6 jan. 2014

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 λpΔT där λp=-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 (λv>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 λp

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

11 kommentarer:

  1. Men isen i Antarktis är ju rekordstor nu för att vara mitt under sommaren där. Hur kan då ändrat albedo vara en positiv feedback? Isen verkar ju inte direkt följa koldioxidhalten. Vilka andra albedoförändringar är det som skulle orsakas av koldioxid?

    SvaraRadera
    Svar
    1. Som beskrivs i inlägget så är återkopplingen beroende av temperaturen.
      Arktis havsis samt norra halvklotets snö är de som ger den största bidraget till albedoåterkopplingen.
      Notera också att havsisen i Antarktis är liten på sommaren relativt Antarktis yta (2,7 till 3,9 milj. km2 jämfört med 14 milj. km2) samt att albedoeffekten är störst för förändringar nära polerna. Räknar du på det finner du att norra halklotets is och snöavsmältning har en större effekt än ökningen av Antarktis havsis.

      Några siffror:
      Arktis havsis på sommaren har minskat med 12% per decennium alltså -85 000 km2 per år medan Antarktis havsis ökat med 1% per decennium eller 3 000 km2/år. Netto -82000 km2/år. Sedan tillkommer trenden för norra halvklotets vårsnö med -80 000 km2/år.
      Så du måste se hela bilden samt räkna på det. (Vilket föga förvånande forskarna gjort...)

      Radera
    2. Men temperaturen skall ju vara beroende av koldioxidhalten och när man räknar på klimatsensitiviteten så utgår ju den från koldioxidhalten, eller hur?

      Vad har antarktis yta med saken att göra? Det är ju förändringarna som är det relevanta för återkopplingseffekterna.

      Sedan förstår jag inte varför en albedoförändring skulle vara mer betydelsefull ju närmare polerna den sker. Det borde ju vara tvärtom med tanke på att instrålningen blir högre ju längre bort från polerna man kommer.

      Sedan förstår jag inte dina siffror. De stämmer ju inte alls med detta vad jag kan se:http://arctic.atmos.uiuc.edu/cryosphere/IMAGES/seaice.recent.antarctic.png

      Vi har ju mer is än normalt om man summerar ihop anomalierna, särskilt i antarktis där albedot verkligen spelar någon roll nu.

      samma anonym

      Radera
    3. Så anonym, jag förmodar att du talar om en enskild månad, eller hur? För den långsiktiga trenden för global havsis är nedåt.

      Radera
    4. Klimatkänsligheten är inte direkt kopplad till koldioxid. Den är känsligheten för någon yttre påverkan på klimatsystemet. Koldioxidökningen är den klart viktigaste påverkan som sker nu. Men känsligheten är inte specifikt för just koldioxid.

      Antarktis yta är viktig för den täcker stor del av arean söder om södra polcirkeln. Alltså där skillnaden i sommaris gör mest för albedoeffekten.
      Varför just vid polerna. Jo, jordaxelns lutning gör att polerna under sommaren då solen skiner högt på himlen och hela dygnet tar emot mer solinstrålning än andra ställen på jorden. Se tex detta diagram.. Din syn på instrålningens fördelning över jorden stämmer helt enkelt inte.


      Varför tror du du kan se decennietrender ur en graf som täcker senaste två åren?
      Vill du fortsätta diskussionen föreslår jag att du försöker vara lite seriös.

      Jag har gett referenser till både förändringen i Antarktis havsis och snön. Läs i länkarna. Här är referensen till Arktis havsis.

      Radera
    5. Praktiskt nog finns globala isutbredningen mellan 1979 och idag på samma sida som Anonym fann de senaste två åren.
      Fast det är ju klart. Den ger en annan bild av situationen än vad Anonym vill förmedla.

      Tamino har förövrigt gjort den nödvändiga matematiken och Arktis vinner med 6 mot 1 i ökad absorption. (Exklusive minskningen av snö så det är en underskattning.)

      Radera
  2. Korrektion! Antarktiska sommarisen har ökat med motsvarande 17 000 km2/år. Se här. Jag gjorde ett räknefel ovan.
    Nettot är alltså -67 000 km/år förutom snöminskningen. (Vilket stämmer bättre med Taminos 6:1 förhållande).

    SvaraRadera
  3. Anders Martinsson, du skriver "Klimatkänsligheten är inte direkt kopplad till koldioxid".

    Men så länge jag har intresserat mig för klimatfrågorna har man med "klimatkänslighet" menat just hur klimatet skall komma att reagera på en fördubbling av CO2-halten i termer av global medeltemperatur.

    Är det en ny definition på gång?

    SvaraRadera
    Svar
    1. Jag kan inte tolka detta välformulerade men enstaviga svar på min fråga på annat sätt än att jag har rätt i min förmodan.

      Men du har alltså ingen egen åsikt i frågan? Tack för svaret ändå.

      Radera
    2. Men snälla söta Anonym 17:41, prova att klicka på nej:et. Om vi här på Uppsalainitiativet var tvungna att förklara allt från scratch varje gång någon frågar om något, så skulle vi inte ha tid vare sig med våra familjer eller med att gå till jobbet och tjäna vår brödföda. Därför nöjer vi oss ofta med att länka till tidigare inlägg som fullödigt besvarar frågorna.

      Radera

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