växthuseffekt så vi slutar som Venus, men det är inget omedelbart hot.

  30. 35
    Thomas P

    Svend #33 När vi talar om en ”kall” natt handlar det om något tiotals minusgrader Celsius. Natthimlen ovanför atmosfären håller -270 grader. Du skall vara glad att växthusgaserna gör att du slipper känna på vad verklig kyla är.

    ”Moln har ikke rigtig klimaforskeres interesse, fordi de ikke helt kan forbindes med menneskelig aktivitet.”

    Om du istället för att hålla till på WUWT läste vad klimatforskare höll på med skulle du inse att de tvärtom är mycket intresserade av moln.

  31. 36
    Magnus Cederlöf Inläggsförfattare

    GöranA #32:
    Vattenånga har en förstärkningseffekt rent strålningsmässigt. Men vattenångan påverkar också molnbildning, nederbörd och lapse rate, vilket gör att sammantaget kan vattenångan ge en mycket kraftig negativ återkoppling istället (försvagningseffekt).

  32. 37
    Thomas P

    Magnus #36 Att vatten skulle totalt sett ge någon ”mycket kraftig negativ återkoppling” låter som en ren fantasi. Jag kan rekommendera IPCC figur 9.43 för en uppskattning av storleken på de olika återkopplingarna.

  33. 39
    Magnus Cederlöf Inläggsförfattare

    Thomas P #37:
    Om du tittar på en världskarta med marktemperaturen ser du att nästan överallt där det finns vatten/fukt är det kallare än motsvarande torra områden på samma breddgrad. Så med tusentals år av sk positiv återkoppling från vatten blir det alltså kallare med positiv återkoppling? Jag får inte ihop detta.

  34. 40
    Thomas P

    Magnus #39 Om du skall börja jämföra lokala väderförhållanden måste du börja titta på lokala förhållanden. Varför är det mer fuktigt på vissa platser? Hur påverkar geografi, luft- och havscirkulation etc. Det är inte så att man kan se olika områden som isolerade och jämföra dem som sådana.

  35. 41
    Magnus Cederlöf Inläggsförfattare

    Thomas P #40:
    Nej det är klart, men IPCC hävdar att vatten är en mycket kraftig återkoppling ändå kan man inte se nästan någonstans att det är varmare där det är fuktigt på motsvarande breddgrad. Det är något som inte stämmer här.

  36. 42
    Björn

    Thomas P [37]; Nog är det väl något konstigt med vattenångan. Jordytan kyls när vattenångan bildas och avdunstar. Att värme krävs för avdunstningen märks också på en våt hud. Är inte denna process en negativ återkoppling?

  37. 43
    tty

    ThomasP #30

    ”Konvektionen fungerar som restterm”

    Resttermer brukar inte vara störst. Varför inte vända på steken och inse att Jordytan värms genom att absorbera ljus och kyls genom konvektion, med IR-strålning som restterm.

  38. 45
    tty

    #39/40

    Nu är det i och för sig ovedersägligt att temperaturerna genomgående är markant lägre i fuktigare områden på låga breddgrader. Dock är skillnaden i viss mån skenbar eftersom fuktig luft har högre specifik värme, men jag tror inte någon med erfarenhet av tropikerna på allvar förnekar avdunstningens/nederbördens effekt som ”termostat”.

    På högre breddgrader är det mera komplicerat eftersom en stor del av värmen där tillförs med (oftast fuktig) luft från lägre breddgrader.

    En lustig variant i detta sammanhang är Sahara, som p g a av den torra luften har ett markant underskott på strålningsvärme (ledtråd: vilken är den viktigaste växthusgasen?) och skulle ha arktiska temperaturer om inte värme hela tiden tillfördes söderifrån genom Hadleycirkulationen. Fast å andra sidan, vore det inte för den torra sjunkande luften i Hadleycellen skulle ju utstrålningen inte vara så stor.

    Kolla på den här bilden från TRMM-projektet. Den skiljer sig från ”vanliga” väderkartor genom att den visar hur stor del av all nederbörd som faktiskt bara faller tillbaka ned i de tropiska haven efter att ha gjort tjänst som ”evaporationskylare”.

    https://trmm.gsfc.nasa.gov/trmm_rain/Events/all_years.3B43.color.annotated.gif

  39. 46
    Thomas P

    tty #43 ”Resttermer brukar inte vara störst. Varför inte vända på steken och inse att Jordytan värms genom att absorbera ljus och kyls genom konvektion, med IR-strålning som restterm.”

    Som förklaring av hur klimatet fungerar ger det en helt missledande bild. Primärt så strålar marken ut energi som IR och om inte atmosfären var så bra på att absorbera och återstråla denna skulle större delen av all energi stråla ut direkt så. Att vi har konvektion beror just på att IR-strålningen inte når ut och att marken och lägre atmosfären därför värms upp till konvektion kan starta.

    Så blir det även när man gör en modell av klimatet. Man börjar med en strålningsbalans och sen lägger man till villkoret att på de platser där temperaturgradienten skulle bli större än adiabatiska startar konvektion och trycker ned gradienten till den nivån.

    Jag förstår faktiskt inte varför du vill plocka bort den stora IR-strålningen från markytan. Resultatet blir för den som inte redan är insatt helt obegripligt. Ju starkare växthuseffekt desto mindre blir pilen för IR och ju mer synes konvektion dominera. Det är inte sakligt fel att rita så, men det är definitivt inte upplysande. Det blir lätt att ur ett sådant diagram få intryck av att växthuseffekten är mindre på Venus än på jorden.

  40. 47
    Björn

    tty [25]; Vad menar Du med: ”Trots detta är nettovärmeflödet från markytan genom konvektion betydligt större än genom IR-strålningen”. Det finns ju två sorters konvektion i sammanhanget, nämligen luftens flöde och den elektromagnetiska konvektionen. IR är ju en elektromagnetisk våg bestående av fotoner, alltså vilka i sig står för utstrålad IR. Växthusgasernas absorptionsförmåga fördröjer utflödet av fotonerna liksom solens atmosfär som fördröjer dessa att nå ytan med 10-tals miljoner år. Vilken konvektion är det som Du egentligen syftar på?

  41. 48
    Magnus Cederlöf Inläggsförfattare

    TTY #45:
    Kan IPCC verkligen ignorera det faktum att temperaturen är lägre där det är fuktigt? Eller hur får de egentligen ihop sin positiva återkoppling?

  42. 49
    tty

    #47

    Nu har du rört till saker och ting ordentligt. Fotonstrålning, oberoende av våglängd är inte elektromagnetisk konvektion, alltså konvektion driven av ett elektromagnetiskt fält. Den konvektion som förekommer i atmosfären är termisk, och jag säger att nettovärmeflödet från markytan genom konvektion är betydligt större än genom IR-strålning därför att det är så. Här är en ”klassisk” bild från IPCC TAR:

    http://www.grida.no/climate/IPCC_tar/wg1/images/fig1-2.gif

    Det ser kanske inte så ut (vilket naturligtvis också är meningen), men om man kollar siffrorna upptäcker man att de två pyttesmå pilarna i mitten är (netto) konvektion och omfattar 102 W/m^2 medan de två JÄTTE-pilarna till höger är (brutto) IR-strålning och omfattar 66 w/m^2.

    Och du, fotoners växelverkan med gaser (=jordatmosfären) och plasma (=solen) är inte samma process för att uttrycka sig milt.

  43. 50
    Mats Kälvemark

    Jag noterar med stum beundran hur många ni är som kan grotta ner er i detaljer i klimatteorin kring växthusgaser men väldigt lite sägs om följande elementära kunskap:
    1 Av all koldioxid som avges från jorden till atmosfären kommer 10/800 = 1,3% från fossil förbränning.
    97% avges från land-vegetation – hav. (IPCC AR4)

    2. Kocentrationen av koldioxid i atmosfären är f.n. 400 PPM . Öknigen upp till denna nivå måste vara ett resultat av all avgiven koldioxid, dvs inte bara från de 1.3 % som kommer från fossil förbränning, utan framförallt från land-vegetation-hav (97%). Detta ger ett överskott jämfört med vad som kan absorberas av sänkorna. Logiskt, eftersom exempelvis lösligheten av koldioxid i vatten minskar med ökande temperatur. (Betyder mer avgasning – mindre upptagning).

    3. Koncentrationen av vattenånga i atmosfären är genomsnittligt 30000 PPM, dvs totalkoncentrationen av koldioxid, 400 PPM (där det mesta kommit från hav-land) är enbart 1,3% av vattenångans koncentration.

    4. Vattenångan är alltså den helt dominerande växthusgasen men koncentrationen varierar över jordens yta och är självfallet lägst i ökenområden. Det är därför som det kan bli minusgrader på natten men plus 50 grC genom solens inverkan på dagen. Utan vattenånga skulle jordens medeltemperatur vara ca minus 30 grC. Tack var vattenångan är den i stället plus 14 grC vilket gör vår planet beboelig för oss människor.
    Jämfört med detta kan man nästan bortse från effekten av koldioxid från fossil förbränning.

  44. 51
    Thomas P

    Mats #50 Lär dig skillnad mellan netto och brutto! Ökningen i CO2-halt beror på att utsläppen är större än upptaget, och varför är det så? Jo, därför att vi släpper ut CO2 genom att elda med fossilbränslen. Haven absorberar däremot tvärtemot vad du tycks tro CO2 i dagsläget.

    Vattenånga är inte välblandad, framförallt är halten mycket låg högre upp i atmosfären. Talet om genomsnittlig halt blir därför helt missvisande. Det blir som att ta på sig fyra lager byxor och gå med bar överkropp på vintern och tycka att man i genomsnitt ändå är varmt klädd.

    ” Utan vattenånga skulle jordens medeltemperatur vara ca minus 30 grC. ”

    Och var har du fått den siffran ifrån?

    ”Jämfört med detta kan man nästan bortse från effekten av koldioxid från fossil förbränning.”

    Om du tog och läste på lite mer skulle du nog kunna förstå varför så inte är fallet. Du hänvisar till en siffra från IPCC som du tycks gilla, prova att läsa resten av rapporten också också.

  45. 52
    Ingemar Nordin

    tty#49,

    ”Det ser kanske inte så ut (vilket naturligtvis också är meningen), men om man kollar siffrorna upptäcker man att de två pyttesmå pilarna i mitten är (netto) konvektion och omfattar 102 W/m^2 medan de två JÄTTE-pilarna till höger är (brutto) IR-strålning och omfattar 66 w/m^2.”

    Lurigt. Men du har naturligtvis rätt. IR-strålningen är en restterm och konvektionen står för huvuddelen av avkylningen. Och ju större skillnad det är mellan mark och luft (t.ex. öppet hav under vintern) desto större betydelse har konvektionen.

  46. 53
    Björn

    tty [49]; Du må ursäkta mig, men det råder en viss förvirring kring detta ämne. Kan vara intressant även för andra som läser här. Allting går inte på räls och allra helst tolkningen av fysikens lagar. Elektromagnetisk strålning sägs teoretiskt fortplanta sig med ljusets hastighet i en molekylfri rymd. Men är vår atmosfär molekylfri? Nej, för där finns absorberande molekyler som CO2 och vattenånga. Termisk energi eller med andra ord värme kan utbreda sig genom konvektion i vätskor och gaser och vår atmosfär betraktas som något gasfyllt. Men det kontroversiella är att energibärarna är just fotonerna som absorberas i främst de s.k växthusgaserna. Om jordytan är strålkällan där strålningen består av IR, alltså termisk energi, så det första som denna IR sannolikt först stöter på, är vatten. Detta vatten förångas till vattenånga som genom konvektion stiger uppåt. Finns det inget vatten att förånga eller moln, strålar IR rakt ut och träffar på en och annan CO2-molekyl med känt resultat. Vi kan påstå härmed att IR under vissa omständigheter relativt fritt strålar rakt ut, men under andra omständigheter har hinder i vägen i form av växthusgaser och därför fördröjs fotonernas utstrålning mot rymden. Analogin med solen var intressant i sammanhanget med fotonernas hinder mot friheten även fast det handlade om väsensskilda atmosfärer.

  47. 54
    Thomas P

    Ingemar #52 Drar du några slutsatser om växthuseffekten efter denna ”insikt”?

  48. 55
    Mats Geijer

    Jag har läst här i många år men aldrig vågat skriva. förut…;)

    Det jag tycker saknas i hela resonemanget är vilka våglängder som CO2 -molekylen kan absorbera och reagera på. Vad jag förstått är det typ 2,4; 4,8 och 15 my. Den fråga man måste ställa sig är hur mycket jorden utstrålar inom dessa tre våglängder SAMT hur mycket vattenångans spektrum överlappar CO2 SAMT vad resultat blir när vattenångan som volymprocent är mycket större.

    Min skepticism mot AGW-hypotesen är baserad på att jag inte kan se att det finns entydiga svar på dessa enkla frågor. Googlar man blir man inte speciellt klokare. Det förefaller som om själva grundbulten för AGW-hypotesen inte vilar på en evidensbaserad vetenskaplig grund.

    Mvh//Mats (enkel civilingenjör)

  49. 56
    Ingemar Nordin

    Thomas #54,

    Inte annat än att konvektionen är en mycket viktig faktor, och möjligen underskattad i klimatsammanhang. Om jag inte minns fel kom det en artikel för några år sedan som tog upp vindens betydelse för konvektionen över hav. Det är väl som så mycket annat när det gäller klimatforskningen att den stora fokuseringen på växthusgaser har gjort att andra faktorer behandlats styvmoderligt.

  50. 57
    GoranA

    #34 Thomas P
    Du säger om jag förstår dig rätt att den positiva förstärkning av den globala temperaturen genom koldioxid- vattenånga hämmas genom ökad utstrålning (T^4).
    Temperaturvariationerna på Jorden verkar vara små i absoluta tal och gränsen ser ut att vara +/- 0,5 % jmf med dagens temperatur under Holocen vilket till stor del kan bero på utstrålningens stora temp beroende.

    Borde det inte då gå att beräkna vid vilken temperatur en ökning av koldioxid (vattenånga) balanseras, blir så liten att den inte får någon praktisk effekt p g a ökad utstrålning (T^4) enligt modellerna.

    Sen är det en annan femma att jag inte tror att modellerna har rätt när det gäller att vattenångan och molnen roll i en positiv feedback loop.

  51. 58
    Thomas P

    Mats G #55 Det finns naturligtvis mer kompletta beräkningar som tar upp allt det du beskriver även om Magnus i sitt inlägg gav en mycket mer förenklad bild. Google är tyvärr inte helt ideal om du vill ha detaljerad vetenskap eftersom bloggar, populärvetenskap och ofta ren desinformation tenderar hamna i topp. Håkan länkade i alla fall i #23 till en bild med de spektrallinjer du frågade efter. Vill du ha dem i mer detaljerad form kan du använda HITRAN:
    https://en.wikipedia.org/wiki/HITRAN

    Ingemar #56 Hulburts artikel från 1931 är nog den första som på ett korrekt sätt beskrev fördelningen mellan konvektion och strålning så det är inte direkt någon ny vetenskap det handlar om. som jag skrev: det primära är strålning, konvektion är vad man får när strålningen inte klarar av att transportera tillräckligt med energi i och med att atmosfären är för ogenomskinlig.

    GoranA #57 ”Borde det inte då gå att beräkna vid vilken temperatur en ökning av koldioxid (vattenånga) balanseras, blir så liten att den inte får någon praktisk effekt p g a ökad utstrålning (T^4) enligt modellerna.”

    Någon sådan punkt finns inte! Temperaturvariationen under Holocen har varit liten, men så har också CO2-halten varit i et närmaste konstant.

Kommentarer inaktiverade.