Uppvärmningen av haven: motsatsen till paus

Den här figuren kommer från en artikel som uppskattar hur havens värmeinnehåll har förändrats under ett och ett halvt sekel.  Den visar det förändrade värmeinnehållet på olika djup (0-700 m, 700-2000 m samt 2000 m och mer). Man bedömer att ungefär halva uppvärmningen har skett sedan 1997.

Man konstaterar också att observationer och modeller stämmer överens för havens uppvärmning. I nästa figur ser vi jämförelser mellan CMIP5-modeller (svart/grått för modellgenomsnittet) och olika sammanställningar av observationer (andra färger).

  Det ligger en viss ironi i att halva uppvärmningen beräknas  har skett sedan just 1997 - det är ett år som 'klimatskeptiker' ofta har använt som startpunkt för den förmenta 'pausen' i den globala uppvärmningen.  Haven - där c:a 93% av värmen hamnar - berättar en helt annan historia.

Källor
Peter J. Gleckler, Paul J. Durack, Ronald J. Stouffer, Gregory C. Johnson & Chris E. Forest (2016). Industrial-era global ocean heat uptake doubles in recent decades. Nature Climate Change.

Författarnas webbsida med information om artikeln (inkl länkar till en pressrelease och en FAQ).

Kommentar på Yale Climate Connection.

Visualisering av havsströmmar från NASA

Det här är en visualisering av strömmar vid havsytan från juni 2005 till december 2007. Visualiseringen är gjord med hjälp av modeller från projektet Estimating the Circulation and Climate of the Ocean, eller ECCO, som är ett samarbete mellan MIT och NASA JPL. Mer information finns hos NASA.


Konstintresserade tittare kan få vissa associationer till van Goghs tavla "Stjärnenatten".

El Nino, La Nina och "uppvärmningspausen"

Alla som har följt klimatdebatten har hört argument från klimatskeptiker om "uppvärmningspausen", "hiatusen" osv. Här på UI inrättade vi förra hösten en speciell tråd för de ständiga kommentarer om detta ämne. Där pekade vi bl a på hur ENSO (El Nino/La Nina i Stilla havet), solcykeln och andra faktorer orsakar temperaturvariationer som kan ge utslag på trenden för en eller två decennier. När det gäller "skeptikerna" så är det sällan de har något mer att säga än att "det finns en paus", och möjligen att "modellerna förutsade inte pausen". Så här skrev t ex Bjørn Lomborg i SvD tidigare i veckan.

Det verkliga problemet med klimatberättelsen är att planeten under de senaste 15–20 åren inte spelat med i spelet. Allt medan vi fortsatt att pumpa ut CO₂ och modellerna fortsatt förutspå allt högre temperaturer har termometrarna inte rört sig ur fläcken.*

Vi har skrivit om hur klimatmodellerna faktisk ger liknande pauser, men eftersom de inte kan förutsäga hur t ex El Nino/La Nina kommer att utvecklas så kan de inte förutsäga när dessa pauser uppstår. El Nino/La Nina-skeendet skiljer sig från en modellkörning till en annan på ett närmast slumpmässigt sätt.

Man kan fundera på vad som skulle hända om man körde en klimatmodell med historiska ENSO-data, i stället för att låta modellen själv generera ENSO-mönster. Nu har två forskare, Yu Kosaka och Shang-Ping Xie, gjort just det (se också kommentar av Isaac Held). Man lät havsyttemperaturen (anomalin) i östra Stilla Havet kring ekvatorn följa de observerade temperaturerna (anomalierna) och då fick man följande resultat.

Figur från Nature, 2013.

Den observerade globala temperaturen (anomalin relativt perioden 1980-1999) är markerad i svart (Observation), och den simulerade temperaturen med historiska forcings (växthusgaser, solen mm) utan observerad ENSO är i violett (HIST), med större vulkanutbrott markerade. Den simulerade temperaturen med observerad ENSO är i rött (POGA-H). Lägg märket till hur väl den senare kurvan följer den observerade temperaturen. Det gör den till och med de senaste 15-17 åren, dvs perioden för "uppvärmningspausen".

För simuleringarna med historiska forcings ser vi en blygsam avsaktning under 2000-talet. Det beror bl a på den låga solaktiviteten: vi har haft ett ovanligt långt och lågt solminimum. Men detta räcker i sig inte till för att orsaka en "paus", utan bara att minska temperaturökningen något. ENSO är tydligen den viktigaste faktorn bakom "pausen".

Detta verkar också hänga ihop med forskning av Meehl, Hu, Arblaster, Fasullo och Trenberth,  som även de har undersökt Stilla havets roll i det globala klimatet. De har undersökt Interdecadal Pacific Oscillation (IPO), en längre (kvasi)cykel som bl a påverkar läget och styrkan hos ENSO. Under negativa IPO-faser så kyls vattenskikt nära ytan medan djupare vattenskikt värms, och tvärtom för positiva faser.

Om vi lägger ihop de här två artiklarna, så kan vi dra slutsatsen att "uppvärmningspausen" hänger ihop med vad som händer i Stilla Havet, och hur värme förflyttas mellan atmosfär, vattenskikt nära ytan och djupare vattenskikt. Detta utesluter visserligen inte att även andra faktorer som solaktivitet och aerosoler spelar in under de senaste 15 åren, men Stilla Havet verkar ha en viktig roll.

*Lomborg argumenterar  visserligen inte för att detta motbevisar att  CO2 påverkar temperaturen, men han hävdar att "betyder sannolikt att temperaturhöjningarna blir mindre, inte större."  

Det kom ett mail till Uppsalainitiativet

Hej

Jag tvivlar på att CO2 är en avgörande orsak till en påtaglig temperaturhöjning av Klimatet. När två saker inträffar samtidigt finns det 3 logiskt möjliga förklaringar. Antingen är A beroende av B, eller är B beroende av A eller också är både B och A beroende av en yttre faktor.

Jag blev tvivlande när jag förstod att det i oceanerna finns 50 ggr så mycket CO2 som i atmosfären.

Boende i Haninge med CocaCola pumpandes CO2 i vatten 24/7 vet jag att vatten löser CO2 men jag vet också att en läsk skall drickas kall, en varm öl längtar ingen efter. Vattnets förmåga att ”lösa” CO2 beror på temperaturen. När solen lyser på jorden blir atmosfären varmare, marken och haven likaså. Det varmare havet släpper iväg sin CO2 till atmosfären. Slutsats CO2 synkroniseringen med klimatet beror på solen. Det är inte CO2 som höjer temperaturen!

 CO2´s växthuseffekt är närmast försumbar och dom 4-5% fossil CO2 som finns i atmosfären kan rimligen inte ha någon avgörande effekt.

Vänligen korrigera mina tankefel.

Med vänlig hälsning

[frågeställarens namn]

Hej,

När det gäller koldioxid och temperatur - vad som styr vad och i vilken ordning är det snabba svaret att båda styr och följer varandra. Ändras den ena så påverkas den andra.

Ökar temperaturen så ökar mängden koldioxid i atmosfären, och även vattenångan som också är en växthusgas. Koldioxid släpps ut från jordlagret och landekosystemen, och ökar temperaturen riktigt mycket kan även haven börja släppa ifrån sig koldioxid. Men, det finns ju inget som hindrar att flera mekanismer sker samtidigt.

Att koldioxid är en växthusgas, dvs att en förändrad halt i atmosfären påverkar strålningsbalansen, är väl känt. Tidiga vetenskapliga publikationer daterar tillbaka till 1800-talet. Klimathistoriskt sett, vid tidigare övergångar från kallare till varmare klimat, är det som skett att när temperaturen ökat (pga ändrad solinstrålning) har växthusgaser släppts ut i atmosfären, vilket i sin tur ökat temperaturen ytterligare, vilket lett till att mer växthusgaser släppts ut osv. Denna återkopplingsmekanism pågår tills dess att en ny jämvikt har ställt in sig vid en högre global medeltemperatur. Läs mer om naturliga klimatförändringar här, om växthuseffekten här och här, och om hur stor andel av den totala växthuseffekten som koldioxid svarar för här.

 Det som är nytt den här gången jämfört med tidigare klimatförändringar är att vi börjat i andra änden på återkopplingsmekanismen. Människan gräver upp fossilt kol, bränner och släpper ut som koldioxid och andra växthusgaser. Mängden koldioxid i atmosfären är nu uppe i 394 ppm (årsmedel för 2012) vilket är en ökning med ca 120 ppm, ca 40%, sen före industrialismens början. Detta får temperaturen att öka, och sparkar igång hela processen med en  förstärkande återkoppling mellan temperatur och koldioxidhalt som får båda dessa att öka.

Bild 1. Global kolbalans med reservoarer och flöden. klicka för större bild.

Än så länge är det så att mängden koldioxid som människan bidrar till att släppa ut delvis hålls i schack av att en hel del av kolet tas upp igen i kolsänkor - världens landekosystem är en sådan kolsänka, havet (!) en annan - dit en del av den koldioxid som släpps ut i atmosfären försvinner. Jämför med den mycket förenklade (men tydliga) bilden ovan. Man talar om termen "airborne fraction" som är hur stor andel av människans utsläpp som stannar i atmosfären och bidrar till uppvärmningen (idag ca hälften av de totala utsläppen) och hur mycket som tas upp av kolsänkor. Än så länge verkar det som om airborne fraction är i det närmaste konstant, vilket innebär att mängden kol som binds in i kolsänkorna i haven och landekosystemen ökar ungefär lika snabbt som utsläppstakten från eldning av fossilt bränsle och utsläpp från förändrad markanvändning (skövling av regnskog t ex). Vi har alltså ännu inte sett till några återkopplingar i form av att haven eller landekosystemen totalt sett skulle ha blivit nettokällor till koldioxid och därmed ytterligare ökat på uppvärmningen. Detta ska man inte tolka som att det inte finns landekosystem eller havsområden som släpper ut kol, bara att det totalt, globalt sett, tas upp mer koldioxid än vad som släpps ut. Läs mer om kolcykeln här, och om källor och sänkor här.

Hur vet vi då att koldioxiden i atmosfären inte kommer från havet? Det enklaste svaret är att vi vet hur mycket fossilt kol vi släpper ut, och om vi ska anta att koldioxiden i atmosfären kommer från havet så måste vi förklara vart koldioxiden från de fossila bränslena i så fall tagit vägen? Vi släpper ju ut mer än vad som ansamlas i atmosfären. Mätningar av koldioxiden i haven visar att dess mängd ökar (se bild 2). Dessutom blir havet allt surare, vilket även det gör troligt att koldioxid binds in i havet, snarare än släpps ut. En annan försvårande omständighet är att det inte finns någon korrelation mellan ökningshastigheten av mängden koldioxid i atmosfären och havsytans temperatur så länge som det finns bra instrumentmätningar av atmosfärens kodioxidhalt, dvs sen 1958 då mätningarna i Mauna Loa-observatoriet på Hawaii startade. Snarare är det här koldioxiden som kommer först, medan havets ytvattens temperatur ändras med en fördröjning.

Bild 2. Koldioxidutveckling i atmosfären och havet runt Mauna Loa. klicka för större bild. 

Det finns ytterligare information som också anger att koldioxiden kommer från mänskliga utsläpp, och inte från t ex havet, landekosystem eller vulkaner, längre utläggning här.

Hur vet vi då att inte uppvärmningen beror på solen? Till att börja med eftersom temperaturförändringen i atmosfären och förändringarna i solintensitet inte följs åt – sedan 1960-talet har solintensiteten legat stilla för att sedan avta sakta, medan temperaturen ändå har ökat. Läs mer om detta här.

I IPCCs kunskapssammanställning från 2007 finns bland annat en graf (bild 3) som illustrerar detta genom att visa modellresultat från en ensemblekörning (många olika klimatmodeller körs parallellt) dels drivna med enbart naturliga variabler (solintensitet bland annat, nedre grafen), och dels drivna med både naturliga och mänskligt påverkande variabler (övre grafen). Det svarta strecket är observerade data, "spagettin" är alla individuella modellkörningarna, och rött respektive blått tjockt streck är medlet från modellkörningarna. Det vi ser här är att om man väger samman det vi "vet" om hur olika mekanismer styr temperaturen så kan vi inte återskapa 1900-talets temperaturökning utan att ta med mänskligt påverkade drivkrafter. 

Bild 3. Modell-illustrationer av hur mänskliga respektive naturliga drivkrafter påverkar temperaturen under 1900-talet. Klicka för större bild.

Att även små förändringar av sammansättningen i ett medium påverkar genomsläpplighet för strålning eller ljusets egenskaper är också väl känt. Liknande fenomen kan man ju enkelt studera hemma genom att hälla röd karamellfärg i en tillbringare vatten - det krävs inte mycket innan ljuset som passerar genom vätskecylindern ser rött ut. Men - viktigast att minnas är att det inte bara är koldioxidens egna, direkta effekt som är viktig när det gäller dess värmande effekt i atmosfären. En fördubbling av mängden koldioxid i atmosfären ger i sig själv bara strax över en grads värmande effekt, men precis som du påpekat så sker även andra processer där temperaturen i luften och oceanerna påverkar jämvikter av olika slag. I det här fallet påverkas även hur stor mängd vattenånga atmosfären kan innehålla, vilket i sin tur ger en ytterligare förstärkning av uppvärmningen.

Det är när man tar med denna indirekta effekt som man hamnar på "klimatkänsligheten", dvs hur stor temperaturförändring en fördubbling av koldioxidhalten de facto ger. Hur hög klimatkänsligheten är, är en källa till diskussion. IPCCs kunskapssammanställning landar i ett intervall troligen mellan 2 och 4,5 grader, med ett troligaste värde på 3 grader. Läs gärna mer om detta på Lunds universitets sida Klimatportalen.

Vänliga hälsningar

Mia

Varthän den globala uppvärmningen?

"The Yale Forum on Climate Change and the Media"  har en bra artikel av David Appell om "uppvärmningspausen". Här finns synpunkter från bl a  Trenberth, Pielke Sr, Santer och Pierrehumbert, och man tar upp frågor om klimatkänsligheten, om intern variabilitet som ENSO och PDO, om aerosoler, och om havens uppvärmning. Så här börjar den:

Is global warming slowing down?
Is the past 10 to 15 years — which have seen little net change in the average surface temperature of the Earth despite ever-larger carbon dioxide emissions — an indication that climate change will not be as bad as previously projected? That the atmosphere is less sensitive to carbon dioxide than many scientists have concluded based on their understanding of the scientific evidence? That the warnings from those in-the-know are overblown and the world can keep burning fossil fuels?
These questions, percolating for a few months in the blogosphere, came to a head with a recent article in The Economist questioning climate sensitivity — the amount of surface warming expected for a doubling of atmospheric carbon dioxide levels. “The climate may be heating up less in response to greenhouse-gas emissions than was once thought,” read the article’s tagline. “But that does not mean the problem is going away.”
The second half of that conclusion is certainly right. Even if climate sensitivity is somewhat less than the IPCC’s median value of about 3 degrees Celsius, atmospheric carbon dioxide levels are increasing exponentially, so a smaller value merely buys an extra decade or two until the same amount of warming is reached.
But is the climate less sensitive to greenhouse gases like carbon dioxide and methane than has been forecast?

Vart tar värmen vägen?

Av det energiöverskott som värmer jorden hamnar 90% i haven. I den uppmärksammade studien av Balmaseda, Trenberth och Källen har de följt förändringen av havens värmeinnehåll sedan 1960-talet genom så kallad reanalys. I reanalys kombineras observationsdata med modeller. På så sätt kan man ge en bild av förhållandena som utnyttjar de fysikaliska sambanden i modellen för att "fylla i" luckorna i observationsdata. I detta fall ger det möjlighet att beräkna den mängd energi som nått de djupare delarna av haven (under 700 m) där det är glest med observationsdata.

Resultaten av studien är att:

• Djuphavet värmts betydligt under sista 15 åren i förhållande till mer ytnära vatten. Senaste decenniet har 30% av uppvärmningen skett under 700 m.
• Det finns stora variationer i mängden värme som överförs till djupare delar i haven under de senaste 30 åren. Dessa kopplas till ENSO men även andra förändringar av vindmönster.

Studien är intressant även i ett vidare sammanhang.

Tidigare studier av jordens värmebalans och den observerade uppvärmningen har lidit av "saknad energi". Det borde ha ackumulerats mer energi än vad som observerats. Denna studie ger stöd för antagandet om att det mesta av denna energi letat sig ner i de dåligt observerade djuphavet.

Samtidigt visar studien vikten av att inte inskränka global uppvärmning till den uppmätta medeltemperaturen vid jordytan och dess förändring. Samtidigt som medeltemperaturen stigit långsammare under 00-talet än 90-talet har stora mängder energi värmt  haven.

"Klotet" om klimatet

Vetenskapsradions program och blogg "Klotet" har ett par intressanta inslag om klimatet, där man intervjuar svenska klimatforskare.

• "Klimatkänsligheten kan vara något lägre - men den globala uppvärmningen fortsätter", med Markku Rummukainen, Lund, och Deliang Chen, Göteborg.
  – Många av de senare studierna tyder på att de väldigt höga värdena inte verkar lika troliga, sannolika eller lika möjliga, som utifrån den tidigare forskningen. Det finns också nya studier som tyder på att värdet skulle kunna ligga i det nedre området.
• "Många sammanlagda studier behövs för att bedöma hur känsligt klimatsystemet är", med Erik Kjellström och Patrick Samuelsson från SMHI i Norrköping.
  – Modellerna är ju, som alla modeller, förenklade beskrivningar av verkligheten. Även om de är ganska komplexa.. Det betyder också att man inför osäkerheter och fel i sina beskrivningar av hur det kommer att bli i framtiden. Så har man två olika modeller kommer de att ha litet olika representation av de här väsentliga processerna och därför kommer svaren att skilja sig åt litetgrann.
• "Djuphavet absorberar en del av den globala uppvärmningen", med Erland Källén, Reading.
  – När man tittar på havsytetemperaturerna så har de inte värmts upp lika kraftigt de senaste 10-15 åren som de borde ha gjort med tanke på ökningen av koldioxidhalten. Och nu har vi hittat en möjlig förklaring till det, nämligen att värmen har försvunnit ner i djuphaven istället.

AGU 2012 : Ken Caldeira om hoten mot korallreven

Ken Caldeira om hur havens försurning påverkar korallrev och andra pH-känsliga organismer. Ingen uppmuntrande forskning

Varmare hav igen

Figuren här ovan är från Levitus, S., et al. (2012), World ocean heat content and thermosteric sea level change (0-2000), 1955-2010, Geophysical Research Letters, under tryckning. Den visar hur havens värmeinnehåll har ökat under perioden 1955-2010. Den röda linjen står för förändring i värmeinnehållet på 0-2000 meters djup, och den svarta på 700-2000 meters djup. Kurvorna visar resultaten av 5-åriga löpande analyser, med 2 standardavvikelser (rött snedstreckat och grått fält). De bygger på mätningar med ARGO-bojar och batytermografer.

 Så här sammanfattas resultaten:

• Det finns en stark positiv linjär trend i havens värmeinnehåll sedan  1955.
• En tredjedel av uppvärmningen sker på 700-2000 meters djup.
• Uppvärmningen kan bara förklaras av ökningen av växthusgaser i atmosfären.

Förändringen i värmeinnehållet anges i 10²² Joule. Översatt till temperatur rör det sig om 0,09ºC grader för 0-2000 meters djup, och 0,18ºC grader för 0-700 meters djup. 90% av uppvärmningen av jorden sedan 1955 har skett i haven.

Se även Skeptical Science.

Cykloner och tropisk troposfärstrend

Temperaturen i tropikernas troposfär förväntas enligt gängse teorier öka något snabbare än temperaturen på ytan vid global uppvärmning. Denna förväntade ökning senaste decennierna har dock varit svårmätt på grund av brister i observationsunderlaget och bristen på observationellt stöd har varit en del av den "klimatskeptiska" argumentationen. I debatten kallas det ofta "den saknade hotspotten" och bland andra har C-G Ribbing i Stockholmsinitiativet tagit upp detta. Jag har tidigare skrivit om detta problem och en intressant indirekt metod att komma runt instrumentproblemen som gett resultat i överensstämmelse med de teoretiska förväntningarna.

I höstas kom ytterligare en artikel där de använt en indirekt metod för att studera troposfärstrenden i tropikerna. Författarna Johnson och Xie (Johnson och Xie 2010) har utnyttjat satellitobservationer av tropiska cykloner. För att tropiska cykloner ska kunna bildas krävs att havsytans temperatur är tillräckligt hög, mer än ca 26 grader, och att luften är labil så att konvektion kan fortgå. Temperaturen i havsytan för de tropiska områdena har ökat senaste 30 åren. Utifrån detta kunde man förvänta sig att området för tropiska cykloner blivit större och intensivare då större delar hav haven når över temperaturgränsen för att bilda cykloner. Men i studien visar Johnson och Xie att samtidigt som havet blir varmare höjs gränstemperaturen vilket inskränker området och intensiteten. Detta är i överenstämmelse med vad som förväntas av modellerna som visar att troposfärens temperatur högre upp stiger snabbare än nära havsytan vilket minskat labiliteten och höjer gränsen för bildandet av cykloner. Författarna konstaterar:

We detect significant covariability between tropical mean sea surface temperatures and the convective threshold on interannual and longer timescales. In addition, we find a parallel upward trend of approximately 0.1 °C/decade over the past 30 years in both the convective threshold and tropical mean sea surface temperatures. We conclude that, in contrast with some observational indications, the tropical troposphere has warmed in a way that is consistent with moist-adiabatic adjustment, in agreement with global climate model simulations.

Vi har alltså ytterligare stöd för korrektheten i de teorier som vår förståelse av atmosfären bygger på och på klimatmodellerna som används.

Schematisk beskrivning av kombinationen av uppvärmning som höjt havsytans temperatur (SST) och ökande troposfärstemperatur i höjden som höjer gränstemperaturen för tropiska cykloner. Källa: Sobel 2010

HT: The Way Things Break

Kolcykeln - Källor och sänkor

Vi har tidigare skrivit om kolcykeln, beskrivningen av kolets rörelse inom jorden, haven, djur och växter samt atmosfären. Här följer en kortfattad introduktion till källor och sänkor för antropogena bidraget till kolcykeln.

Källor är de processer som släpper ut koldioxid i atmosfären medan sänkor är de som tar upp koldioxid ur atmosfären. Tillsammans med ökningen av koldioxidhalten i atmosfären sluter de den så kallade kolbudgeten.

Källor
Den största källan är användning av fossila bränslen samt industriell verksamhet. Under 2009, det senaste året med sammanfattad statistik, bidrog dessa med 8,4 miljarder ton (8,4 Gt) kol¹ till atmosfären vilket är de näst högsta utsläppen i mänsklighetens historia, endast slaget av 2008 års utsläpp. Osäkerheten i dessa beräkningar är ±6%.

Markanvändning är den andra viktiga källan till antropogena kolutsläpp. När skogsområden omvandlas till betesmark eller när skog huggs ner utan att återplantering sker frigörs koldioxid till atmosfären. Denna källa bidrog med ca 0,9 Gt under 2009. Bidraget från denna källa är mer osäker än från fossilt bränsle och industri men en trend av minskande bidrag från markanvändning finns glädjande nog. Utsläppen från denna källa har minskat med ca 25% från 1990-talet till 2000-talet.

Förändringen i atmosfären
Koldioxidnivån i atmosfären bestäms genom kontinuerliga mätningar vid ett flertal platser världen över och är den idag bäst kända delen av kolbudgeten. Ökningen i atmosfären under 2009 var 3,4±0.1 Gt vilket motsvarar 1,6 ppm. Detta är något över medlet de senaste 20 åren (1,5 ppm/år) men lägre än medlet för 2000-2008 som var 1,9 ppm/år.

Som synes ovan är ökningen i atmosfären knappt 40% av de totala utsläppen. Den resterande koldioxiden har tagits upp av hav och i skog och mark under året.

Antropogena kolbudgeten 2009 med ungefärlig storlek på de geologiskt viktiga processerna med vulkaner och vittring som jämförelse.

Sänkor
Havens ytvatten tar upp ungefär en fjärdedel av de årliga utsläppen. Skog och mark tar upp ytterligare en dryg fjärdedel. Hur mycket som tas upp ett visst år varierar med vädret under året, speciellt upptaget på land.

Havet tar upp koldioxid både direkt genom att det löses i vattnet, detta upptag är det som leder till havens försurning, och genom att vattenlevande organismer binder kol som sedan hamnar på havsbotten eller i djuphavet genom havets ekologi.

Det finns en stor osäkerhet i fördelningen av upptaget på land och dess processer. Ökad växtlighet på grund av mer koldioxid och högre temperaturer med längre växtsäsong på de stora nordliga landområdena är dock högst troligt ett viktigt bidrag till denna källa.

Det finns tecken på att andelen som tas upp av naturen har minskat sedan 1950-talet men osäkerheten är fortfarande för stor för att detta kan fastslås säkert.

Uppdatering:

Andel av utsläppen som blev kvar i atmosfären år för år. Baserat på data från GCP.

1) Ibland anges vikten i koldioxid i stället. Ett ton kol motsvarar 3,7 ton koldioxid på grund av det tillkommande syrets vikt i molekylen.

Källor:
GCP Carbon budget 2009
Le Quere, Trends in the sources and sinks of carbon dioxide

Oceanernas sediment och koraller berättar

Rob Dunbar om vad botten under Rossahavet säger om stabiliteten för isen ovanför. Om korallernas temperaturbibliotek och om hur havssedimenten visar att vi har den högsta koldioxidnivån på nära 15 miljoner år.

NOAA presenterar 10 indikationer på global uppvärmning

Med anledning av påståenden kring olika temperaturserier som florerat har NOAA i sin årliga klimatrapport för 2009 som publicerades i torsdags lyft fram tio oberoende indikatiorer på global uppvärmning baserade på sammanlagt 47 dataserier.

Sju indikationer som alla förväntas öka i en varmare värld

• Temperaturen över land
• Temperaturen hos havsytan - mätt strax under ytan
  
• Temperaturen över haven - mätt i luften
• Temperaturen i troposfärens nedre del - mätt med satelliter
• Havens värmeinnehåll - den allra största delen (ca 93%) av jordens värmeökning lagras i de övre kilometrarna av världshaven och mäts med hjälp av speciella bojar och sonder.
• Havsnivån - varmare hav tar större plats och smältande inlandsis bidrar med smältvatten.
  
• Absolut luftfuktighet - Varmare luft och hav ger mer vattenånga i atmosfären.

Tre indikationer som förväntas minska i en varmare värld

• Snötäckt mark under norra halvlotets vinter.
• Massbalansen för världens glaciärer - krympande glaciärer har negativ massbalans
• Istäcket i Arktis.

Som synes uppför sig alla tio som förväntat och visar samstämmigt en allt varmare jord.

NOAA noterar också att 2000-talet var det varmaste decenniet åtminstone sedan mitten av 1800-talet och detta för tredje decenniet i rad.

NOAAs årliga klimatrapporter är beskrivningar av viktiga klimatologiska faktorer samt viktiga meteorologiska händelser under året och inte en del av orsaksbeskrivningen till den pågående uppvärmningen. Trots det finns det två intressanta serier med bäring på orsaksfrågan.

Det ena är luftfuktigheten som visas ovan. Ökningen av luftfuktigheten och där med växthuseffekten av vattenånga i atmosfären är den viktigaste positiva återkopplingen i klimatsystemet.


Det andra är den sjunkande temperaturen i stratosfären. Stratosfärens temperatur sjunker med ökad mängd växthusgaser i troposfären. Trenden är alltså förenlig med uppvärmning genom ökad mängd växthusgaser men inte tex. med uppvärmning utifrån.

Rapporten som baseras på arbetet av över 300 forskare i 48 länder innehåller mycket övrigt intressant och kan rekommenderas för den klimatnyfikne.

Mer läsning:
Temperaturserier
Glaciärer och massbalans
Havens värmeinnehåll

Referenser:
Arndt, D. S., M. O. Baringer, and M. R. Johnson, Eds., 2010: State of the Climate in 2009. Bull. Amer. Meteor. Soc., 91 (6), S1-S224
Se även State of the Climate in 2009 - Highlights

Figur 1 och 2 ur Highlights, 3 och 4 ur rapporten

Varmare hav

Vi har temperaturmätningar av atmosfären som går långt tillbaka i tiden. T ex visar HadCRUT-serien från Hadley/CRU i England globala temperaturer som går tillbaka till 1850 (bild till vänster).


Men uppvärmningen sker inte bara i atmosfären. Den kanske viktigaste uppvärmningen sker i haven, som utgör en c:a 300 gånger större massa än atmosfären. När det gäller uppvärmningen av haven så är tyvärr våra kunskaper betydligt sämre. Innan 1960-talet mättes endast vattnet alldeles vid ytan, t ex med hjälp av hinkar som kastades i och drogs upp från skepp.

Från 1960-talet började man använda engångs batytermografer (Expendable bathythermograph, XBT), som mäter temperaturen som en funktion av djupet. XBTn släpps i havet från ett skepp och överför data genom två trådar medans den sjunker, tills trådarna går av (typiskt vid 700 m). De har dock två problem. Det är svårt att exakt beräkna djupet eftersom detta görs utifrån sjunktiden, och XBTerna kan sjunka olika snabbt under olika omständigheter (t ex temperatur) och beroende på modell. Dessutom är täckningen inte så bra – XBTerna slängs vanligen ut från handelsfartyg och täckningen beror på var dessa fartyg går och inte går.



Från 2004 blev nätverket med Argo-bojar operativt. Argo-bojarna (för närvarande 3236 st över nästan hela världen) mäter regelbundet temperatur och salthalt ner till 2000 meters djup, och har både bättre täckning och pålitlighet än XBTerna. Bojarnas position bestäms med satellit, och deras insamlade data överförs via satellit. Argo-nätverket ger oss därför en betydligt bättre bild av hur temperaturen i haven förändras, och kommer att göra stor nytta i framtiden.

Men för tiden innan 2004 får vi lita på XBTerna, och dessa mätningar har en rad felkällor och är naturligtvis behäftade med en hel del osäkerhet. Olika metoder har utvecklats för att hantera dessa felkällor, och grafen ovan till vänster (från tidskriften Nature) visar hur ett antal olika forskargrupper med olika metoder och data har kommit fram till olika resultat för perioden 1994-2009. Kurvorna visar hur energiinnehållet, representerat som en anomali från ett basvärde, i de översta 700 metrarna av haven förändras under perioden.

I en artikel i tidskriften Nature har John Lyman från University of Hawaii och ett antal andra forskare från andra platser jämfört dessa resultat med avsikt att bedöma osäkerheten i skattningarna (se grafen till höger). De heldragna färgade kurvorna är olika dataserier med samma klimatologi för 1993-2003, de streckade med samma klimatologi för 2005-2008, och de prickade är samma serie med olika korrigeringsmetoder. Av särskilt intresse är den svarta heldragna kurvan som visar genomsnittet av de heldragna och prickade kurvorna. Osäkerhetsintervall är även utsatta för den svarta kurvan. Slutsatsen i artikeln är att trots felkällorna i XBT-dataserierna så är uppvärmningen av haven säkerställd för den aktuella perioden, med en takt på 0.64 ± 0.11 W/m² (räknat över hela jordytan). För enbart 1993-2003 (dvs innan Argo) är uppvärmningstakten 0.61 ± 0.28 W/m². Osäkerheten är alltså betydligt större för denna period.

Med andra ord, varje 100 m² av havsytan får kontinuerligt ta emot ett nettotillskott av energi ungefär motsvarande effekten av en 90W glödlampa (dvs av den gammaldags sorten). Och om det inte låter mycket så bör man tänka på att detta energitillskott ackumuleras hela tiden, sekund för sekund, år efter år.

Det här är också ett exempel på hur forskare konfronteras med osäkerheter - något som händer hela tiden. De försöker förstå dem, korrigera för dem och eliminera dem så mycket det går (bl a genom att titta på flera olika datakällor), och de tar hänsyn till dem när de drar sina slutsatser. Osäkerheter betyder kanske att man vet mindre än om man hade haft perfekt information, men de betyder inte att man ingenting vet.

Det andra koldioxidproblemet

Foraminiferer är encelliga djur med ett skal av kalciumkarbonat (CaCO₃). De är i huvudsak havslevande och har funnits i Jordens hav de senaste 500 miljoner åren. I dag finns ca 4000 arter. Dessa små djur visar sig ge viktiga ledtrådar om de 10 miljarder ton kol som släpps ut i atmosfären årligen genom fossilbränslen och avskogning, då ungefär en tredjedel av utsläppen absorberas i haven:

• Vi kan se samma isotopförändring som i atmosfären när större och större andel av kolet har sitt ursprung i växter.

• Men vad som är viktigare är att skalen på foraminifererna blir tunnare. I en studie av foraminiferer i södra oceanen utanför Tasmanien har man funnit att skalen var 30% till 35% lättare än under förindustriell tid samt att analys av sedimentkärnor som sträcker sig 200 000 år bakåt i tiden visar skalen inte varit så lätta någon gång under den undersökta tiden.

Tyvärr kom det inte som en överraskning för forskarna utan var förväntat. När koldioxiden absorberas i havet bildas kolsyra och havet blir surare. Dagens hav är surare än de varit på mycket lång tid och den fortsatta försurningen går 100 gånger snabbare än någonsin tidigare i den kända historien.

Skal av kalciumkarbonat är känsliga för vattnets pH-värde, de fräts och till och med upplöses om de är i för sur omgivning. Foraminiferernas lättare skal är alltså ett tecken på att försurningen av haven har fått biologiska effekter. Försurningen är som snabbast i de kalla områdena av oceanerna. Samma områden som är de biologiskt mest produktiva och våra bästa fiskevatten.

Nu vore detta inte ett så stort problem om det endast var foraminiferer som drabbades, men tyvärr är det en mycket stor grupp djur som tillverkar sina skal i kalciumkarbonat: Blötdjur som musslor och havssnäckor ; kräftdjur som räkor, krabbor och krill ; tagghudingar som sjöborrar; koraller samt många arter av alger och plankton. Den ökande försurningen leder till snabbt ändrade levnadsvillkor vilket ökar risken för minskande populationer och utdöenden framför allt bland de skalbildande djuren. Hotet mot dessa djur som i många fall är nära basen för havens näringskedjor hotar också alla djur ovanför i näringskedjan.

Det finns också vinnare i ett surare hav efter vad man kan bedöma. Till exempel sjögräs och cyanobakterier men även sjöstjärnor. Vad som är klart är att havens biologiska system är i början av en snabb omvandling vars resultat vi inte vet.

För den som vill sätta sig in i många detaljer kring frågan finns en genomgång av vetenskapen kring detta från 2005 gjord av Royal Society.

För den som hellre ser en film:

Uppdatering 24/10: En review-artikel från 2008 finns här eller här.

Om ej annat står kommer bilderna från Wikipedia

Glaciärer och havnivåhöjning

Bildserie som dokumenterar glaciärminskning i Kanada. Bilden är lånad härifrån.

Vi har tidigare beskrivit hur glaciärer smälter samt hur avsmältningen kan påverka mänskliga samhällen. En annan rätt lättbegriplig följd av glaciäravsmältning är havsnivåhöjning. I sin senaste rapport skriver IPCC att i det mest pessimistiska utsläppsscenariot (A1F1) kommer havnivån att höjas med 260-590 mm fram till åren 2090-2099, förutsatt att inga drastiska förändringar sker i det sätt på vilket isen flödar. Om detta skulle hända kan vi få betydlig högre höjningar av havsnivån.

I en aktuell vetenskaplig artikel i Geophysical Research Letters (ett så kallat preprint finns att läsa här) beskriver David Bahr och hans medarbetare nya beräkningar av hur glaciärerna kommer att utvecklas. Forskarna diagnostiserar 53 representativa glaciärer världen över med hjälp av kvoten (AAR, Accumulation Area Ratio) mellan den yta där glaciären växer till och glaciärens totala yta. För varje glaciär har AAR ett visst värde då glaciären är i jämvikt och varken växer eller krymper. Om AAR understiger jämviktsvärdet krymper glaciären och vice versa. Man kan även beräkna hur mycket glaciären måste smälta för att nå jämvikt om AAR är för låg.

Resultatet av analysen är föga överraskande att AAR generellt är lägre än jämviktsvärdet. Även om den globala uppvärmningen skulle avstanna, skulle glaciärerna behöva minska sina massor med 27 % för att nå jämvikt. Detta skulle medföra bidrag till havsnivåhöjningen på 184 +/- 33 mm det här seklet. Om temperaturen fortsätter stiga enligt den nuvande trenden, beräknar forskarna att bidraget kommer att vara 373 +/- 21 mm de närmsta hundra åren.

De här resultaten gäller alltså bara världens glaciärer och tar inte med andra källor till höjd havsnivå, såsom avsmältning av de stora landisarna på Grönland och Antarktis eller termisk expansion av haven. Det här arbetet ger en fingervisning om vilka havsnivåhöjningar smältande glaciärer kan orsaka men som vanligt är detta inte det slutgiltiga svaret, utan med mer forskning kommer uppskattningarna förfinas.

Graf över avsmältning av glaciärer världen över. Lånad från Wikipedias sida i ämnet.

Tuvalu

Jonny Fagerström från Stockholmsinitiativet är tydligen flitig på insändarsidorna och nu fick vi ett tips om en insändare han har i Uppsalas nya tidning om Tuvalu. Jonnys inlägg är ett svar på en annan insändare som bland annat tar upp det allvarliga problemet att havsnivåerna stiger runt om i världen till följd av den globala uppvärmningen som till största delen orsakats av oss människor.

Till att börja med säger den första insändaren att havsnivåerna stiger i genomsnitt med 5-6 mm/år, en siffra som låter hög och som jag inte kan hitta vetenskapligt publicerad någonstans. Det finns dock om man bara väljer ut vissa stationer som referensexempel. Ett exempel på detta är om man kollar på nivåförändringen över en region i stilla havet och indiska oceanen mellan åren 1998 till 2001 (se figur nedan). Det finns också andra exempel men korttidstrender på få stationer ger osäkra resultat och bör undvikas om man försöker beskriva något globalt. Utökar man trenden till hela figuren nedan kan man se att havsnivåökningen i området skulle ligga runt 4 mm/år. (Figur från Church et. al 2006)

Tittar vi på vad den senaste publicerade vetenskapen säger om havsnivåhöjningar så tror man att vi runt 2100 kan ha fått en höjning av havsnivån runt 80 cm. Detta skulle ge en snitthöjning på havsnivån med dryga 7 mm/år.

Åter till Jonnys insändare, om jag försöker bortse från retoriken så påstås det i alla fall att:

-De globala havsnivåerna har ökat långsamt men naturligt sedan senaste istiden.
-Det finns ingen tydlig trend avseende havsnivåhöjning på Tuvalu.

Låt oss börja med det senare påståendet och titta in i vad de senaste vetenskapligt publicerade rönen säger... Church et al. 2006 säger att havsnivåhöjningen på Funafuti (Tuvalu) ligger på 2 +/- 1 mm/år (1950-2001) och skriver vidare att det är tydligt att havsnivåerna i detta område stiger.

Angående det första påståendet så har havsnivån globalt sett stigit med ca 1.8 mm/år det senaste århundradet (bild ovan), det finns också publicerade vetenskapligt granskade uppgifter som ser ut att hålla som säger att havsnivån mellan 1993 och 2000 steg med 3.1 mm/år. Bilden nedan beskriver hur havsnivån har förändrats sedan senaste ”istiden” som ni kan se är den inte jämn, ibland långsam ibland snabb. Något som är tydligt är också den stabila nivå som havsnivån har legat på i slutet av kurvan.

Ergo, om jag av någon anledning skulle ha bott på Tuvalu skulle jag snabbt se till att flytta därifrån.