Inlägg
Här kommer del III i vår serie gästinlägg av Christian Azar och Daniel Johansson som båda forskar i fysisk resursteori på Chalmers. De båda tidigare inläggen finns här (del I) och här (del II).
* * *
I denna vår tredje bloggpost om Chalmers Climate Calculator vill vi försöka besvara en fråga som många ställt och som är mycket relevant: I vilken utsträckning reproducerar modellen den globala historiska temperaturutvecklingen (1950-2010)? En lika viktig följdfråga är huruvida man kan använda en sådan analys för att bestämma värdet på klimatkänsligheten. Om man t ex kör modellen med ett högt värde på klimatkänsligheten och då får en bra anpassning gentemot historiska temperaturdata, är det då ett avgörande argument för att klimatkänsligheten skulle vara hög?
I Chalmers Climate Calculators temperaturfigur anges historiska medelvärden för jorden (genomsnittsvärden vid jordytan). Modellen körs från 1800-talet, men i graferna som presenteras på webbsidan visas data enbart från 1950 och framåt. Man ser i temperaturhistorien (t ex i den defaultkörning som kommer upp när man startar modellen) att modellen fångar in de stora trenderna: den långsiktigt ökande temperaturen, och att varje decennium sedan 60-talet blivit varmare än det föregående.
Man ser också att modellen relativt väl fångar in effekten av vulkanutbrott. Den historiska temperaturen år 1991 sjunker t ex ganska kraftigt till följd av Mt Pinatubo, vars utsläpp tog sig in i stratosfären och skylde inkommande strålning. Vi har i modellen lagt in NASAs beräknade kylande effekt från vulkaner, och låtit denna kylning driva vår temperaturmodell. En liknande minskning i temperaturen syns i början av 60-talet och i början av 80-talet, och de berodde också på vulkanutbrott, som man kan se i NASAs data.
Modellen fångar också upp återhämtningen från Mt Pinatubo (och de andra vulkanerna) relativt väl, alltså effekten av att den reflekterande partiklarna föll ut ur stratosfären (vilket gjorde att den temporära kylningen upphörde).1
Å andra sidan har vi ingen intern klimatvariabilitet i denna enkla modell (alltså variabilitet som t ex beror på förändringar av havsströmmar). Det gör att t ex den höga globala medeltemperaturen 1998 till följd av en stark El Nino inte syns.
En intressant fråga är nu i vilken utsträckning man kan använda vår modell (eller liknande modeller) för att bestämma värdet på klimatkänslighten. Vi vill gärna uppmana läsaren att själv testa olika värden på klimatkänsligheten och se i vilken utsträckning man får en ”god” reproduktion av historiska temperaturdata.
I de resultat som presenteras nedan (figur 1) har vi valt en aerosolforcing på -1 W/m2 för år 2005. Det ligger nära IPCCs bästa uppskattning. Vi ser här att en klimatkänslighet på 3 grader per CO2-ekvivalent fördubbling ger en ganska bra anpassning, medan en klimatkänslighet på 4,5 grader ger en något för hög, och en klimatkänsligheten på 1,5 grader ger en allt för låg temperaturutveckling.
Figur 1. Röd kurva visar historiska data. Gulgrön linje har en klimatkänslighet på 1.5 grader, blå en klimatkänslighet på 3 och svart på 4.5 grader per CO2 ekvivalent fördubbling.Man ska dock vara försiktig med att dra slutsatsen att klimatkänsligheten troligen ligger runt 3 grader. Det råder nämligen stora osäkerheter också kring hur stark negativ ”forcing” aerosolerna ger upphov till. Om man antar att klimatkänsligheten är 1,5 grader och väljer en låg negativ forcing för aerosolerna så har vi ju dels ett svagare temperatursvar men också en mindre kylande effekt (detta görs lättast när man kör modellen genom att välja optionen automatically calculated value för aerosolerna). Då reproducerar modellen historiska data väl (för 1900-talet) även för en klimatkänslighet på 1,5 grader (se figur 2 nedan). På samma sätt kan även en hög klimatkänslighet på 4,5 grader fås att ge en mycket god anpassning till historiska temperaturdata om vi antar att den negativa forcingen är starkare.
Figur 2. Röd kurva visar historiska data. Gulgrön linje har en klimatkänslighet på 1.5 grader, blå en klimatkänslighet på 3 och svart på 4.5 grader per CO2-ekvivalent fördubbling.Man kan alltså med hjälp av en sådan här enkel klimatmodell dels se att temperaturuppgången (1950-2010) kan reproduceras någorlunda väl – och detta är ett av många argument som stödjer påståenden om att mänskliga aktiviteter ligger bakom huvuddelen av den temperaturuppgång som vi observerat. Men varken denna eller liknande modeller kan i kombination med historiska temperaturer användas för att bestämma om klimatkänsligheten ligger närmare 1,5 än 4,5 grader per CO2-fördubbling (osäkerheten kring aerosoler är för stor)2. Försöken att bestämma värdet på aerosolernas negativa forcing och på klimatkänsligheten separat måste alltså gå vidare.
1) Se Wigley T. M. L., Ammann C. M., Santer B. D., Raper S.C.B., Effect of climate sensitivity on the response to volcanic forcing, J. Geophys. Res., 110, D09107, doi:10.1029/2004JD005557. för en liknande analys där man även försökt uppskatta klimatkänsligheten mha temperaturresponsen av vulkanutbrott.
2) Se exempelvis Rodhe H., Charlson R. J., Anderson T. L., Avoiding Circular Logic in Climate Modeling, Climatic Change, Volume 44, Number 4, Pages 419-422 för en diskussion om problemen med ett sådant angreppssätt. Dessutom har vi osäkerheter kring hur snabbt värme tas upp av haven och osäkerheter kring naturliga temperaturvariationer.
Några frågor och kommentarer kring Chalmers Climate Calculator (CCC):
SvaraRadera1. Räknar ni med någon förändring i andelen av utsläppt koldioxid som tas upp av hav och växtlighet? Hittills verkar det som att upptag i hav m.m. stiger i samma takt som utsläppen. (Se Knorr 2009, Bristol University)
2. Räknar ni med att molnigheten är oförändrad? Enligt IPCC utgör molnen den största enskilda osäkeherten i klimatmodellerna och ökad eller miskad molnighet med bara någon procent lär förstöra hela kalkylen.
3. I ert första inlägg om CCC diskuteras buisness as usual-scenariot. Enligt senaste artiklen från Alekletts forskningsteam (Höök et al 2010) är detta helt orealistiskt och följdaktligen är det ni skriver om detta scenario mest av hypotetiskt intresse.
4. Går det köra modellen längre bakåt i tiden, t.ex. från år 1900? Eller saknas för många indata?
Bengt Andersson
Har du några grafer som visar modellen i ett längre perspektiv. Säg de senaste 100 åren.
SvaraRaderaVore bra om i alla fall uppgången i temperatur på 30 talet var med.
Bengt A
SvaraRadera"1. Räknar ni med någon förändring i andelen av utsläppt koldioxid som tas upp av hav och växtlighet? Hittills verkar det som att upptag i hav m.m. stiger i samma takt som utsläppen. (Se Knorr 2009, Bristol University)"
Vi beaktar att koldioxid tas upp i haven och i växtlighet, men vi antar inte att en fix andel av koldioxidutsläppen varje år tas upp i växtlighet och hav. Vi använder oss istället av modell som representerar på vilket sätt hav och växtlighet tar upp koldioxid (det ger en betydligt bättre bild av vad som händer i verkligheten). För mer information hänvisar vi till modelldokumentationen som hittas på nedre högra delen av skärmen.
"2. Räknar ni med att molnigheten är oförändrad? Enligt IPCC utgör molnen den största enskilda osäkeherten i klimatmodellerna och ökad eller miskad molnighet med bara någon procent lär förstöra hela kalkylen."
Vi beaktar förändringar i moln och dess påverkan på klimatet genom klimatkänsligheten som användaren av modellen väljer själv. Kopplingen mellan förändringar i moln och klimatkänsligheten beskrivs kortfattat om man klickar på ? bredvid ”climate sensitivity” överskriften på webbsidan, klicka sedan på den blå texten ”here” så får ni en längre diskussion om klimatkänsligheten. Vilken betydelse olika återkopplingar (såsom moln) har på klimatkänsligheten diskuteras i detalj i Soden, Brian J. & Held, Isaac. M. “An assessment of feedbacks in coupled climate ocean-atmosphere models” Journal of Climate 19 p.3354-3360, 2006.
"3. I ert första inlägg om CCC diskuteras buisness as usual-scenariot. Enligt senaste artiklen från Alekletts forskningsteam (Höök et al 2010) är detta helt orealistiskt och följdaktligen är det ni skriver om detta scenario mest av hypotetiskt intresse."
Aleklett och hans forskningsteam är långt ifrån ensam att analysera tillgången på utvinningsbar olja, naturgas och kol. Många bedömare och forskare anser att de utvinningsbara resurserna av fossila bränslena är betydligt större än vad Aleklett och hans kollegor bedömer att de är. Speciellt betydelsefullt är att de flesta bedömare anser att de utvinningsbara resurna av kol är väldigt stora och det är långt ifrån accepterat att utvinningen av kol kommer nå en "peak" detta århundrade pga av resursbegränsningar.
"4. Går det köra modellen längre bakåt i tiden, t.ex. från år 1900? Eller saknas för många indata?"
Modellen körs från år 1880 och framåt. Vi presenterar modellresultat för koldioxidkoncentrationen och temperaturen från år 1950 och framåt. I temperaturgrafen jämförs också modellresultatet med den uppmätta temperaturen enligt NASA (se http://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs/ för historisk temperaturdata). De data som används i modellen för tidsperioden 1880-2008 baseras på CDIAC (2009) Fossil-Fuel CO2 Emissions. Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, available at http://cdiac.ornl.gov/ när det gäller koldioxid och NASA Goddard Institure for Space Studies (GISS) (2009a) Forcings in GISS Climate Model downloaded via http://data.giss.nasa.gov/modelforce/RadF.txt at 2009-04-01 när det gäller andra växthusgaser och aerosoler.
Christian Azar och Daniel Johansson
Tack för svar! Nu hittar jag bättre på er hemsida om Chalmers Climate Calculator och har läst på lite. Jag följer upp med några frågor till från det skeptiska lägret och hoppas på respons.
SvaraRadera1. Det jag var ute efter är hur andelen (uttryckt i procent) av utsläppt koldioxid som stannar i atmosfären förändras. Just nu ligger den någonstans mellan 40% och 50%. Hur mycket ökar denna andel i er modell när vi nått fördubblad koldioxidhalt? Jag har skummat igenom Joos 1996 som ni hänvisar till, men lyckas inte utläsa något om detta. För övrigt är inte biologiska processer i havet inbakade i Joos 1996 vilket rimligtvis måste vara en brist.
3. Angående Co2-utsläpp och hur mycket av fossila bränslen som är utvinningsbara ser jag att ni hänvisar till IIASA och Riahi 2006. Dessa diskuterar inte alls (vad jag kan hitta) de olika specifika olje-, gas- och kolreservoarerna och i vilken mån och i vilket tidsperspektiv de kan exploateras. Menar ni att dessa översiktliga artiklar överträffar det arbete Alekletts forskningslag gjort där man i detalj studerat varje betydande reservoar av fossilt bränsle? Se senaste artikeln – Höök et al 2010. (Aleklett diskuteras iof sig just nu på en annan tråd här på UI, men jag jag tycker att detta har relevans även här)
4. Varför redovisar ni bara från 1950 och framåt när modellen körts från 1880?
5. Varför utgår ni från ett värde på -1,0 W/m2 när det gäller forcing från aerosoler? Det är utanför IPCCs intervall och en senare publicerad artikel tyder på att forcing från aerosoler ligger i den lägre delen av intervallet runt -0,3 W/m2 (se Myhre 2009).
Bengt Andersson
Vill föresten passa på att tacka för initiativet att lägga ut Chalmers Climate Calculator på nätet! Tyckte först att det var en ganska fånig idé, men den ger ändå lite insikter i hur olika saker påverkar. Skulle gärna ha fler parametrar att variera.
SvaraRaderaBengt Andersson
Chalmers Climate Calculator, CCC, har hi-jackat Chalmers Cortege Committés varumärke sedan urminnes tider - CCC.
SvaraRaderaShame on you.
Emil och Emilia av alla årgångar uppskattar nog inte tilltaget.
Hej Bengt A, och tack för dina frågor. Här följer svar i tur och ordning.
SvaraRadera1. När det gäller andel som stannar varje år i atmosfären som funktion av hur mycket man släpper ut varje år (kvoten kallas ibland för airborne fraction) så beror svaret på hur utsläppen förändras över tiden. Om utsläppen ökar snabbt så blir denna airborne fraction hög, om utsläppen minskar snabbt så blir till slut kvoten noll, vilket innebär att lika mycket tas upp av hav och skogar som släpps ut. Du kan själv testa det senare, kör modellen med minskning med 2%/år från 2034, då når man cirka 550 ppm runt 2080 (du intresserade dig för en fördubbling av preindustriella koncentrationen). I detta läge har vi fortfarande utsläpp på drygt 20 GtCO2 per år (som sjunker därefter) men ingen ökning i atmosfären. Alltså en airborne fraction på noll. Om vi å andra sidan följer vårt default scenario så når vi 550 ppm cirka 2050, och det året får vi en airborne fraction på cirka 0,5. Du kan själv räkna ut denna faktor genom att se hur mycket koldioxid som tas upp i atmosfären per år (och utnyttja att 1 ppm motsvarar knappt 8 GtCO2) och testa för olika utsläppsscenarior.
2. Din fråga 2 saknas
3. Det finns ingen anledning att här gå i debatt eller polemik mot Alekletts grupps arbete. Men det finns mycket forskning som visar på stora kolresurser, och därför utgår vi från sådana scenarior. Vill man testa lägre scenarior har man ju möjlighet att göra det. Det är som med klimatkänsligheten, vill man testa höga värden kan man göra det, tror man att klimatkänsligheten är lägre kan man göra det.
4. Att vi valt att redovisa så beror på att figurerna blir mer lättlästa.
5. Myhres artikel är intressant men tar bara upp ”direct forcing” från aerosolerna, till detta kommer indirekta effekter t ex att svavlet påverkar molnens livslängd och hur mycket molnen reflekterar. IPCCs uppskattning av den kombinerade effekten är -0.5 till -2.2 W/m2. Deras bästa uppskattning är -1.3 W/m2. Se följande länk
http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/ch2s2-9-2.html . Du har också möjlighet att testa olika värden på aerosolforcingen.
Hälsningar Christian Azar och Daniel Johansson
Tack för svar!
SvaraRaderaMycket intressant läsning, keep up the good work!
SvaraRadera