Koldioxid och procentsiffror

Procenträkning är ofta knepigare än man skulle kunna tro. Redan inför en så oskyldig fråga som "Hur många procent alkohol innehåller ölet Tuborg Guld?" behöver vi stanna upp inför huruvida det är viktprocent eller volymprocent som avses. När vi så går vidare till klimatvetenskapliga sammanhang tenderar komplikationerna att rada upp sig. Två vanliga frågor angående koldioxidens klimatpåverkan är "Hur stor andel av vår planets totala växthuseffekt står koldioxiden för?" och "Hur stor andel av den globala uppvärmning vi sett sedan industrialismens barndom är en följd av ökad koldioxidhalt?". Min avsikt med denna bloggpost är att diskutera dessa båda senare frågor, och peka på ett par komplikationer som ofta inte framgår då de dryftas i dagens klimatdebatt.


1. Hur stor andel av vår planets totala växthuseffekt står koldioxiden för?

Denna fråga ställs ofta av s.k. klimatskeptiker, som vet att vattenånga är den viktigaste växthusgasen. Tanken är att få en låg procentsiffra som svar, för att därpå kunna replikera något om att med en så marginell påverkan kan koldioxiden knappast ha någon avgörande betydelse för de nu pågående klimatförändringarna (eller helt enkelt bara blinka menande, med samma betydelse).

Många felaktiga siffror cirkulerar i bloggosfärens klimatskeptiska ekokammare. Men vad är det sanna värdet? Det bästa svar jag kan ge är cirka 9-26%.

"Cirka 9-26%?!?" kanske klimatskeptikern nu utropar. "Nog för att vi börjat vänja oss vid de enorma osäkerhetsintervall som klimatvetenskapen levererar, men kan ni inte svara mer precist än så på en såpass grundläggande fråga inser man ju att det här med AGW bara är snack."

Svaret "cirka 9-26%" är emellertid ett uttryck inte för någon vetenskaplig osäkerhet (eller rättare sagt, ordet "cirka" indikerar faktiskt osäkerhet, medan själva intervallet inte gör det) utan för en fundamental svårighet i att ange en enskild procentsiffra, som inga förbättrade mätmetoder eller modeller i världen kan råda bot på.

Ett sätt att bestämma koldioxidens procentandel av den totala växthuseffekten (räknad i W/m², Watt per kvadratmeter) är att räkna på en tänkt situation där alla växthusgaser utom koldioxid plötsligt avlägsnas ur atmosfären, för att se hur mycket växthuseffekt som då återstår. Det visar sig bli 26% av den ursprungliga växthuseffekten. Detta beräkningsresultat redovisas, liksom de följande siffrorna, i en tabell i den läsvärda RealClimate-bloggposten Water vapor: feedback or forcing?, och samtliga siffror bör uppfattas som approximativa. Motsvarande siffra för vatten (i betydelsen vattenånga plus moln) är 85%. Eftersom 26%+85%=111% har vi problem: totalen överskrider 100% redan innan vi räknat med ozon, metan med flera växthusgaser.

Detta kan synas paradoxalt, men beror på att växthusgaser i allmänhet har absorbtionsspektra (dvs de frekvenser där de tar upp strålning) som delvis överlappar. Exempelvis får koldioxid en lägre växthuseffekt i närvaro av vattenånga eftersom vattenångan redan har absorberat en del av den värmestrålning som koldioxiden annars hade kunnat ta upp (och vice versa).¹ På matematikerspråk heter det att de olika gasernas växthuseffekter inte är additiva.

Ett annat sätt att räkna för att få en uppfattning om koldioxidens procentandel är att istället betrakta den tänkta situation där det är koldioxiden som plötsligt avlägsnas ur atmosfären, medan övriga växthusgaser får vara kvar. Då visar det sig att växthuseffekten sjunker till 91% av den nuvarande, varför koldioxiden kan antas stå för 100%-91%=9% av totalen. Motsvarande siffra för vatten är 66%. Om vi till koldioxidens 9% och vattnets 66% adderar motsvarande siffror för ozon, metan, etc får vi en total växthuseffekt som hamnar klart under 100%.

Vi har här alltså två olika sätt att få fram en siffra på den procentandel av växthuseffekten som en enskild växthusgas står för. Inget av sätten summerar sig på önskat vis till 100%, utan det ena hamnar över och det andra under. Inget av dem kan heller anses vara det objektivt riktiga, eller ens entydigt att föredra framför det andra. Därför brukar man ofta uppge båda siffrorna, inte sällan som jag gjort ovan i form av ett intervall (vilket dock som framgått har nackdelen att det lätt kan missförstås som ett osäkerhetsintervall).

2. Hur stor andel av den globala uppvärmning vi sett sedan industrialismens barndom är en följd av ökad koldioxidhalt?

Även besvarandet av denna fråga kan i princip leda till samma problem med icke-additivitet som ovan. I praktiken är detta dock inte så allvarligt, till följd av att de förändringar i klimatdrivande faktorer vi sett sedan förindustriell tid är tillräckligt små för att additivitet skall vara en hygglig approximation. Jag vill här istället peka på en annan vanlig källa till förvirring.

Jag ber läsaren tänka sig följande (fiktiva, men inte helt orimliga) meningsutbyte mellan vetenskapsjournalisten Ville och klimatforskaren Kalle.

V: Anser du att den globala uppvärmning vi nu upplever enbart beror på atmosfärens ökade koldioxidhalt?
K: Nej, absolut inte. Det finns en rad andra faktorer av betydelse.
V: Men hurpass stor del, i procent räknat, av den totala uppvärmningen skulle du uppskatta att koldioxidökningen står för?
K: Det är svårt att säga exakt, men om du ändå pressar mig på en siffra säger jag 100%.

Men nu är väl ändå Kalle ute och cyklar, kan man tycka. Man kan väl inte samtidigt hävda att den nu pågående globala uppvärmningen till 100% beror på koldioxidökningen, och att det finns andra faktorer som också påverkar förloppet?

Jo, det kan man faktiskt. En titt på nedanstående diagram, som visar IPCC:s uppskattningar av hur olika faktorers uppvärmningseffekt (åter räknat i W/m²) förändrats sedan industrialismens barndom. Här finns både koldioxid och andra växthusgaser, här finns albedoförändringar, aerosoler och infallande solstrålning.² De tjocka staplarna avser bästa skattning, medan de I-liknande strecken respresenterar osäkerhetsintervall. Som synes påverkar vissa faktorer i värmande riktning, medan andra - speciellt aerosoler - påverkar i kylande riktning.


Den totala uppvärmande effekten fås genom att summera de två nedersta staplarna (solstrålning plus total antropogen effekt). En enskild faktors andel fås genom att dividera dess bidrag med totalen, vilket i fallet med aerosoler ser ut att ge negativa procentsiffror. I och med att de blir negativa så blir den totala effekten av övriga faktorer mer än 100% - ty de olika procentandelarna måste³ summera sig till 100% - vilket öppnar för möjligheten att någon enskild faktor står för mer än 100%.

Hur blir det då med koldioxiden? Enligt de centrala skattningarna (de breda staplarna) hamnar koldioxiden strax under 100% av den totala effekten, men om vi tar hänsyn till osäkerhetsintervallen ser vi att koldioxidens andel kan hamna så lågt som 75%, eller så högt som 120%, 150% eller rentav uppåt 200%.

Sensmoralen här är att en vanligt förekommande föreställning är felaktig, nämligen den om att en enskild klimatpåverkande faktor står för en andel av uppvärmningen som måste ligga mellan 0% och 100%. En härmed förknippad föreställning är att det skulle vara en extrem uppfattning att anse att koldioxiden står för 99% eller mer av uppvärmningen. Men extrem är den inte alls - till skillnad mot om någon skulle hävda att koldioxid är den enda klimatdrivande faktorn av betydelse, vilket ju är ett helt annat påstående.

Fotnoter

1) Det är i princip samma fenomen som ligger bakom att koldioxidens uppvärmande effekt inte ökar proportionellt mot dess koncentration, utan långsammare (approximativt logaritmiskt vid de koncentrationer vi nu har att göra med). För växthusgaser med betydligt lägre koncentration, som exempelvis metan, är denna effekt försumbar, och växthuseffekten blir approximativt proportionell mot koncentrationen.

2) Någon kanske undrar varför vulkanutbrott inte finns med i diagrammet. Svaret är att stora vulkanutbrott som Pinatubo 1991 visserligen kan ge tydligt avtryck i klimatet under något år eller två, men att det så snabbt går tillbaka att effekten i detta sammanhang blir försumbar. Se vårt blogginlägg i samband med Eyjafjallajökull-utbrottet häromsistens.

3) Under antagandet om additivitet.