Om klimatkänslighet och återkopplingar

En liten principiell diskussion kring klimatkänslighet och återkopplingar. (För mer om begreppet klimatkänslighet se tidigare inlägg.)

Jordens temperatur bestäms av balansen mellan absorberad strålning från Solen och utstrålad värmestrålning mot rymden från atmosfärens övre skikt. (Se mer här.) Utan återkopplingar skulle strålningsbalansen ändras med 3,3 W/m²/K på grund av ökningen av svartkroppsstrålning¹. Alltså en höjning av jordens temperatur med 1 grad skulle kräva 3,3 W/m² ökad absorberad instrålning, 3,3W/m² mindre utstrålning, eller en kombination av båda.  Något som betecknas som en påverkan (eng. forcing) på 3,3 W/m². Se nedanstående diagram:

Den röda linjen visar hur nettot av instrålning och utstrålning ändras vid en förändring av jordytans temperatur utan återkopplingar. Den nya temperaturen uppnås då påverkan F balanseras av den ökade utstrålningen λ_pΔT där λ_p=-3,3 W/m²/K. I diagrammet är F=3,7 W/m² motsvarande en fördubbling av koloxidhalten.

Vattenånga i atmosfären fungerar dock som en positiv återkoppling. Alltså den förstärker temperaturförändringar då dess växthuseffekt beror på temperaturen. Vi kan lägga in denna återkoppling i diagrammet enligt nedan²:

Då vattenångans återkoppling är positiv (λ_v>0) ser vi att samma påverkan, F, nu resulterar i en större temperaturförändring.

En annan väl känd men svagare positiv återkoppling är albedoförändringen. Minskad is och snö gör att mer solstrålning absorberas. Vi kan även lägga in denna i diagrammet:

Den förhållandevis lilla positiva återkopplingen ger en ytterligare tydlig höjning av temperaturen. Vi kan notera att temperaturförändringen av samverkande positiva återkopplingar blir förstärkt. Ju närmare horisontell linjen som beskriver nettot i förhållande till temperaturen är desto känsligare är jordens temperatur för påverkan. Detta kan beskrivas med nedanstående diagram:

Notera att λ är summan av återkopplingar exklusive λ_p

Diagrammet visar temperaturökningen vid en fördubbling av koldioxidhalten för olika styrka på totala återkopplingen exklusive λ_p. (λ=0 motsvarar resultatet av påverkan F i första diagrammet ovan.) Vi kan notera att:

• När återkopplingarnas styrka går mot λ_p så går klimatkänsligheten mot oändligheten.
• Samma osäkerhet i återkopplingarnas styrka ger större osäkerhet för den övre gränsen för temperaturhöjningen än för den lägre. Speciellt då osäkerheten är kring en positiv återkoppling (λ>0). I detta fall är alltså inte osäkerheter vår vän.

Vidare finns det skäl att vara försiktig med att hoppas på okända/underskattade negativa återkopplingar som leder till en liten temperaturhöjning. Då det finns gott stöd för positiv återkoppling, på grund av vattenånga och albedo, nära 2 W/m²/K krävs det att dessa negativa återkopplingar är i samma storleksordning för att tydligt sänka känsligheten. Sådana starka negativa återkopplingar har svårt att gömma sig för vetenskapen uppe i bland molnen, eller annorstädes.

1) En linjär approximation fungerar då temperaturändringen är i storleksordningen 1% av absoluta temperaturen.
2) I diagrammet visas ett ungefärligt värde för vattenångans återkoppling inklusive den förändring av temperaturavtagande med höjden som blir följden. Den senare motverkar delvis den ökande växthuseffekten.