Växthuseffekten och klimatmodellerna

Inledning och allmänna kommentarer till efterföljande avsnitt

Vissa av följande koncept kan vara svåra att greppa för den som inte har naturvetenskaplig utbildning - framställningen har därför en del länkar till vidare läsning och innehåller en del förhoppningsvis illustrativa bilder och analogier. Argumentationen är inte heller i linje med vad man normalt matas med i media. För att läsaren ska slippa läsa om nedanstående avsnitt och framställning vill jag söka inleda med ett kondensat av det hela:

1. Inledningsvis görs ett försök till sammanfattning av den grundläggande strålningsfysiken.

2. Trots att strålningsfysiken har mer än 100 år på nacken finns även i modern litteratur avvikande åsikter om de aktuella sammanhangen och dess ekvationer. För enkelhets skull antas att den etablerade formalismen gäller - kritiken kvarstår ändå i högsta grad gentemot de “etablerade slutsatserna”.

3. Kritiken mot dessa kan sammanfattas i att

• Fokus i nutida klimatmodellering har lagts på koldioxidens roll, trots att dess resterande grundläggande uppvärmningseffekt av atmosfären ska vara högst marginell. Dess logaritmiska koncentrationsberoende motiverar bara en ytterligare uppvärmningspotential på någon grad, även om Jordens alla kolresurser tas i anspråk.

• Klimatalarmism baseras i praktiken helt på tänkta förstärkningsfaktorer till en grundläggande förstärkt växthuseffekt från antropogen koldioxid som verkar via en ökad vattenavdunstning vid en höjd temperatur vid jordytan - en s.k. “positiv återkoppling”. Det finns goda argument för att effekterna snarare verkar i motsatt riktning, och det hela är avgörande för sakfrågan

• Det är högst vilseledande att hänvisa till “fysikens lagar” och “vår bästa kunskap” i samband med klimatmodellering - när man vid närmare betraktande ser att osäkerheterna i modellerares olika parametrar vida överstiger de temperaturtrender man tror sig ha observerat de senaste 100 åren. Dessutom är modellerna gravt förenklade och ofullständiga.

Strålningslagar

Tankegångar om “atmosfärisk” växthuspåverkan går tillbaka till Jean Baptiste Fourier, och hans banbrytande arbeten om värmeledning på 1800-talet. Fysikern John Tyndall var sedan den förste som mätte olika gasers förmåga att absorbera värmestrålning (ca 1860). I slutet av 1800-talet studerade andra fysiker olika fasta ämnens förmåga att utsända energi i form av elektromagnetisk strålning (värme och ljus). Observationerna är dock emellertid helt oförenliga med den klassiska fysikens lagar. De är däremot i utmärkt överensstämmelse med Planck’s strålningslag, som först härleddes runt år 1900. Den bygger på ett antagande om att energi är kvantiserad (förekommer i “paket”) - vilket senare ledde till kvantmekanikens genombrott. Mer om experimentella och teoretiska relationer finns här, där också nedanstående figur är hämtad (Svenska Wikipedia):



Spektrum av svartkroppsstrålning vid olika temperaturer på en dubbellogaritmisk skala; den gula kurvan visar solens yttemperatur och regnbågen markerar det synliga spektret.

En åskådlig referenspunkt i sammanhanget är att en yta med temperaturen 25 grader Celsius (298 K) maximalt strålar ut 460 Watt per kvadratmeter. Detta förvånar många, eftersom en strålningsintensitet på denna nivå känns intuitivt fel - sitter vi bredvid ett 500 Watts värmeelement? Vad vi egentligen upplever är dock temperaturskillnader och värmetransport i alla riktningar via parallella mekanismer som vanlig värmeledning mellan saker som är i fysisk kontakt (hud mot nära nog lika varm luft, etc.)

Sammanfattande relationer

Stefan-Boltzmann’s lag , som säger att en ytas maximala strålningsemissionsförmåga (Watt/m2) är proportionell mot absoluta temperaturen i fjärde potens:



där



är den s.k. Stefan-Boltzmann’s konstant. ε är en korrektionsfaktor för att en verklig yta inte är en “ideal svart kropp” (ε =”emissiviteten” är mindre än 1). Denna lag formulerades på slutet av 1800-talet.

Planck’s strålningslag, som ger frekvens-eller våglängdsberoendet av strålningsintensiteten - mängden energi utsänd per tids-, yt-, vinkel och frekvensenhet (sammanfattat i figuren ovan). I övrigt se Wikipedia eller annan källa).

Strålningsbalans

Den skolboksmässiga strålningsbalansekvationen för Jorden ser ut så här (om vi för enkelhets skull antar att emissiviteten för jordytan och haven är 1 - egentligen en ganska dålig approximation):



På vänstra sidan av den första ekvationen har vi en faktor 0.7 som avser att 30 % av inkommande solstrålning (I1) reflekteras ut tillbaka till världsrymden. Det inom parentesen är Jordens tvärsnittsyta, som i ett visst ögonblick belyses av Solen. På högra sidan har vi Jordens totala yta, och högra ledet av Stefan-Boltzmann’s lag. Löser man ut jämviktstemperaturen får man som synes någonting nära 255 K, som också är nära Jordens uppmätta utstrålningstemperatur mot världsrymden.

Begreppet “Växthuspåverkan”

Jordens atmosfärs medeltemperatur nära Jordytan anses allmänt vara ca 33 grader varmare än nyss nämnda 255 K. Detta tillskrivs s.k. “växthuspåverkan”, och beror på ett flertal olika faktorer. Jordens resulterande utstrålningstemperatur är dock fortfarande i området 255 K. Effektivt sett sker dock denna utstrålning från ca 5-8 km höjd (siffrorna varierar i litteraturen), d.v.s. från troposfären (atmosfär, stoft eller moln).

Att beräkna temperaturen vid Jordytan från strålningsbalansfaktorerna låter sig dock inte göras enbart via strålningsbalansekvationerna, utan måste inkludera någon form av modell för hela Jordens klimat (inkluderande havens roll) . Notera också att haven har ett värmeinnehåll som är flera 10-potenser större än atmosfärens.

En pedagogisk och relativt lättläst beskrivning av sammanhangen runt “växthuspåverkan” har sammanställts av Richard Lindzen, och kan laddas ner här (ca 0.7MB PDF, på Engelska).

I de modeller av strålningsbalans som används anses Jordytan anses i genomsnitt under dygnet absorbera ca 240 Watt per kvadratmeter av inkommande solstrålning (ca 1367 Watt per kvadratmeter når övre atmosfären som är vänd mot Solen). För jämvikt i modellerna måste alltså i genomsnitt 240 watt också kylas bort från Jordytan. Detta kan dock inte enbart ske genom direkt utstrålning från jordytan, utan går via flera vägar och delsteg.

• Atmosfären värms av jordytan, och värme transporteras uppåt genom konvektion (uppvindar). Vi har också en omfattande vattenavdunstning som kyler jordytan, transporterar värme uppåt, och löser ut värme när vattenånga kondenseras till moln. Denna energi kan sedan stråla ut från molnen, troposfärens växthusgaser eller luftburna partiklar (aerosoler).

Temperaturen och lufttrycket (koncentrationen av molekyler) sjunker som bekant ju högre upp man kommer i atmosfären. Lufttrycket sjunker också nära exponentiellt uppåt - ett direkt resultat av att molekylernas lägesenergi relativt jordytan strävar efter att vara Boltzmannfördelad. Dessa två faktorer (atmosfärisk temperatur och tryck) visar sig hänga samman.

Temperatursänkningen uppåt i atmosfären kan förstås på flera sätt. Ur en molekylär synvinkel kan man resonera att det krävs arbete att flytta en molekyl uppåt i Jordens gravitationsfält. När den då vinner i lägesenergi tappar den och dess omgivning i rörelseenergi. Men gasmolekylers genomsnittliga rörelseenergi är i grunden vad vi beskriver som deras temperatur (”temperatur” i fast och flytande materia är på samma sätt ett mått på intensiteten av vibrationer och annan rörelse i materialet).

Meteorologer väljer här istället ett makroskopiskt synsätt där man talar om en “adiabatic lapse rate” uppåt i atmosfären (för detaljer se ex Engelska Wikipedia). Man kommer där fram till att temperaturen uppåt (i z-riktningen) i en torr och stillastående atmosfär bör från jordytan och några kilometer uppåt sjunka linjärt enligt


(I en verklig atmosfär anses motsvarande siffra vara ca 6.5 grader per kilometer.)

Här är R allmänna gaskonstanten, m molmassan för gasen, g gravitationskonstanten, och y en kvot mellan två olika mått på atmosfärens värmekapacitet (dvs. hur mycket energi det krävs för att värma den en grad).

Notera att inget av ovanstående har något direkt att göra med energitransport från jordytan via värmestrålning i atmosfären, men givetvis är kopplat till dessa samtidiga processer.

Nästa steg blir att redogöra för de rena strålningseffekterna.

Begreppet “Växthusgaser”

För att en molekyl i gasfas ska kunna absorbera eller utsända infraröd strålning (säg mellan 1 och 100 mikrometers våglängd) krävs att dess naturliga inre vibrationsrörelser (grundsvängningar, normalsvängningar) ska leda till att molekylens dipolmoment förändras vid vibrationsrörelsen ifråga. Symmetriska molekyler som syre och kväve har inget dipolmoment, och deras grundsvängning (här: sträckning av den enda kemiska bindningen) ändrar inte detta - därför absorberar de inte infraröd strålning. Metan är symmetrisk, och saknar dipolmoment - men vissa av dess normalsvängningar leder till en osymmetrisk geometri som leder till ett molekylärt dipolmoment - så metan absorberar infraröd strålning (= har IR-aktiva normalsvängningar). En introduktion till IR-spektroskopi finns här.

De viktigaste växthusgaserna är vatten och koldioxid. Vatten är en vinklad molekyl, och har därmed ett dipolmoment från början. Koldioxid har inget dipolmoment, eftersom den är rak och symmetrisk - men tre av dess fyra grundsvängningar är IR-aktiva. Koldioxidens symmetriska böjningssväng­nin­gar nedan är faktiskt det mest centrala för diskussionen om “global uppvärmning”!

Växthusgaser absorberar eller utsänder (emitterar) värmestrålning inom ganska smala våglängdsområden. Alla fasta eller flytande partiklar i atmosfären (aerosoler) utsänder också värmestrålning - över mycket bredare våglängdsområden. Växthusgaser absorberar normalt inte inkommande synligt ljus från Solen - vissa aerosoler som sot kan däremot ha stark ljusabsorption.

Värmestrålning i atmosfären

Här observeras många återkommande missförstånd även bland naturvetare, vana vid olika typer av “spektroskopi“. Det som är speciellt att notera i sammanhanget (värmestrålning mellan nästan lika varma objekt) är

1. Att man i detta sammanhang har samtidiga bidrag av helt jämförbar storlek av absorption och emission av “värmestrålning” när det gäller “växthus­gas­molekyler” (vatten, koldioxid, metan etc.) och fasta partiklar i atmosfären. Ett ämne som har förmåga att absorbera elektromagnetisk strålning vid en viss våglängd har ju också en lika stor förmåga att emittera strålning av samma våglängd (se Wikipedia: Kirchoff’s law of thermal radiation).

Emissions- och absorptionsspektra i synligt ljus (med en detektor som är väsentligt kallare än motsvarande strålningstemperaturer)

1. En växthusgasmolekyl eller aerosolpartikel strålar inte nödvändigtvis som ett resultat av att den absorberat strålning och fått överskottsenergi - drivkraften är istället att den strävar efter att anta omgivningens genomsnittliga temperatur - d.v.s. dess genomsnittliga IR-excitering ska motsvara Boltzmannfördelningen (motsvarande typiskt under 1% exciterade molekyler vid 300 K). En växthusgasmolekyl kan alltså både sträva efter att absorbera och avge värmestrålning i ett givet ögonblick.
2. Utom vid låga tryck i den högre delen av atmosfären sker vibrationsexcitering (och givetvis också vibrationsdeexcitering) av “växthusgas­molekyler” genom molekylkollisioner mycket oftare än absorption av IR-strålning.
3. När IR-strålning sänds ut från en molekyl går den i godtycklig riktning i rymden, oberoende av energins ursprung (inkommande strålning eller molekylkollisioner).

Vid passage av värmestrålning (med ursprunglig intensitet Io vid en viss våglängd) från Jordytan upp till världsrymden blir de sammanfattande ekvationerna i en dimension (Schuster-Schwarzschild­rela­tionen (ca 1915) här i z-riktning):



där vi känner igen den första termen som Lambert-Beer’s lag. Den säger att strålningen vid en viss våglängd absorberas exponentiellt mot en konstant (k) gånger koncentrationen (p) gånger passagelängden genom atmosfären (z). Som en konsekvens av Kirchhoff’s lag innehåller den andra termen samma storheter, men är viktad med en faktor B(T,λ), som motsvarar den termiska utstrålningen vid den aktuella temperaturen och våglängden(λ) för en ideal svart kropp (se Figuren i avsnittet Strålningslagar ovan).

Sammanhangen missförstås ofta - man kan lätt ledas att tro att exempelvis koldioxiden och vattenångan redan absorberat all värmestrålning i sina aktuella våglängdsområden redan efter passage genom några meter av atmosfären. Så skulle det vara i “vanlig spektroskopi”, men här saknar begrepp som “mättnad”, “fullständigt absorberad”, “återutsänd” etc. mening - därför att man igenom hela atmosfärpassagen har samtidig absorption och emission av värmestrålning, och också därför att excitering via molekylkollisioner är viktigare än via strålning, nära Jordytan.

MODTRAN etc.

På webben kan man lätt finna detta Javascriptbaserade program, som numeriskt och interaktivt löser nyssnämnda ekvation för olika gaskoncentrationer, fuktighetsgrader och observatörsplats.




Vi ser de Planck-kurvor för olika strålningstemperaturer, med “dippar” för områden där växthusgaser påverkar strålningspassagen genom atmosfären. Den vid “wavenumber” ca 600-800 är från koldioxid och den vid ca 1000-1100 är från ozon i stratosfären. Notera att just vid dessa våglängder (eg. vågtal “vågor per cm”) så ser strålningen ut att komma från en kallare källa - övre troposfären tycks stråla som om den var ca 220-240K, medan huvuddelen av kurvan tycks komma från något som är ca 270 K.

Ovanför diagrammen finns också sammanfattande siffror om utstrålningen (i Watt/kvadratmeter).

Sammanställer man resultat för olika koncentrationer av växthusgaser blir här effekten på utstrålningen absorptionen logaritmisk (se nedan) mot växthusgaskoncentrationen. 

Alternativa synsätt på atmosfärisk värmestrålning

Trots att de grundläggande växthusgasekvationerna funnits i snart 100 år diskuteras dock fortfarande deras giltighet. Inte mindre än fyra arbeten har kommit senaste åren där saken ifrågasätts (se nedan). Man kan ganska lätt hitta dem på webben, tillsammans med mycket omfattande diskussioner på olika nivåer.

Utöver detta finns också idéer om att strålningen helt saknar betydelse, och att växthuseffekten helt beror på värmetransport i atmosfären under inflytande av gravitationen, d.v.s. att nyss nämnda gravitationsstyrda temperaturgradient skulle vara hela anledningen till att vi har 33 grader varmare i genomsnitt vid jordytan än Jordens utstrålningstemperatur mot världsrymden. Detta är dock snarare en normal effekt av värmeledning mellan en kall och varm yta, och har inte i övrigt med värmestrålning att göra

Vi antar som sagt i det följande att den etablerade bilden av grundläggande strålningsmässig växthuspåverkan (logaritmisk) gäller. Den kritik som framförs nedan kvarstår, och är högst motiverad.

Nedanstående fyra referenser ges bara för läsarens information.

Växthuseffekt via växthusgasers påverkan

Vi antar som sagt att det etablerade synsättet är giltigt. Den strålningsmässiga växthuseffekten anses härröra från att en ökad koncentration av en viss “växthusgas” leder till att den effektiva utstrålningen från Jorden till världsrymden sker från en högre höjd i troposfären - dvs. från en lägre temperatur. I och med detta skulle utstrålningseffekten bli mindre, och mer värmeenergi stanna kvar på Jorden och i dess atmosfär. (Effekten ska som sagt bli logaritmisk mot gaskoncentrationen - om det bara finns en sådan gas, vill säga - se nedan).

De övre luftlagren (övre troposfären och stratosfären) kyls via växthusgaserna via denna mekanism. I de nedre luftlagren anser man dock att nettoeffekten av växthusgaser i atmosfären blir att återstråla värme till Jordytan. Detta sker genom en kombination av direkt återstrålning och uppvärmning av atmosfären (alltså även innefattande syre och kväve) via molekylkollisioner.

Notera:

1. det skenbart paradoxala: att växthusgasernas verkan i de högre luftlagren blir att KYLA Jorden genom utstrålning. (Hur skulle annars övre troposfärens värme kanaliseras ut i världsrymden? )
2. effekten på temperaturen vid Jordytan låter sig inte enkelt beräknas, utan måste modelleras via alla värmetransportmekanismer (konvektion, avdunstning, molnbildning etc.)

IPCC har anammat en förenklad “återstrålningsbild” där en viss molekyls effektiva uppvärmnings­förmåga (radiative forcing) sammanfattas i ett uttryck av logaritmisk form, enligt förra avsnittet:



Här symboliserar dE återstrålad effekt (Watt/kvadratmeter ). Notera speciellt att man också antar att all denna energi når Jordytan och absorberas i form av uppvärmning av den.

För CO2 sätter man faktorn α till 5.35 . Denna siffra motsvarar någon form av genomsnittlig IR-absorptionsförmåga. För denna och andra siffror, se exempelvis - se exempelvis: http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/222.htm

Hur förändras då temperaturbalansen vid jordytan om vi antar denna modell gäller? Saken är enkel. Strålar det in dE mer mot Jordytan måste också dE mer stråla ut. Därför ska enligt denna modell jordytans temperatur höjas, för att strålningsjämvikt ska uppehållas. Utstrålningen ska fortsatt följa Stefan-Boltzmann’s lag. Om vi antar svartkroppsstrålning och deriverar S-B-relationen får vi



Låt sedan T vara Jordens utstrålningstemperatur mot världsrymden (255 K) och beräkna dT för en fördubbling av CO2-halten. Resultatet blir 0.98 grader. Detta bör sättas i relation till att man anser att koldioxidhalten i atmosfären höjts från 270 till 380 ppm de senaste 100 åren, och att man tror sig ha uppmätt en samtidig temperaturhöjning på ca 0.7 grader.

Det logaritmiska sambandet

(Den egentliga kritiken börjar här:)

Siffran 0.98 grader är på inget sätt alarmerande - dessutom anses atmosfären redan ha värmts cirka 0.7 grader under förra seklet (Figuren är från ett föredrag av Richard Lindzen, som är högst läsvärt, läs också hans förenklade beskrivning av växthuseffekten, och ett annat föredrag som handlar om klimatmodellering )



All prognostiserad uppvärmning utöver det logaritmiska sambandet bygger på antaganden om förstärkningsfaktorer - “positiv återkoppling” via ökad avdunstning av vatten och en ökad fuktighet i atmosfären. Detta skulle då leda till högre växthuseffekt för vatten, samt ändrad molnighet. Här gäller inte längre fysikens grundläggande lagar, utan klimatmodellerarens egen bild av verkligheten.

Eftersom alla växthusgasers “återstrålning” ska uppföra sig på samma sätt kan vi behandla den absolut dominerande växthusgasen vattenånga på samma sätt. Problemet är bara att IPCC inte klassificerar vattenånga som en växthusgas - utan en “förstärkande återkoppling” (man refererar till egendomliga argument om kort uppehållstid i atmosfären och nära konstant genomsnittlig atmosfärsfuktighet). Det finns alltså inget motsvarande tabellvärde att finna för dess α

Vattens IR-absorptionsförmåga är dock inte nämnvärt skild från den för koldioxid, så man kan ändå resonera vidare utan problem. Tabeller för vattens ångtryck vid olika temperaturer finns lätt att tillgå (av någon anledning använder klimatmodellerare Clausius-Clapeyron’s ekvation istället). Man ser via dessa redskap att en temperaturhöjning från säg 15 till 16 grader motsvarar en ångtrycksförändring för vatten(=koncentrations­förändring i gasfas vid 100 % luftfuktighet) på cirka 6%.

Denna ökade vattenånghalt i atmosfären kan dock omöjligen leda till en förstärkning av vattenångans strålningsmässiga växthuseffekt med mer än en tiondels grad (via molnpåverkan skulle det kunna bli betydligt mer (- eller mindre), men det är inte det saken gäller just nu- se vidare nedan).

Metan, Lustgas, Freoner etc. …

Vi hör ofta påståenden om att metan är en 20-25 ggr mer potent växthusgas än koldioxid, och det finns också i IPCC-rapporterna alarmistiska tabeller av detta snitt (notera åter att vattenånga saknas i tabellen, och att det är fel enhet efter siffrorna 1720 och 312 - ska vara ppbv - volymsmiljarddelar).



För att komma fram till tabellens anmärkningsvärda siffror (som i media tas till intäkt för allehanda katastrofscenarios) så multiplicerar man gasens grundläggande logaritmiska växthuspåverkan med en atmosfärisk uppehållstid (underförstått att förekomsten i atmosfären är antropogen), och antar att de olika grundläggande växthusbidragen är additiva. Det senare är inte bara gravt felaktigt ur matematisk och fysisk synvinkel, utan också avsiktligt vilseledande.

Tabellen ovan representerar rent nonsens.

Det vilseledande ligger först i att ursprungskoncentrationen av metan etc. är mycket låg (ca 1.8 ppm) jämfört med koldioxid (380 ppm och givetvis vatten, som finns i ännu högre koncentration, ca 3 %) att man jämförelsevis befinner sig i början av en logaritmisk kurva, snarare än på en platå:






Kanske det - men bara om det inte redan finns betydande absorption av IR från vattenånga, moln, koldioxid och aerosoler i metans IR-våglängdsband. Det gör det i högsta grad (se Figuren i avsnittet Begreppet “Växthusgaser”), så metans effekt blir mycket mindre än 20 ggr den för koldioxid - kanske noll.

Resonemanget är än mer tillämpbart på de helt absurda siffrorna för freoner och lustgas.

• För att göra en liknelse (- ljudupplevelser har också logaritmiska samband -) ljudet av en mygga kan vara mycket störande när man ligger i ett tält på fjället, men man hör inte längre myggan mot bakgrund av vanliga röster i tältet, än mindre vid sidan av ljudet av ett jetplan…

Vatten behandlas ju inte heller som en växthusgas - utan som en “återkoppling” - med motivering av relativt kort omsättningstid i atmosfären och relativt konstant halt. Detta trots att den är den dominerande växthusgasen.

• Den vilseledande behandlingen av olika växthusgaser i IPCC’s rapporter framstår också som klar och avsiktlig, när man inte tydligt vill erkänna det grundläggande logaritmiska beteendet även för koldioxidens grundläggande växthuseffekt (en fördubbling av halten ska ju bara ge 1 grads höjning). Med referens till olika återkopplingar och klimatmodeller uppskattar man istället att effekten är 2-6 grader. De höga siffrorna kommer från olika förstärkningsfaktorer som lagts in av modelleraren.

• Argument om stark växthusgaspåverkan från metan och lustgas (N2O) saknar enligt ovan faktisk grund. Metan bryts dessutom ner i atmosfären (till koldioxid och vatten), och har på senare år också stabiliserats på en platå på ca 1.5 ppm i atmosfären. De kemiska nedbrytningsreaktionernas betydelse är högst tydliga i det faktum att metans atmosfäriska halt varierar starkt på olika breddgrader och höjder över havet. Halten vid polerna är bara hälften av den vid ekvatorn.

Aerosoler och moln

Bilden ovan (från ett högst läsvärt arbete av klimatforskaren W. Kininmonth, som i övrigt i artikeln klär av Al Gore’s film, och diskuterar växthuseffekt och relaterade saker) visar hur extremt stor inverkan moln har på utstrålningen från Jorden. De “blå områdena” är molntäckta, och kanske strålar ut 100 Watt/kvadratmeter från molnens (ganska kalla) översida. Den direkta strålningen från marken och havsytan i molnfria områden är mycket större - kanske 300 Watt/kvadratmeter. Detta ska jämföras med den förstärkta växthuseffekt man diskuterar för koldioxiden - kanske 1-2 Watt/kvadratmeter. Notera också molnens dominerande inverkan på graden av återreflektering av solstrålning till världsrymden.

Moln, såväl som andra aerosoler, utsänder och absorberar värmestrålning över breda våglängdsområden - d.v.s. ungefär som “svarta kroppar”. De absorberar alltså inte i relativt smala band som “växthusgaser” - men har samma funktion i sammanhanget som växthusgaser. Fasta aerosoler (sot etc.) kan också givetvis absorbera synligt ljus, och värma upp atmosfären på så sätt.

Det är lätt att acceptera att molnen är av största betydelse för Jordens temperaturbalans. En ökad molnighet skulle också rubba siffran “0.7″ i den ekvation vi såg tidigare (modellantagande är typiskt ca 30 % direkt återreflekterad inkommande solstrålning , via främst moln och is):



Vad skulle det innebära? Det är lätt att istället stoppa in siffran 0.71, och vi får en temperatureffekt (0.9 grader) som är minst lika stor, som den man diskuterar för en koldioxidfördubbling…

Vi kan konstatera att inverkan av moln måste vara mycket central i sammanhanget, och det är viktigt att också inse att klimatmodellerare inte trovärdigt kan simulera molnbildning. Figuren nedan (från ett föredrag av Richard Lindzen) avser procentuell molntäckning - från Nordpolen till Sydpolen, beräknat med något 30-tal olika klimatmodeller.

Klimatmodellering

Vi är alla bekanta med vädersimulering och väderprognoser, och vet att det är i stort omöjligt att förutspå väder mer än en vecka i förväg. Det ligger i problemets natur, och situationen förändras inte mer än marginellt med snabbare datorer och mer omfattande nät av observationer. Den grundläggande metodiken bygger på fyra grundläggande fysikaliska lagar, sammanställda av Norrmannen Bjerknes för cirka 100 år sedan. Genom en numerisk lösning av dessa ekvationer, med randvillkor i nuvarande lufttryck, vindar, luftfuktighet, temperaturer etc., kan man förutspå framtiden med i dag rimlig säkerhet.( Den som undrar om det går att testa simuleringar bakåt i tiden kan upplysas om att det är omöjligt - ekvationerna divergerar omedelbart.)

Klimatmodellering hävdas i diskussioner med IPCC-företrädare också “bygga på fysikens lagar och vår bästa kunskap”. Detta är gravt vilseledande på flera sätt. Klimatmodeller är i verkligheten skapelser av modellerare, och vi såg just att det finns ett 30-tal olika eller fler sådana modeller. Modellerna kan innefatta 100.000-tals rader programkod, och beräkningarna motiverar bruk av superdatorer. Deras fokus har styrts mot frågan om inverkan av antropogen koldioxid på framtida klimat, och förstärkningseffekter från ökad vattenavdunstning i en tänkt framtida varmare värld.

I realiteten är modellerna ofullständiga, och problemet så komplext att forskare från andra grenar av naturvetenskapen menar att simuleringarna omöjligtvis kan vara meningsfulla. Speciellt svårt är det att trovärdigt inkludera och förutsäga så viktiga saker som förändringar i molnighet, havsströmmar och solinstrålning. Vissa kosmologiska och andra faktorer kan inte ens tas med, därför att man inte kan uttrycka dem matematiskt eller ens förutsäga dem.

I tidigare avsnitt har vi sett att den grundläggande växthuseffekten är logaritmiskt beroende av koncentrationen. Vid överlappande IR-absorption gäller inte additivitet mellan olika gasers bidrag.

För koldioxid ska den grundläggande växthuseffekten stanna vid ca 1 grad vid en fördubbling av koldioxidhalten, medan modellerare hävdar 2-6 grader eller något ditåt - via tänkta “positiva återkopplingsmekanismer”.

• All klimatalarmism grundar sig på att man hävdar att återkopplingarna till en grundläggande förstärkt växthuseffekt i modellerna ska vara positiva.

Att återkopplingen i klimatsystemet av en temperaturhöjning skulle vara positiv är bara en hypotes - den skulle lika gärna kunna vara negativ.

Man såg inte heller tecken på någon positiv återkopplingseffekt när Jorden efter 1998 istället snabbt återgick till tidigare temperaturvärden vid markytan och i atmosfären efter en ovanligt stark El Niño-relaterad (havsströms-) uppvärmning av klimatsystemet.

Flera forskare (speciellt Richard Lindzen och Roy Spencer) har sökt lägga fram observationsargument för att återkopplingarna i verkligheten är negativa och att Jordens klimatsystem i detta avseende är självreglerande via de molnighetsförändringar som följer på en ökad solinstrålning och ökad växthuseffekt från en ökande koldioxidhalt i atmosfären. För ett av Spencer’s arbeten (han bearbetar satellitobservationer av molntäcke och atmosfärstemperaturer) se exempelvis här.

Läsaren rekommenderas slutligen varmt att studera Richard Lindzen’s föredrag om klimatmodelleringens problem och tillkortakommanden, och frågan om vart huvudfåran av dagens IPCC-färgade klimatforskning egentligen syftar.

Arrhenius- kuriosa

Det hävdas ofta saker i stil med att “Arrhenius förutsade redan 1896 korrekt(?) att en ökad koldioxidhalt i atmosfären skulle leda till en framtida temperaturhöjning på 3-4 grader”. Detta är i praktiken bara propaganda. Arrhenius gjorde 1896 mycket riktigt omfattande och imponerande beräkningar (inkluderande försök att ta hänsyn till mer vattenånga i atmosfären) i ett arbete på 42 tryckta sidor, baserat på Stefan-Boltzmann’s lag och de IR-spektra som då fanns att tillgå. Tyvärr hade dessa IR-spektra ingen som helst likhet med dem vi känner i dag. Arrhenius hade också ofullständiga ekvationer i sammanhanget (de riktiga kom ju ca 1915) .

Kommentarer

 

---

Comment från Gunnar Littmarck
Time: 12 juni, 2009, 12:25

1:Om inte vatten hade så stor ångbildningsenergi, skulle inte 15C transporteras från ytan till de höjder i atmosfären där molnen bildas.

Innebär det att växthuseffekten är större än 33C?

2:Moln har ju termisk isolering som vår vindsisolering i hus?

I moln sker konvektion dåligt?

3:Vidare undrar jag om den energimängd jorden avger i form av “varm” materia (300 ton O2/dygn och en otrolig mängd H2 och He2) tas med i energiekvationerna?

Vår atmosfär genomfars dessutom av materia som upptar termisk värme vilken förs vidare ut i rymden.

I termosfären blir ju molekylers medelvåglängd bli tusentals km där de kan ta med sig sin termiska energi.

4:Jag undrar som lekman om inte växthuseffekten kan vara på halva effekten av de 33C?

De fältmätningar jag läst visar dessutom att ändrad CO2 halt bidrar extremt mycket mindre än vad modtranprogram visar.

Om växthuseffekten från våra växthusgaser bra är 15C, visar det kanske varför inte något termiskt spår av ökad CO2 halt visat sig?

---

Comment från Peter Stilbs
Time: 14 juni, 2009, 14:01 Hej Gunnar:

Det var många frågor som är svåra att ge något svar på. Klimatmodellerarna undviker också att diskutera delfrågorna, utan hänvisar även vad gäller “strålningsmässig växthuseffekt” till utfallet av simuleringar av hela klimatsystemet. Vad de egentligen lagt in är nästan omöjligt att avgöra. Det varierar också mellan olika modeller.

Atmosfären i sig är ju ett isolerande lager, och det finns värmetransport från den av solen uppvärmda marken upp till de övre atmosfärslagren. I första approximationen ska det bli
en konstant temperaturgradient av den typ som kallas “adiabatic lapse rate” ovan.

Sen har vi avdunstning av vatten, som har hävdats ge 15C avkylning av jordytan i genomsnitt. Verkar inte orimligt - men utan vatten skulle vi ha våldsamma temperatursvängningar.

Sen har vi uppåtgående konvektionsströmmar där lättare luft transporterar värme till övre luftlager.

Så det är inte konstigt att man kan enas om olika “växthugasers” absoluta och relativa bidrag till de 33C som man anser vara den totala “växthuseffekten”.

Ett vanligt missförstånd är att de står för hela växthuseffekten (temperaturskillnaden mellan Jordytan - eller nedre atmosfären - och Jordens utstrålningstemperatur mot världsrymden (255K)).

---

Comment från Mats Ödman
Time: 30 juli, 2009, 21:27 Fantastiskt bra!

Men varför skriver du inte ett öppet brev till Fredrik Reinfeldt (och ev hela riksdagen) tillsammans med några andra fysikprofessorer? Helst en fysikerkollega från varje lärosäte i Sverige.

Politikerna (liksom jounalisterna o allmänheten) tror ju att klimatmodellerna bygger på fysikens lagar.
Och så visar det sig att modellerna har mycket högre värden för CO2:s värmeabsorberande förmåga än vad ni fysiker fått fram under mer än hundra års mätningar, med den den svenske nobelpristagaren Svante Arrhenius i spetsen!
Och återkopplingen med vattenånga är inte positiv utan är nu negativ.

Uppenbarligen har alla blivit vilsledda. Det borde vara ett bekymmer (en samvetsfråga?) för varje fysikprofessor att hans vetenskap missbrukas.

Ett brev från “oroade fysiker som inte kan tiga längre” skulle bli en riktigt väckarklocka. Passa på nu under EU-ordförandeskapet. Då kan ni även få genomslag utomlands.

Brevet måste naturligtvis bli en populäriserad version av vad du skriver här. Om du vill ha hjälp o synpunkter kan jag ställa upp.

---

Comment från Peter Stilbs
Time: 1 augusti, 2009, 11:52 Tack för vänliga ord, Mats.

Jag har massor av kollegor, som efter att slutligen ha sökt sätta sig in i sammanhangen, insett hur svaga AGW-argumenten i botten är. Övriga verkar inte vilja tänka tanken att ett FN-organ kan ha fel (s.k. politisk korrekthet) - eller vill tyvärr spela med i en process som ger kortsiktiga forskningsmedel - men som samtidigt förlöjligar vetenskapssamhället.

Jag ska fundera på Ditt förslag. Vi hade ju något inne i i denna riktning SvD för något halvår sedan på Brännpunktsidan - det var ett 25-tal svenska professorer som skrev under.

---

Comment från Johnny Lilja
Time: 14 augusti, 2009, 13:43 Citerar:
“De övre luftlagren (övre troposfären och stratosfären) kyls via växthusgaserna via denna mekanism. I de nedre luftlagren anser man dock att nettoeffekten av växthusgaser i atmosfären blir att återstråla värme till Jordytan. Detta sker genom en kombination av direkt återstrålning och uppvärmning av atmosfären (alltså även innefattande syre och kväve) via molekylkollisioner.

Notera:

1. det skenbart paradoxala: att växthusgasernas verkan i de högre luftlagren blir att KYLA Jorden genom utstrålning. (Hur skulle annars övre troposfärens värme kanaliseras ut i världsrymden? )”
En fantastiskt märklig slutsats: Jorden skulle alltså kylas för att mer värme blir kvar. ??
Den ÖVRE delenav atmosfären kyls. Bekräftat. Helt enligt AGW-teorin.

---

Comment från Peter Stilbs
Time: 17 augusti, 2009, 12:39 Hej Johnny - jag förstår inte riktigt vad Du syftar på?

AGW-proponenter tar numera ofta till att tecken på en observerad avkylning av stratosfären under senare decennier är ett bevis för en förstärkt strålningsmässig växthuseffekt från CO2 (man vill dock helst inte höra talas om motsvarande “missing fingerprint” i troposfären över speciellt ekvatorn).

Att “växthusgaser” borde ha en kylande effekt i övre luftlager brukar komma som en överraskning för de flesta som hör det första gången. Det är också huvudtema i Chilingar’s och medarbetares publikation som nämns ovan i samband med aktuella kontroverser inom området.

Personligen tycker jag att man bör vara tveksam mot mått på “temperaturer” i den mycket tunna stratosfären - bl.a. kemiska reaktioner och ljusabsorption (som den som finns med i mekanismen för bildning av ozon) värmer atmosfären på denna höjd. En minskad omfattning av detta motsvarar alltså en avkylning - som dock inte har något att göra med den typ av växthuseffekt vi primärt diskuterar.