18 apr. 2012

Pehr Björnbom och klimatkänslighet igen

Professor Emeritus Mats Almgren följer här upp sitt tidigare gästinlägg.

Pehr Björnbom och klimatkänslighet igen

Det är nu mer än en månad sedan jag skrev ett gästinlägg här, och pekade på några svagheter i de analyser av klimatutvecklingen som Pehr Björnbom serverat på bloggen TCS. Pehr svarade omgående på TCS – han är en flyhänt skribent med pedagogisk fallenhet – och förklarade utförligt vad han ansåg jag missförstått i hans resonemang. Ett missförstånd kan jag omedelbart erkänna: Jag hade missat att när PB skriver om klimatkänslighet avser han transient klimatkänslighet (som även den kan betecknas med akronymen TCS). Ifrån temperatur- och forcingsdata från slutet på 1800-talet och framåt uppskattade han denna till 1,5 K för en fördubbling av CO2-halten. Det är ett ”mainstream”-värde på TCS. Sambandet mellan TCS och jämviktskänsligheten är inte lätt att bestämma. Vad jag förstår är man hänvisad till modellberäkningar, som ger stor variation – TCS utgör mellan 0,4 och 0,8 av jämviktskänsligheten. Däremot finns det flera tillförlitliga uppskattningar av jämviktskänsligheten från paleoklimatdata, speciellt från förändringarna från sista istidens höjdpunkt till efteristidens optimum för så där 8000 år sedan. Jämviktsklimatkänslighet tycks ligga mellan 2,4 och 3,5 K för 2xCO2.

Så långt allt väl. PB ansluter sig till den etablerade uppfattningen beträffande TCS. Men samtidigt säger han att Spencer och Braswell 2010 klart visat att denna klimatkänslighet endast uppgår till 0,6 K för 2xCO2. Hur går det ihop? Lätt som en plätt: mer än halva temperaturökningen 1880-2010 beror på naturliga variationer, påstår Pehr.

Det är dock problematiskt att anta att naturliga variationer ligger bakom en stor del av den observerade temperaturökningen. För att diskutera den frågan är det lämpligt att ha en modell i åtanke, nämligen den enkla energibalansmodell som brukar användas i dessa sammanhang:

cdT/dt = N = F – βT

Här är c systemets värmekapacitet (per m2), som domineras av havet (värdet bestäms av hur stort havsdjup som tas med i modellen), T temperaturändringen från en lämplig nollpunkt, N nettoinstrålningen mot jordytan vid toppen av atmosfären, F är summan av alla forcings, dvs de bidrag (positiva eller negativa) till strålningen mot jorden som ges av olika agenter, och β återkopplingskonstanten (1/β är klimatkänsligheten). βT ger den strålning mot rymden som krävs för att balansera modellen. Det första ledet av ekvationen kan vi bortse ifrån här, och ta som en påminnelse om att nettoenergin som upptas av jorden värmer främst haven. Det andra ledet är balansräkningen – den tillförda nettoenergin är skillnaden mellan det som kommer in och det som åker ut. Det märkliga är att denna enkla modell kan tillämpas på något så komplext som jordens klimatsystem. Det görs, både på mätresultat och på resultaten från simuleringar med komplexa klimatmodeller. Självklart är det då viktigt att begrunda vilken innebörd man lägger i de olika termerna, och besinna vilka begränsningar modellen har.

En tillämpning är tämligen rättfram, nämligen vid förändringen från ett jämviktstillstånd (eller kanske snarare stationärt tillstånd) till ett annat, som övergången från senaste istidens temperaturminimum till efteristidens optimum. Medelvärdet av N över lång tid, kanske 1000 år, är noll under båda dessa perioder. β förväntas vara densamma, så att β = ∆F/∆T. Här betecknar ∆ förändringen från ett tillstånd till ett annat. Vid denna tillämpning tycks det inte problematiskt att låta temperaturen representeras av en global medeltemperatur, som uppskattas från flera olika källor och kan anses vara relativt väl känd. Men vad ska ingå i ∆F? Jo, det mest rättframma är att låta kända förändringar ingå. Koncentrationsändringar av växthusgaser är kända från analys av gasbubblor i iskärnor. Verkningarna från dessa kan beräknas, liksom inverkan av ändringar i jordytans reflexion av solstrålning, främst genom inlandsisarnas minskade area, men också på grund av ändringar av vegetation och av kontinenternas utsträckning. Effekterna av dessa faktorer kan kvantifieras någorlunda väl. Den uppskattning av återkopplingen β och därmed klimatkänsligheten som detta ger är det som nämndes ovan, 2,4 – 3,5 K för 2xCO2. Förutom den direkta värmestrålningen enligt Stefan-Bolzmanns lag innehåller återkopplingen bidrag från alla andra relevanta förändringar som följer med övergången från istid till efteristid. Ändringen av vattenånga i atmosfären, av molnighet, av aerosoler och mycket annat, mer eller mindre välkänt.

Tillämpningen av balansmodellen på ett klimat under förändring är betydligt vanskligare. Olika forcingsagenter ger olika geografisk och tidsmässig fördelning av sina effekter. Ändring av solens intensitet ger inte samma effekter över jordytan som en förändring av växthusgasernas koncentrationer, eller förändringar av molnigheten. De effekter som uppträder växer fram under mycket varierande tidrymder, från månader till många hundra år. Temperaturen variera inte bara över jordytan, utan också både uppåt i atmosfären och nedåt i haven, och temperaturens förändring med höjd och djup sker på olika sätt på olika platser.

Uppdelningen i forcing och återkoppling kan göras på olika sätt. Forcings från en ökning av t ex koldioxidkoncentrationen kan beräknas med god noggrannhet. Man antar då att koldioxiden är väl blandad i atmosfären, och att ökningen sker likformigt överallt. I verkligheten tar det naturligtvis tid för gasen att spridas ut i lufthavet; månader över ena halvklotet och år för jämn fördelning över båda. På samma tidsskala sker också andra förändringar. Den ändrade strålningen från troposfären påverkar temperaturfördelningen i stratosfären. Stratosfären anpassning sker under en till två månader efter en plötslig störning, och vid beräkning av forcing brukar denna justering antas ha ägt rum. Andra effekter i troposfären, på samma tidsskala, tas dock inte hänsyn till, utan får ingå i återkopplingen (se t.ex. J. M. Gregory och M. Webb, J. Climate 21, 58-71, 2008.

Nu kommer vi till Spencer och Braswells fasplansanalys från 2010. Pehr Björnbom har påpekat att också andra använt i stort sett samma teknik tidigare, och särskilt framhållit ett intressant arbete av Gregory och medarbetare från 2004 (Geophysical Res. Lett. 31, L03205, 2004). I det arbetet utnyttjades energibalansmodellen för en analys av data från simuleringar med en avancerad klimatmodell. Årsmedelvärden för N och T ifrån simuleringar över lång tid gav ungefärligen linjära samband, från vilka F och  kunde bestämmas. Lägg märke till att man använde årsmedelvärden; både årstidsvariationer och snabba initialförlopp har då eliminerats.

Spencer och Braswell har istället använt N och T från satellitobservationer. Månadsmedelvärden av N plottas mot månadsmedelvärden av T. Konsekutiva värdepar sammanbinds med räta linjer. Det intressanta är att ett stort antal räta linjer, mestadels mellan endast två punkter, ibland tre, men sällan fler, är nära parallella, dvs de har samma lutning och ger samma värde på β! Detta betyder något, frågan är bara vad. Spencer och Braswell (och Pehr) påstår att detta β ger klimatkänsligheten (den transienta), och får då värdet 0,6 K för dubblad CO2. Men andra är betydligt mer tveksamma. Det verkar ganska troligt att under de korta tider som observationerna görs får man ett starkt inflytande från de snabba processer som jag berörde ovan. Jag har hört mig för lite, bland några modellerare, men även om de är nyfikna på vad som ligger bakom resultaten, är det ännu ingen som satt i gång några simuleringar för att testa saken. Det är inte så lätt som jag föreställde mig, de där årstidsvariationerna kräver korrigeringar när skeenden under korta tider ska undersökas. Men förr eller senare kommer man säkert att bringa klarhet i saken.

Nu åter till diskrepansen mellan S&Bs TCS-värde om 0,6K och PBs uppskattning från temperaturserier och uppskattade forcings om 1,5K. Diskrepansen skulle bero på naturliga variationer inom systemet, påstår Pehr. Men om nu variationer inom systemet ger en uppvärmning av ytan, så måste rimligen denna värme komma från haven. Samtidigt visar alla uppskattningar att havens värmeinnehåll har ökat under det senaste halvseklet. Uppskattningarna är osäkra, men det är åtminstone inte frågan om en minskning. Detta ger ett begränsat utrymme för interna variationer. Isaac Held har i sin blog (speciellt blogpost 16 från augusti 2011) behandlat denna fråga ingående. Med några rimliga antagande finner han att högst 25% av temperaturökningen kan komma från naturliga variationer, om värmeupptaget varit positivt. Pehr Björnboms resonemanger ger inte konsistenta resultat.

Mycket är ännu oklart, men att ta oklarhet till intäkt för att människans inverkan på klimatet är obetydlig är knappast klokt.

18 kommentarer:

  1. Intressant, läget är alltså fullständigt oklart enligt professorn, rörande koldioxidökningens påverkan på klimatet. Vi vet inte ens om den är mätbar, 0.04% är inga jättemängder.

    SvaraRadera
  2. "Med några rimliga antagande finner han att högst 25% av temperaturökningen kan komma från naturliga variationer". En av dessa antaganden är väl att externa "forcings" är konstant. Men samtidigt vet vi att molntäcket har minskat under den studerade 50-årsperioden. Det räcker ju med c:a 3% minskning för att förklara hela den moderna uppvärmningen. Om det minskade monltäcket (extern naturlig forscing) + 25 % intern, naturlig forcing räcker som förklaring, varför envisas man med att CO2 som den "enda förklaringen", när osäkerheterna är så stora och så stora eventuellt felriktade resurser står på spel? Speciellt som CO2 inte ensamt kan förklara mer än max c:a 50% (enligt AGW-hypotesen)?

    /JPC Lindström

    SvaraRadera
  3. "Mycket är ännu oklart, men att ta oklarhet till intäkt för att människans inverkan på klimatet är katastrofal är knappast heller klokt."

    SvaraRadera
  4. motorfot #1: Var skriver professorn att läget är "fullständigt oklart"?

    SvaraRadera
  5. Pehr Björnbom19 april 2012 13:18

    Mats, tack för konstruktiv ros och ris!

    Jag skriver på fredagar på TCS och morgondagens artikel var klar i början av veckan. Men jag har lagt in en ny mening i fråga om årsvariationen map dina synppunkter.

    Jag planerar att ägna mitt blogginlägg på TCS nästa fredag till att besvara dina synpunkter,

    SvaraRadera
  6. /JPC Lindström
    …samtidigt vet vi att molntäcket har minskat under den studerade 50-årsperioden…

    Det visste inte jag - har du en källa till det? Moln är besvärliga, har jag förstått. En del hävdar att deras totala effekt är att värma, andra att de kyler. Ingen enighet där än. Men vi vet att minskad molnighet rimligen leder till ökad skillnad mellan dag och natt, tvärtemot vad som inträffat.

    Försåvitt inte molnigheten ändrats pga några kosmiska influenser (vilket det knappast finns belägg för) så borde molnförändringar ses som en återkoppling ifrån temperaturändringen. Därmed faller din invändning.

    Pehr:
    Jag ska naturligtvis läsa vad du skriver.och kanske återkomma så småningom.

    SvaraRadera
  7. ISCCP har publicerat "monthly cloud cover" - tillgängligt på (bl a ) www.climate4you

    Grovt sett från 68% år 1983 till 65 % år 2011

    SvaraRadera
  8. Björnbom svarar på TCS. Där finns även kommentarer av Almgren.

    Kommentarstråden havererar dock efter ett tag pga signaturen Slabadangs uppstötningar, påhejade av bl a Peter Stilbs.

    SvaraRadera
  9. Bengt Abelsson:
    Tack för hänvisningen till moln-data. Jag har varit inne på ISCCPs sidor förut, men jag hittade inte då heller. Fast det du talar om fanns ju på climate4you.

    Sedan 1983 har man alltså övervakat molnen från satellit, mer än ett kvartssekel, men inte ett halvt. Och, som sägs på ISCCPs sidor, är det ännu för kort tid för att man ska kunna säga något säkert om trenderna. Det är ju större korttidsvariationer än för t ex globala temperaturer.

    Men, som sagt ovan, molnen borde vara en del av återkopplingen från andra forcings.

    Beträffande PBs TCS-inlägg: Jag får väl skylla mig själv som skrev där. Jag tycker att Pehrs arbete enligt S&Bs linjer är intressant, även om jag inte förstår vad det egentligen innebär.
    Jag ironiserade lite över TCSs skribenternas sätt att hälsa varje inlägg från Pehr med översvallande lovord, som om det var ännu en spik i "AGW-hypotesens" likkista. Slabadang briserade, och hans befängda anklagelser lovordades av kommentatorerna.

    Slutsats: Jag ska hålla mig borta från TCS.

    SvaraRadera
  10. => Mats Almgren Apr 20,2012 07:44 AM

    Mats!
    Jag tycker att du bör fortsätta att läsa TCS, men kanske vara försiktig med kommentarer.

    Det grundar jag på dina egna utsagor.

    Från Mats Almgren Apr 20,2012 07:44 AM:
    "Jag tycker att Pehrs arbete enligt S&Bs linjer är intressant, även om jag inte förstår vad det egentligen innebär."

    Från TCS:
    http://www.theclimatescam.se/2012/04/20/testa-hypotesen-om-lag-klimatkanslighet-med-fasplansmetoden/#comment-277338

    "Men jag är nog inte lika begåvad som många av kommentatorerna på detta forum, för jag kan inte omedelbart se de fulla implikationerna av detta verk."

    Och vidare i samma länk:
    "För mig framstår det som lite äventyrligt att införa en 9 månaders eftersläpning."

    Som kan jämföras med vad du skriver i huvudinlägget ovan:
    "I verkligheten tar det naturligtvis tid för gasen att spridas ut i lufthavet; månader över ena halvklotet och år för jämn fördelning över båda. På samma tidsskala sker också andra förändringar."

    Enkelt uttryckt ser jag en ideologisk konflikt som inte för kunskapen framåt och intrycket stärks av att Peter Stilbs kallar er båda "envisa..."

    Han kanske refererar till komparationen:
    "Jag är BESTÄMD, du är ENVIS och han är en tjurskallig gammal åsna!"

    SvaraRadera
  11. Pehr Björnbom20 april 2012 23:38

    Här på UI verkar tiden var helt ur led om man ser på hur kommentarerna är tidsstämplade.

    Egentligen ville jag bara påpeka att mitt TCS-inlägg fredag 20 april inte var menat som ett svar till Mats Almgren. Jag planerar svara nästa fredag, 27 april.

    SvaraRadera
  12. koldioxidens bufferteffekt på klimatet tycker jag borde gå att mäta ganska enkelt på natt temperaturer. Jag har inte sett sådana studier, varför?

    SvaraRadera
    Svar
    1. Det troligaste, motorfot, är väl att de studier som faktiskt gjorts pekar i riktning mot att AGW är en bluff, och att dessa studier därför tystats ned? För det kan väl inte vara så att det är du som är taskigt påläst? Nej, det sistnämnda verkar alltför långsökt.

      Radera
  13. Det jag försökt framhålla i mina två inlägg här är i första hand att den mycket enkla energibalansmodellen knappast kan förväntas återge förhållanden och relationer i den komplicerade verkligheten på ett rättvisande sätt. Om data från verkligheten, som serier av globala medeltemperaturer och globala medelutstrålningar, ger empiriska regelbundenheter, så är det en indikation på något eventuellt intressant skeende i verkligheten. Men om det man finner indikerar förhållanden som avviker markant från det förväntade, måste man granska det man gjort med en mycket kritisk blick. Detta gäller inte bara Pehr Bs och S&Bs fasplansanalyser, utan egentligen alla tillämpningar av energibalansmodellen på denna typ av data. Och man kan fråga sig om en klimatkänslighet definierad inom denna modell egentligen är meningsfull.
    Pehr Björnbom gav i en tråd på TCS referens till en mastig, men läsvärd, översiktsartikel om ”Cloud feedbacks” av G.L. Stephens, J. Climate 2005, 18, 237-273. Jag kan inte påstå att jag verkligen trängt in i detta verk, men en genomläsning gav mig vatten på min kvarn, t. ex. följande:
    Although simple energy balance theory provides some framework for relating global-mean energetics to global-mean temperature, there is no clear theory that translates from the complex process- oriented system … to the simpler global-mean system.
    (Man kan också, t ex via RealClimate, hitta en länk till ett föredrag (The Charney lecture) som Stephens höll vid AGUs möte i december 2011. Molnen är svåra!)
    Det finns alltså inga klara regler för att översätta från det komplexa systemet till det enkla, och än mindre för att gå den andra vägen.
    Liksom Pehr Björnbom har jag som pensionär roat mig med att försöka förstå en del av klimatfrågorna. Jag har emellertid alltmer intresserat mig för jordens klimathistoria, som är intimt förknippad med jordens geologiska och biologiska utveckling, ett mycket fascinerande ämnesområde. Det är där helt klart att växthusgaser, och speciellt koldioxid, har spelat en avgörande roll för regleringen av jordens klimat under de senaste 4 miljarderna år. Det finns givetvis ingen anledning att tro att koldioxidens betydelse skulle ha minskat i takt med de antropogena utsläppens ökning.

    SvaraRadera
  14. Tack Olle men det var direkta mätningar jag syftade på.
    Man skulle kunna mäta ir från natthimlen riktigt torra klara nätter för att se om atmosfären svalnar så mycket långsammare med tiden att det påverkar klimatet. Jag är förvånad att jag aldrig hör talas om de allt varmare klara torra polarnätterna.

    SvaraRadera
  15. Senaste mätdata från NOAA för Mars-månad och USA enbart: "Every state in the nation experienced at least one record warm daily temperature during March. According to preliminary data, there were 15,272 warm temperature records broken (7,755 daytime records, 7,517 nighttime records). Hundreds of locations across the country broke their all-time March records. There were 21 instances of the nighttime temperatures being as warm, or warmer, than the existing record daytime temperature for a given date. "

    Citatet taget från:
    http://www.ncdc.noaa.gov/sotc/summary-info/national/2012/3

    Globalt sett har dock Mars-2012 varit den kallaste Mars-månaden sen 1999 men likfullt den 16'e varmaste sen 1880.
    Ref http://www.ncdc.noaa.gov/sotc/summary-info/global/2012/3

    SvaraRadera
  16. Den 27 april gav Pehr Björnbom på TCS ett långt genmäle till mitt inlägg. Jag ska kommentera det i hans ordning, och börjar då med transienta klimatkänsligheten, som lämpligen betecknas TCR, transinet climate response, för att slippa förväxlingar med TCS (transient climate scams). PB anser att förhållandet mellan denna och jämviktskänsligheten, TEQ, bör ligga i intervallet 0,6 till 0,7, och stöder sig på en tabell beräknad från data redovisade i Dufresne och Bony (2008), avseende resultat ifrån 12 modeller. Jag hämtade också mina data från litteraturen, och har nu hittat en färskare källa med inte mindre än 22 modeller, M Winton, K Takahashi, IM Held, J Climate 2010. 43, 2333. Här finnar man betydligt större variation än den PB anger, nämligen en kvot TCR/TEQ som gåt från 0,33 till 0,69, med 0,54 som medeltal. TCR varierade mellan 1,1 och 2,7 K, medeltal 1,8 K (för fördubbling av CO2).
    När det gäller sådana här modellberäkningar definieras TCR som det värde på temperaturändringen som erhålls vid körningar där koldioxidhalten ökas med 1% per år till dess halten har fördubblats; därefter ligger den still. TCR är temperaturändringen direkt, TEQ fås som den (extrapolerade) slutliga ändringen efter mycket lång tid vid konstant fördubblad koldioxidnivå.
    Så återigen, värdet 1,5 K för TCR, som PB fann i sin analys av globala temperaturserier är helt normalt, och skulle svara mot TEQ 2,8 K. Det är vad andra före honom fått ifrån ungefär samma analys av samma data. Jag kan glädja PB med att Isaac Held diskuterar just TCR från mätningar i sin senaste blogpost nr 27. Genom en jämförelse av temperaturutvecklingen på norra och södra halvklotet får han ett gott argument för att TCR inte kan vara större än 1,8, och förmodligen ligga kring 1,4. Bakom denna sänkning ligger antingen aerosoleffekter eller naturlig variation (eller en kombination). Någon minskning till S&B-nivåer är det dock inte tal om.
    Pehr Björnbom tycker inte att den klimatkänslighet som erhålls från förändringarna i temperatur och forcings mellan senaste istidsmaximum och tidiga holocen, dvs från 20000 till 8000 år sedan, är trovärdig. Som bekant har bl a james Hansens uppskattat den till 3±0,5 K. PB lyfter fram en artikel av Köhler med flera (2010) What caused Earth’s temperature variations during the last 800,000 years? Jag tackar för referensen; det är ett gediget arbete! Min (snabba) genomläsning av det visar resultat som ligger i linje med Hansens (och andras); det nya är att författarna väldigt noga granskar felkällor och osäkerheter. Liksom PB uppskattar jag at de inte bara ger ett värdeintervall för klimatkänsligheten (1,4 – 5,2 K; 5 -95%) utan presenterar också en sannolikhetsfördelning för resultaten. Ur den kan man utläsa att en klimatkänslighet mindre än 1 K (vilket svara ungefär mot S&Bs TCR på 0,6 K) endast får nämnvärd sannolikhet om osäkerheten i alla input ökas med 50%! Oddsen för en så låg klimatkänslighet skulle då bli ungefär 1 på 20. Alltså, säger PB, denna låga klimatkänslighet kan inte uteslutas. Det är sant, men den är väldigt osannolik och kan knappast tas som intäkt för att S&Bs metod skulle ge rimligt TCR.
    Pehr Björnbom har så ytterligare en lång utläggning om fasplansanalysen. Vad jag har att säga om den har jag redan sagt, senast i inlägget från 22 april i denna tråd.

    SvaraRadera

Tips: Använd gärna signatur när du kommenterar. Det underlättar samtalet