Om jordbanans betydelse för klimatet

 

 

Earth_Orbit1

 

Bilden kommer från NASA

Det här är ett inlägg som jag redan i den första raden ber om ursäkt för. Även om det inte innehåller några avancerade matematiska formler så är det naturligtvis alldeles för matematiskt för att passa in på en blogg som riktar sig till ”en intresserad allmänhet” och inte till matematiker.

Den fråga som jag ställde mig är hur det faktum att jorden är längre ifrån solen under vårt sommarhalvår påverkar instrålningen från solen. Det som, om jag räknat rätt, naturligtvis är välkänt och självklart för alla experter, men som jag inte var medveten om, var att den energi (effekt gånger tid) som når jorden under ett visst halvår alltid är hälften av den totala instrålningen, oberoende av vilken halva av jordbanan som det handlar om.

Däremot spelar avståndet en roll när det gäller utstrålningen ifrån Jorden. Anledningen till detta är att det som kompenserar för instrålningen, d.v.s. det faktum att sommarhalvåret är längre när det gäller utstrålning innebär att Jorden hinner stråla ut mer.

Jag vill påminna om vad jag skrev härom veckan, nämligen att jag älskar att ha fel så att om någon antingen har kunskaper eller insikter som visar att hela detta inlägg är felaktigt så vore det naturligtvis på sätt och vis tråkigt, men åtminstone för mig skulle det innebära att jag verkligen fick lära mig något nytt.

Det här inlägget är alltså en fortsättning på mina senaste inlägg där jag ägnat mig åt att för egen del försöka att förstå något av vad som påverkar klimatet på längre eller kortare sikt. En sak vi alla vet är ju att på norra halvklotet är den period vi kallar sommarhalvåret varmare än vinterhalvåret så att vi ständigt är utsatta för snabba lokala klimatförändringar. Det detta inlägg handlar om är alltså klimatsystemets totala värmeinnehåll.

Det är allom bekant att jorden har sitt perihelion, d.v.s. är som närmast solen i början av januari, d.v.s. ganska nära vintersolståndet, medan den är som längst ifrån i början av juli. Det enklaste sättet att beskriva jordens bana runt solen är att den är en cirkel med solen en bit ifrån centrum. Radien i cirkeln är ungefär 500 ljussekunder.

Cirkelns omkrets blir då 2π * 500 ~ 3142 ljussekunder vilket per dygn blir 3142/365 ~ 8,6 ljussekunder. Eftersom sommarhalvåret är ungefär 6 dagar längre än vinterhalvåret så inser man att solen ligger ungefär en och en halv dag (eller säg 13 ljussekunder) ifrån cirkelns centrum.

Kepler lärde oss att planetbanorna är ellipser, men om man tänker sig en ellips med en storaxel om 500 enheter och ett avstånd av 13 enheter från centrum till en av brännpunkterna så kan vi räkna ut att lillaxelns längd (enligt Pythagoras sats) är kvadratroten ur 5002 – 132 > 499 enheter vilket blir en ellips som knappt kan skiljas ifrån en cirkel.

(Jag har försökt att rita en figur men jag klarar inte av att använda de ritprogram som jag har tillgång till så att därför får alla läsare försöka att förstå en beskrivning med ord.)

Det innebär dock att när jorden är som närmast så är avståndet (mitt i vintern) ungefär 487 ljussekunder medan det mitt i sommaren är ungefär 513. Avståndet är alltså ungefär 2,5 % större under vår sommar vilket i sin tur innebär att den strålning som når toppen av atmosfären är ungefär 5% svagare under sommaren än under vintern.Med andra ord skulle jorden vara 1% kallare då.

Nu vet vi att trögheten är betydande så att en intressantare fråga är hur stor del av instrålningen som sker under vinter respektive sommarhalvår. Det är då två faktorer som ska vägas mot varandra, den ena är att avståndet är längre och den andra att tiden också är längre. Nu lärde Kepler att ”tiden är proportionell mot arean” som i sin tur är proportionell mot ”vinkeln gånger avståndet i kvadrat”. Å andra sidan är energin per tidsenhet proportionell mot tiden delat med avståndet i kvadrat.

Om jag inte har tänkt (och räknat) alldeles fel så tar de två faktorerna alltså ut varandra så att energitillförsen per vinkelenhet är oberoende av var jorden befinner sig. Eftersom sommarhalvåret utgör ett halvt varv runt solen så kommer hälften av den solstrålning som når toppen av atnosfären på sommaren och den andra hälften på vintern.

Det som däremot skiljer sig åt är utstrålningen. Eftersom utstrålningen ”i princip” (d.v.s. bortsett ifrån växthusgaser och emissitivitet och annat) bara beror av temperaturen och den inte hinner ändras särskilt mycket på några månader (även om den är olika fördelad) så kan vi anta att utstrålningen per dygn är ungefär densamma året runt. Eftersom sommarhalvåret är 6 dagar längre så hinner Jorden alltså stråla ut mer värme under det halvåret.

Eftersom förhållandet i antal dagar är ungefär 180 mot 186, eller enklare 30 mot 31 så skulle det innebära att solen förlorar ungefär 3% mer värme under vårt sommarhalvår jämfört med vårt vinterhalvår.

Jag tror mig ha läst att istider uppstår inte för att det är kallare på vintern utan därför att snön inte hinner smälta bort under sommaren så att när nästa sommar kommer så blir det ännu kallare och ännu mer snö som inte hinner smälta bort. Därför tror jag att det brukar påstås att det är när jorden är långt ifrån solen under sommaren som istider brukar uppstå. Det här lär väl vara en av Milankoviç-cyklerna och nu tror jag mig alltså förstå hur teorin för hur just denna Milankoviç-cykel påverkar.

[Räkningarna ovan visar att jorden rör sig en ljussekund på knappt 3 timmar, d.v.s 3*108 meter på ungefär 104 sekunder eller ungefär 30 km/s.

Dela detta inlägg

27 reaktion på “Om jordbanans betydelse för klimatet

  1. 2
    Lars Cornell

    Tack Sten, det du skriver är som vanligt intressant.

    Men för mig fattas det något. Är ellipsen helt synkron med jordaxelns lutning? Är det inte så att även själva ellipsen roterar så att det ibland är sommar när vi befinner oss i aphelion och ibland i perihelion?
    Dessutom fångar oceanerna på södra halvklotet upp solenergin effektivare än landmassorna på den norra halvan. Men det kanske inte betyder så mycket.

  2. 3
    Sten Kaijser Inläggsförfattare

    Hej Lars,

    visst är det som du säger. ”Vinterhalvåret” ökar klimatsystemets värmeinnehåll och ”sommarhalvåret så minskar det.

    När det gäller de olika cyklerna så läste jag för länge sedan att jordaxelns riktning ändrar sig och gör ett varv över himlen på 26 000 år. Att vi är långt ifrån solen på sommaren är någonting övergående men det tar några tusen år. Det går dock så långsamt att grekerna för mer än 2000 år sedan hade samma polstjärna som vi.

    Sedan har jag också helt avsiktligt hittills undvikit att ta upp frågan om albedo .

  3. 4
    Svempa

    Varje år vid den här tiden är du ju dags att titta på Naturvårdsverkets prognos från 2003 om hur vädret i framtiden (typ nu) kommer te sig:

    https://www.youtube.com/watch?v=ANDOcPUlfC0

    Naturvårdsverket, väder-Pär och Rockis är ju ofelbara enligt Olle (r) så snön som faller är kanske någon slags VR från Big Oil?

  4. 5
    Björn

    I sammanhanget är nedanstående artikel i ”Klimatsans” skriven av Sture Åström, intressant, speciellt den grafiska beskrivningen av solens och jordens geometriskt föränderliga förhållanden till varandra. Ovanpå detta har vi solens cykliska förändring av energiflödet mot jorden. Vi har här 11-årscykeln och de som ger upphov till solar grand maximum och minimum. Finns säkert flera cykler av betydelse. Jordbanan runt solen har naturligtvis betydelse, men på lång sikt. Solens pulserande effekt blir som ett rippel ovanpå de planetära förändringarna.

    http://klimatsans.com/2016/12/26/cia-spar-liten-istid-enligt-der-spiegel-milankovitch-cykler/

  5. 6
    Kenneth Mikaelsson

    Även de stora planeternas placering i vårt system har stor inverkan på jordens avstånd till solen…
    Gissa vad som sker när de stora befinner sig på vår sida solen…..

  6. 7
    Roland Salomonsson

    Precis, som nämnts av flera kommentarer, är det ett stort antal ”cykler” som påverkar jorden och vårt klimat.
    Några är
    *jordens rotation runt solen
    *solens perioder av aktivitéter
    *månens rotation runt jorden påverkar jordens utstrålning från kärnan
    ‘själva jordbanans rotation runt solen
    *jorden woblar runt sin axel i ett antal cykler (kanske den viktigaste egenskapen -skillnaden mellan rät vinkel/axel mot solen resp lutande axel mot solen och när)
    *andra planeters samlade påverkan på jordens bana runt solen

    Något hände i solsystemet och/eller kanske på jorden för ca 3 miljoner år sedan som startade ”istiden”. Detta borde undersökas vad det var. Alla är väl medvetna om att istiden pågår sedan 3 miljoner år och inom ramen för istiden befinner vi oss i en interglacial, som kommer att övergå till glacial inom något 1000 år. Cyklerna ovan avspeglar sig sedan i interglacialer såväl som glacialer, där det inom interglacialer regelbundet blir ”små istider” medan det i motsvarande periodicitét under glacialer blir ”små värmeperioder”

    Likaså borde vetenskapen undersöka jordens uppträdande i egenskap av ”centrifug”, och vad detta innebär för jordskorpans beteenden. Jämför detta med jordens egenskaper som ”gyro” – d v s jordens landmassor måste ”balansera” gentemot varandra annars kommer rotationen att störas. Nämnda handlar sannolikt om ”gravitation”.

  7. 8
    jensenF.a

    F.a. har jordens temperatur betydelse för de egentliga klimatförändringarna.
    ” Mind the Gap”
    Energy Gap: Anomalin betr. mängden energi, som jorden förlorar som resultat av över eller under dess genomsnittstemperatur. När det absoluta värdet av Energy Gap är litet, orsakar insolationaförändringar små temperaturförändringar.,Och motsatsen, När energy gap är stort, orsakar insolationsförändringar stora förändringar av jordens klimat.

    135 000 år och 20 000 år sedan förlorade Jorden minimal energi p.g.a. dess låga temperatur.
    När insolationen ökade, blev temp.-ökningen dramatisk, men begränsad.
    115 000 och NU är jorden varm och förlorar massor av energi. 115 000 år sedan medförde minskande insolation avslutandet av Eemian.
    Holocen har nu minskande insolation. Negativ sedan 3 000 år sedan.
    OLR står för ca 68 % av jordens energi-balans.

    Läs John Kehr.

  8. 10
    Arne Nilsson

    Avancerat uppslag idag. Klimatet på jorden avgör huruvida det går att försörja X antal människor och Y antal andra livsformer. Uppenbarligen finns det många faktorer att ta ställning till. Eftersom vi nu lever i en tid där mycket kan mätas ner på minsta decimalkomma så gör några det. Huruvida en eventuell köldknäpp eller värmebölja får några vidare konsekvenser vet vi inte. Hade vi haft mätdata i klass med vad vi har idag och tusenårscykler kunde vi kanske ha förstått något. Som jag ser det famlar vi i mörkret. Många som läser och skriver här har en vidare syn på klimatet än andra som är mer religiöst lagda. De flesta människor på jorden har fullt upp att leva sina liv och ta hand om sina närmaste. Min devis är – lev med omtanke om djur och natur, skräpa inte ner, tänk på andra människor.

  9. 11
    Karl Eider

    #7 Roland

    ”Något hände i solsystemet och/eller kanske på jorden för ca 3 miljoner år sedan som startade istiden.”

    Kan ha att göra med att den Amerikanska kontinenten slöts ihop, dvs Sydamerika och Nordamerika bildade en sluten förbindelse genom Centralamerika via Panama. Atlanten och Stilla havet skildes åt, vilket fick stora konsekvenser på havsströmmarna.

    https://books.google.se/books?id=E8DEhXra8CAC&pg=PA20&lpg=PA20&dq=gap+north+south+america+closed&source=bl&ots=sDGCH_D6LZ&sig=QlSBetDtwydJ6nH7AyeCPwkD8ds&hl=sv&sa=X&ved=0ahUKEwi4hfig8M_XAhWua5oKHdpqB-gQ6AEIUjAI#v=onepage&q=gap%20north%20south%20america%20closed&f=false

  10. 12
    Svend Ferdinandsen

    Jeg er ikke helt sikker på hvad afstandsændringerne har af betydelse, men det er væsentligt med forskellen i land og hav mellem nordlige og sydlige halvkugle. Formodentlig giver det også en forskel i skydækket.
    Forklaringen om sne der bliver liggende og større albedo savner en forklaring på hvordan istiden så slutter.
    I klimadebatten optræder mange selvforstærkende processer (som altid er katastrofale), men i virkeligheden har de altså deres begrænsning.

  11. 14
    JIMMY

    Det blir svårt för” FNs ej folkvalda politiska IPCC – NWO världskommunist eco fascisterna, ” och försöket med beskattningsrätt när man räknar med de helt normala variationerna i solsystemet och hur man skall kunna stoppa jordens lutning samt årtusendena av normala sol klimat variationer :-) :-) :-)

  12. 16
    Roland Salomonsson

    #9: Det snurrandet är i princip en fysikalisk process för att utjämna energilägena mellan olika geografiska regioner på jorden. Detta sker med havsströmmar, vindar, molnbildning resp isläggning (och kanske några detaljer ytterligare).
    #13: Det är den bilden och lite till jag har av process-systemet.

    Men detta anser jag betyder avsevärt mer för jordens för tillfället rådande klimat än mänskligheten kan åstadkomma f n. Fysiskt eftersträvar alla processer att var för sig åstadkomma balanser (i smått resp stort), men störs samtidigt av positiva resp negativa interferenser från omgivande processer. Systemen är dock i balans långsiktigt eftersom en effekt (kraft – som kan vara astronomisk, fysikalisk, såväl som biologisk) genast åstadkommer moteffekter. Genast kan dock sett ur mänsklig livstid ses som ”lång tid”.

    Facit, avskalat från Climate-Gate förfalskningar, säger dock att jordens klimat är väldigt stabilt, med viss minimal naturlig variation.
    Om IPCC vore seriöst, skulle man leda mänskligheten mot omställning för att hantera kyla, vars överdödlighet är 20 ggr högre, än överdödligheten vid ”extrem” hetta (enligt FN). D v s några grader varmare är inget att bekymra sig över, i synnerhet om CO2 kan ökas till nära 0,08%, medan däremot några grader kyligare, skulle hota mänsklighetens existens.

  13. 17
    Kenneth Mikaelsson

    Lägger man sedan till att vid högre temperatur så är det de kyligare regionerna som gynnas..
    Va en gång tropiska växter trivdes nära våra breddgrader…

  14. 18
    Lasse

    Ett skrik från dem som vill rubba jordbanans rörelse:
    ”Vi som skriver om de här grejerna vet att det tamejfan inte är lätt att väcka intresse alla gånger. Klimatet handlar, liksom Metoo, om strukturer som måste rubbas och förändras. Det är obekväma och jobbiga frågor.”

    Jag som trodde att klimat och för den delen reproduktion handlade om överlevnad!

  15. 19
    sibbe

    ”Forscher warnen: Die Erde dreht sich immer langsamer – mit fatalen Folgen für uns alle
    HuffPost | from Mary Papenfuss” i tyska Focus idag.
    ”Forskare” varnar, jordens rotation minskar med katastrofala följder.
    Märkligt nog nämndes inte klimatkatastrofen som orsak.
    Alltså är dessa ”forskare” inga ”riktiga” forskare…

    Annars så tror jag mest på teorin som Karl Eider presenterade: att Atlanten och Stilla havet skildes åt, vilket fick stora konsekvenser på havsströmmarna.

  16. 21
    Guy

    Sibbe # 19

    Är det inte märkligt att det alltid skall vara ”katastrof”?

    En artikel eller insändare om klimat eller andra naturliga företeelser, som innehåller orden ”hållbar” eller ”katastrof” eller ”mer/mindre än vi trott” , kan slängas i sopnedkastet med en gång.

    Det finns säkert andra indikatorer, men jag kom inte på dem just nu.

  17. 22
    Lars Kamél

    Det finns mycket periodicitet inblandat utöver de uppenbara, dygn och år. Jordbanans storaxel roterar sakta på grund av störningarna från de andra planeterna. De störningarna gör också att eccentriciteten långsamt varierar uppåt och nedåt. Jordbana vrids dessutom lite uppåt och nedåt. Jordaxeln roterar och flyttar sig relativt jordytan. En del av periodiciteten syns i proxydata som sträcker sig hundratals eller miljontals år tillbaka i tiden. Annat tycks inte påverka klimatet.
    Planeternas banor är i långa loppet kaotiska. Inte så att de kommer att byta plats eller kastas ut ur solsystemet. De kommer att stanna kvar i nästan samma banor. Det är bara det att efter några miljoner år kommer osäkerheterna i beräkningarna att bli så stora att det är omöjligt att säga var i sin bana planeten befinner sig. Inte så konstigt, om man tänker efter. En osäkerhet i banperioden på någon miljondel leder efter några miljoner år till att det inte längre går att säga på vilken sida av solsystemets masscentrum, barycentrum, som planeten befinner sig.
    Planeterna rör sig inte runt Solens centrum, utan runt barycenter. Solen rör sig också runt det. För det mesta befinner sig barycenter innanför Solens yta. Theodor Landscheidt hävdade att Solens rörelse runt barycenter påverkar klimatet här på Jorden. Det är en idé som de klimathotstroende naturligtvis avfärdade och hånade. Precis som alla andra hypoteser och teorier som inte går ut på att växthusgaser är det allra, allra viktigaste.
    Utifrån den teorin spådde Landscheidt att det ska bli kallare fram till 2030. Vi får väl se om den spådomen kommer att slå in.

  18. 23
    tty

    Excentricitetscykeln på 100 000 år påverkar faktiskt den totala insolationen litet grann, medan de andra Milankovichcyklerna bara påverkar dess fördelning över året och jordytan.

  19. 25
    Sten Kaijser

    Hej tty,

    jag läste någonstans att storaxelns längd är konstant och det är ju den som bestämmer årets längd. När excentriciteten är stor blir alltså lillaxeln kortare vilket om solen låge i ellipsens centrum omedelbart skulle innebära att den totala insolationen skulle öka. Nu ligger ju inte solen i centrum och när excentriciteten ökar så ökar avståndet från solen till mittpunkten. jorden kommer alltså närmare när den är som närmast och längre bort när den som längst bort men för mig är det inte uppenbart om insolationen ökar eller minskar när excentriciteten ökat.

  20. 26
    Andreas

    #23

    Trodde det skulle trigga lite aktivitet i form av kommentarer här på forumet eftersom det bl.a. har med Milankovitch att göra…

    Han påstår bl.a. att denna planetära line up inträffar vart hundratusende år och att jorden då kommer att befinna sig åtminstone 13% längre ifrån solen än normalt vilket kommer ha en stor inverkan på klimatet.

Kommentarer inaktiverade.