Kan det bli kallare under global uppvärmning?

I detta gästinlägg uppmärksammar Mats Almgren en lätt förbisedd effekt av polarisarnas avsmältning:

Det låter otroligt, men det skulle kunna ske. Att den globala temperaturökningen tar en flerårig paus under ett uppvärmningsskeende är kanske inte förvånande, men en klar temperaturminskningstrend skulle vara överraskande. Det beror delvis på vad man menar med uppvärmning, och på vilken global medeltemperatur man beräknar. Under uppvärmning mottar jordsystemet mer energi från solen än vad det återutsänder ut i rymden. Och den globala medeltemperaturen kan vara vilken som helst av de vanliga temperaturserierna, dvs. de som avser medelvärden av temperaturen nära jordytan – i luften över land, och i ytvattnet över hav. Vad som då krävs är att extra energin värmer haven på djupet, samtidigt som havens värmeavgång till luften (främst som latent värme i vattenånga) och rymden (som värmestrålning) försvåras. I en diger artikel från 2016: Ice melt, sea level rise and superstorms: Evidence from paleoclimate data, climate modeling, and modern observations that 2°C global warming could be dangerous. (Hansen, J., M. Sato, P. Hearty, R. Ruedy, M. Kelley, V. Masson-Delmotte, G. Russell, G. Tselioudis, J. Cao, E. Rignot, I. Velicogna, B. Tormey, B. Donovan, E. Kandiano, K. von Schuckmann, P. Kharecha, A.N. LeGrande, M. Bauer, and K.-W. Lo Atmos. Chem. Phys., 16, 3761-3812, 2016) redovisas bl.a. modellberäkningar som visar att ett sådant skeende skulle kunna inträffa.

Försteförfattaren, James Hansen, tveklöst en av de främsta klimatvetarna, är ju välkänd långt utanför specialisternas krets, och många av de övriga författarna är också synnerligen välrenommerade. Trots det har denna artikel inte uppmärksammats så som man kunde vänta – kanske är den för lång och krånglig, kanske framstår den för återhållsamma vetenskapare som alltför klarspråkig och rättfram – James Hansen är inte rädd för att framföra sina välgrundade åsikter. För den som inte orkar tränga in i detta arbete (vilket är förståeligt, själv har jag fått jobba åtskilliga timmar med det, i flera omgångar) rekommenderas ett diskussionsinlägg: Scientific Reticence: a DRAFT Discussion, som just publicerats på James Hansens hemsida. Där refererar han helt kort några av huvudpunkterna i arbetet, liksom i några tidiga, och reflekterar över varför de mottagits på olika sätt.

De resultat som jag vill peka på i detta inlägg hör inte till det som författarna själva särskilt framhåller, det är snarare en biprodukt, som följer av de viktigare insikterna. Dessa rör effekterna av avsmältningen av främst inlandsisar på Grönland och shelfis och inlandsis i Antarktis, och de återkopplingar som tillförseln av smältvatten ger upphov till. Utan onormal isavsmältning är förhållandena sådana att kallt vatten med hög salthalt bildas vintertid kring isen i Antarktis och Arktis. Detta kalla och salta vatten har hög densitet och sjunker ner i djupet. I Antarktis sjunker det till botten och bildar havens bottenvatten, i Nordatlanten bildas djupvatten. Dessa vattenmassor deltar i den termohalina cirkulationen. Djupvattnet återförs (efter kanske 1000 år) till ytan kring Antarktis; det är här ventilationen av djupvattnet främst sker. Bilden antyder hur vid ökande isavsmältning alltmer sötvatten bildas, som har lägre densitet och lägger sig som ett lock över havsytan. Denna skiktning minskar bildningen av djupvatten, och det minskar också återföringen av det något uppvärmda djupvattnet. Havsytan blir kallare. Varmare vatten kommer att föras mot iskanten på större djup, 500-1000 m under ytan, och där smälta shelfisarna underifrån, just vid deras förankringspunkter. Ökad destabilisering av isarna, ökad smältning eller först isbergsbildning, leder till ytterligare bildning av färskvatten, som ytterligare förstärker skiktningen av havet. Under vintern bildas havsis lättare av färskvattnet än av saltvattnet; havsisen kan förväntas öka kring Antarktis. Nederbörden faller mer över havet, mindre över Antarktis inlandsis, vilket ytterligare ökar färskvattentillförseln.

De följande figurerna visar resultat av modellkörningar, där Hansen et al. har använt en beprövad General Circulation Model med tämligen låg upplösning, så att beräkningar över lång tid kunnat köras till rimlig kostnad. Dessa klimatmodeller innehåller ännu ingen realistisk modell för att beskriva isars smältning. I modellkörningarna brukar färskvatten tillföras runt Grönland och Antarktis, för att kompensera för snön som faller över dessa inlandsisar. På så sätt hålls en ungefärlig balans mellan snöackumulationen och massförlusten p.g.a. shelfisens smältning och isbergsbildningen.

Figurens resultat kommer från modellexperiment där man istället tillförde så mycket färskvatten att det också svarade mot minskningen av ismassorna i Antarktis och på Grönland, som den beräknats från observationer. Tillförseln för 2011 specificerades, och förändrades både tidigare och senare med en fördubblingstakt av 10 år. Andra körningar med både kortare och längre fördubblingstider genomfördes också. En fördubblingstid på 10 år är emellertid kompatibelt med de begränsade observationer som finns att tillgå, och har den fördelen att de effekter som uppstår blir tydliga efter rimligt långa körningar. När isavsmältning pågått så länge att havsytan höjts 1m (röd kurva) eller 3,8m (blå kurva), avbröts tillförseln av färskvatten. Detta är givetvis inte realistiskt, det gjordes för att se hur snabbt modellen svarar på förändringen.

Den övre figuren visar hur den globala medeltemperaturen förändrades i dessa modellexperiment. Vi ser att takten i temperaturökningen blir lägre när avsmältningen beaktas, och att temperaturen når ett maximum, här kring 2045. Avsmältning motsvarande 1m höjning av havsytan nås kring 2055 och 3,8m kring 2075. Detta är naturligtvis ingen prognos, det är ett experiment för att visa vad färskvattentillförsel genom avsmältningen kan innebära. Förhoppningsvis går det i verkligheten långsammare än i experimentet, så att minskningen i temperaturökningstakten blir mindre och ett eventuellt temperaturmaximum kommer senare. Det allvarliga är att även seriösa aktörer skulle kunna uppfatta den minskade temperaturökningstakten som ett tecken på att klimathotet inte är så allvarligt och att de åtgärder som vidtagits varit effektiva, medan i själva verket uppvärmningstakten ökat. Detta framgår tydligt av den andra grafen. Den visar hur skillnaden mellan inkommande och utgående energi i jordsystemet hela tiden ökar, och ökar särskilt snabbt när lufttemperaturen minskar.

Dessa resultat understryker ytterligare det faktum att globala medeltemperaturer – oavsett hur de mäts och beräknas – inte ger tillräckliga mått på jordens uppvärmning. Det är olyckligt att alla klimatförhandlingar så enögt riktas mot temperaturmål. De mesta av uppvärmningen sker i haven, och även andra mekanismer än färskvattentillförsel genom issmältning (även om det på sikt är allvarligast) kan ge perioder med minskad ventilation av haven, så att ännu mer av uppvärmningen hamnar där, och den globala temperaturen ökar långsammare.

NASA: Vad orsakar den globala uppvärmningen?

Om fytoplankton, syre och rysk roulett

Bildkälla: Marine biogeochemistry: Scott C. Doney & Deborah K. Steinberg^,  The ups and downs of ocean oxygen Nature GeoscienceVolume: 6,Pages: 515–516Year published: (2013)DOI: doi:10.1038/ngeo1872

Fytoplankton (växtplankton, bl a  cyanobakterier, kiselalger och flagellater) är kanske ingenting som man tänker på särskilt ofta, men de är livsviktiga för livet på jorden. De är fotosynteserande och tar upp koldioxid och avger syre, och de är föda för många andra havsorganismer. Fytoplankton är alltså väldigt viktiga för både kolets och syrets kretslopp, och för havens och sjöarnas artmångfald. De svarar för mer än hälften av jordens syreproduktion. Utan fytoplankton vore vi helt körda.

I en artikel publicerad i Bulletin of Mathematical Biology (PDF här och en kommentar här) undersöker forskarna Yadigar SekerciAffiliated withDepartment of Mathematics, University of Leicester och Sergei Petrovskii vad som skulle hända med fytoplanktionens syreproduktion om haven värmdes upp mer. Detta är en fråga som få forskare har beaktat - däremot finns det många studier som handlar om effekterna på kolcykeln. Artikeln bygger på en modell som tar hänsyn till syrehalten i vattnet, mängden fytoplankton och zooplankon samt temperaturen. De har också en mer avancerad version av modellen som tar hänsyn till att turbulens i vattnet förflyttar planktonen.

Bildkälla: Yadigar Sekerci, Sergei Petrovskii. Mathematical Modelling of Plankton–Oxygen Dynamics Under the Climate Change. Bulletin of Mathematical Biology, 2015; DOI: 10.1007/s11538-015-0126-0

Department of Mathematics, University of Leicester
De fann att detta system bara var stabilt inom ett visst temperaturintervall - utanför detta kraschade systemet och fytoplanktonen dog. Detta kunde hända vid en uppvärmning av havsvattnet (nära ytan) på runt 6 grader. Om detta skulle hända i verkligheten så skulle mycket av livet i haven och på land utplånas.

Det här är en enda studie, så man får vara försiktig med att dra allt för stora växlar på den. Modellen är ganska enkel, och kanske finns det faktorer som man inte har tagit hänsyn till eller modellerat fel som kunde hålla systemet stabilt. Kanske skulle vissa fytoplankton kunna anpassa sig om det inte gick alltför fort. Å andra sidan kan det också bli värre än i modellen. En temperaturökning på 6 grader är kanske inte så sannolik men ändå möjlig. En katastrof kan inte uteslutas, och här talar vi om en katastrof som är långt värre än stigande temperaturer i sig. Och det finns många andra potentiella "otrevliga överraskningar", som metanutsläpp från den arktiska havsbottnen, kollaps av de stora inlandsisarna, uttorkning av regnskogarna och avstannande av golfströmmen. Det kan rent av finnas andra "otrevliga överraskningar" som vi inte ens har tänkt på ännu. Genom att öka atmosfärens halter av växthusgaser så påverkar vi oavsiktligt för oss livsviktiga system som vi endast delvis förstår och vars beteenden vi kan endast delvis förutsäga. Vi spelar rysk roulett med mänsklighetens framtid, och det är högsta graden av dårskap.

Om globala temperaturer, arktisk havsis och korallrev maj 2016

Enligt NASA var maj 2016 den varmaste maj-månad som har uppmätts globalt. El Nino-effekten avklingar dock, så anomalin har sjunkit jämfört med föregående månader.

Även i satellitserien från UAH ser vi ett avklingande.

Den arktiska havsisens utbredning har varit rekordlåg för tiden på året ett bra tag, men ligger nu ungefär lika med 2012 - det år som har haft den lägsta utbredning som uppmätts i september. Vi får väl se om det rekordet slås i år. September är intressant eftersom det är den månad då arktiska havsisens utbredning är som minst.

Här kommer lite mer information om korallblekningen vid Stora Barriärrevet. Kartan här nedanför visar hur stor andel  av korallerna som har dött. Totalt har (minst) 22% av revets koraller dött. Eftersom en del av dessa data är från mars så kan andelen rent av har ökat något tills nu. Vi har tidigare skrivit om hur stor andel av revet som har drabbats av blekning, men blekning är inte samma sak som döda koraller - de kan överleva en blekning om den inte pågår för länge. Och även döda delar av revet kan återkoloniseras, om gynnsamma förhållanden råder tillräckligt länge. Kanske kan revet återhämta sig efter den här värmespiken, men det kommer att komma fler och högre värmespikar i framtiden. Någon gång är gränsen nådd.

Uppdatering: här är en video om korallblekningen.

Hur vet vi att våra koldioxidutsläpp har orsakat en global uppvärmning?

Den här kurvan (från NASA) torde vara bekant för våra läsare. Den visar hur den globala genomsnittliga temperaturen vid mark- och havsytan har ändrats sedan 1880.

Den här kurvan (från NOAA)  är kanske också bekant. Den visar hur den totala värmemängden i haven har ökat ned till 700 m djup sedan 1955. Även ned till 2000 m kan man se en ökning. Ökningen är dock störts närmast havsytan.

Det går faktiskt ner mycket mer värme i haven än vad som stannar i atmosfären.

Vad beror denna uppvärmning på?  Den kan knappast bero på intern variabilitet, dvs att värme flyttas omkring inom och mellan atmosfär och hav. Den El Nino som har drivit upp temperaturen det senaste året är ett exempel på intern variabilitet där varmt vatten tillfälligt ligger kvar vid havsytan, men dess påverkan rör sig om något år. El Nino och liknande fenomen kan inte förklara varför atmosfären och haven blir varmare samtidigt.

Så det måste vara något annat. Det finns många faktorer som påverkar klimatet. Så här ser t ex det ut om vi tar ett längre tidsperspektiv (PAGES 2k). Det har gått upp och ned, men mest ned p g a ändringar i jordaxelns lutning och i jordbanan. Variationer i vulkanisk aktivitet och solinstrålning har också påverkat, liksom intern variabilitet.

Men någon gång under 1800- och 1900-talen händer något som bryter mönstret, och vi får plötsligt en snabb uppvärmning!

Den viktigaste drivkraften bakom denna uppvärmning är tillförseln av koldioxid (CO₂) och andra växthusgaser till atmosfären.  Så här har atmosfärens koldioxidhalt ökat sedan slutet av 1950-talet då man började med systematiska mätningar (NOAA).

Vi vet att denna ökning av koldioxidhalten  beror på mänskliga aktiviteter, och då främst förbrukning av fossila bränslen. Våra CO₂-utsläpp är så stora att de räcker gott och väl till att både höja halten i atmosfären och i haven (där CO₂ blir till kolsyra) och tas upp av biosfären.

Att koldioxid är en växthusgas som absorberar infraröd strålning som är på väg att lämna jordytan och skickar tillbaka en del av den har varit känt sedan 1859, så den teorin är årsbarn med evolutionsteorin. Den är också jämngammal med genetiken och teorin för elektriska och magnetiska fält. För att förklara hur växthuseffekten fungerar på molekylnivå krävdes dock kvantmekaniken. Här är en pedagogisk TED-video som förklarar detta på en väldigt grundläggande nivå:

När både koldioxidhalten i atmosfären och temperaturen går upp så är detta alltså ingenting som har förvånat vetenskapssamfundet. Det som händer är precis vad man kan förvänta sig. Det enda som har varit en överraskning är att så mycket CO₂ stannar kvar i atmosfären.  Fram till 1950-talet trodde man nämligen att haven skulle absorbera koldioxidtillskottet. Då upptäcktes att havsvattnets kemi gjorde att mycket av koldioxiden som tas upp av haven snart återvänder till atmosfären.

Idag har vi nya högteknologiska metoder för att studera effekterna av koldioxid, och de bekräftar vad vi redan visste . Så sent som förra året lyckades t ex forskare från Berkeley mäta inkommande infraröd strålning vid två platser i Alaska och Oklahoma, extrahera de delar som borde absorberas av koldioxid, och matcha detta mot uppmätta koldioxidhalter. Resultatet kan ses i den här video: koldioxidens effekt på strålningsbalansen är väldigt tydlig.




Observationer av koldioxidens inverkan på strålningsbalansen har tidigare också gjorts med satelliter, bl a av forskare från Imperial College.

Ett mönster som är typisk för koldioxid och andra växthusgaser är att de har en värmande effekt på atmosfären närmast jordytan (troposfären), men i stället en avkylande effekt högre upp (stratosfären och mesosfären, se också här). Detta kan observeras med hjälps av satelliter. Här är tre temperaturkurvor från Remote Sensing Systems (RSS), baserade på satellitmätningar.

Lägre troposfären

Lägre stratosfären

Övre stratosfären

 När vi går från troposfär till stratosfär så övergår uppvärmningen till en avkylning, och högre upp blir avkylingen ännu tydligare. Kurvan för lägre stratosfären visar visserligen inte bara effekten av mer växthusgaser som CO₂, utan även minskningen* av ozon (O₃) som värms av inkommande ultraviolett strålning. De två tillfälliga topparna är orsakade av vulkanutbrott, som släpper ut partiklar som värms upp av solinstrålningen. För övre stratosfären så är det dock bara växthusgaser som ligger bakom avkylningen. Det här mönstret utgör ett tydligt "fingeravtryck" för att det är växthusgaser som har påverkat temperaturen. Om det i stället hade varit t ex ökad solinstrålning som låg bakom uppvärmningen så borde både troposfären och stratosfären har värmts upp.

Men på tal om solinstrålningen, så är det viktigt att inte stirra sig blind på växthusgaser. Hur kan andra faktorer såsom solinstrålning, vulkaner samt ändringar i jordaxelns lutning och jordbanan ha påverkat temperaturen? Kan dessa ligga bakom en betydande del av uppvärmningen? Det är naturligtvis en fråga som har intresserat klimatforskarna. För den som är intresserad av frågan så gjorde nyligen forskare från NASA en grafisk sammanställning för Bloomberg som väldigt pedagogisk - klicka gärna på länken för att se mer.  Så här ser det ut för naturliga faktorer (vulkaner, solinstrålning, jordaxel och bana - grön kurva) jämfört med observerade temperaturer (svart kurva):

Hade det bara varit för naturliga faktorer så skulle globala temperaturen sedan 1880 bara ha ändrats med någon tiondels grad (uppåt eller nedåt). Det  är bara i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet som vi möjligen urskilja ett värmande bidrag (om än blygsamt) från naturliga faktorer.

Så här ser det ut för antropogena faktorer (växthusgaser inlusive CO2, markanvändning, ozon, aerosoler från utsläpp - blå kurva):

De antropogena faktorerna  har alltså dominerat under perioden 1880-2005.

 För den som vill gräva djupare i frågan om hur man kan göra skattningar av olika faktorers påverkan så finns ett helt kapitel i IPCCs senaste rapport att tillgå (stor PDF-fil). Här tittar man på mer än bara globala medeltemperaturen. "Fingeravtryck" för olika faktorer som den avkylning av stratosfären som vi diskuterade här ovan är viktiga för att bena ut de olika faktorernas bidrag.

Vår förståelse av växthuseffekten och av koldioxidens bidrag till den globala uppvärmningen vilar på en solid fysikaliskt grund och har bekräftats av observationer på olika sätt.  Det är helt enkelt en väldigt väl underbyggd förklaring till uppvärmningen. Andra faktorer spelar också in, men förutom den avkylande effekten av aerosoler så har dessa sannolikt inte varit så viktiga under det senaste seklet som helhet. Och även om någon ny överraskande kandidat (som kosmisk strålning) skulle dyka upp så negerar inte det vad vi vet om effekten av koldioxiden. Koldioxiden är och kommer att förbli en nödvändig del av varje vetenskaplig förklaring till den globala uppvärmningen.

*Minskningen av ozon är också skapad av mänskliga aktiviteter, närmare bestämt utsläpp av freoner och andra gaser som bryter ned ozon.

Vad är det som värmer världen?

Bloomberg har en fin visualisering av hur ett antal faktorer ("forcings") som förändringar i jordbanan, solen, vulkaner, skogsavverkning, ozon, aerosoler och växthusgaser (bl a CO2) har bidragit till den globala temperaturförändringen under perioden 1880 till 2005. Det här bygger på NASAs "ModelE2".

Zombies! Zombies!

TEST 3: Finns det en koppling mellan mänskliga koldioxidutsläpp och temperaturökning?

Svar NEJ – betraktar vi de senaste 140 åren ökade temperaturen fram till 1940 utan några märkbara CO2-utsläpp, sen minskade temperaturen något från 1940-1970 fast CO2-utsläppen ökade. Korrelationen är dålig mellan CO2-utsläpp och global temperaturökning.

TEST 4: Ökar CO2 före eller efter temperaturen?

Svar: De berömda iskärnorna från Vostok visar att temperaturändringen ligger före CO2-ändringen (alla kommer ihåg Al Gore bluffen, min anm.) Men AGW-hypotesen säger just motsatsen. Som om lungcancer skulle orsaka rökning.

Det här var ett par "tester " av "AGW-hypotesen" ("mänskliga utsläpp av koldioxid orsakar en farlig global uppvärmning") från ett par videos (del 1 och 2) av geologiprofessor Bob Carter, i översättning av Per Welander på TCS. Sammanlagt finns där 5 sådana "tester".

Suck. De här argumenten har vi hört till leda, och de har debunkats om och om igen. I korthet: "AGW-hypotesen" säger inte att koldioxid är det enda som påverkar den globala temperaturen. Och totalt har under 1900-talet har både koldioxiden och temperaturen gått upp, och då särskilt de sista decennierna.  Utan koldioxiden (och annan mänsklig påverkan) borde vi ha ungefär samma temperaturer nu som i början av 1900-talet.

Och "AGW-hypotesen" säger inte att påverkan mellan koldioxid och temperatur måste vara enkelriktad. Tvärtom är det väl känt att koldioxiden i egenskap av växthusgas påverkar temperaturen, samtidigt som temperaturen påverkar havens och växtlighetens upptag och utsläpp av koldioxid.

Så i en rationell diskussion hade de här argumenten varit döda och begravda för länge sedan. Likt förbaskat stapplar de omkring likt zombier, stinkande och stönande, och försöker äta våra hjärnor. För de personer som framför dessa argument är inte skeptiker. Om de hade varit riktiga skeptiker som verkligen brydde sig om det vetenskapliga bevisläget, så hade de inte rört vid de här argumenten med en lång pinne. Men de är istället förnekare och förvillare, och de är inte intresserade av en rationell diskussion. De sysslar med propaganda, och då är upprepning viktigare än sanning. Det har de visat om och om igen.

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.

Som sagt var, det är varmt i Australien

Så här skriver ett antal representanter för Australiens Bureau of Meteorology:

Australia has always experienced heat waves, and they are a normal part of most summers. However, the current event affecting much of inland Australia has definitely not been typical.
The most significant thing about the recent heat has been its coverage across the continent, and its persistence.
It is very unusual to have such widespread extreme temperatures — and have them persist for so long. On those two metrics alone, spatial extent and duration, the last two weeks surpasses the only previous analogue in the historical record (since 1910) – a two-week country-wide hot spell during the summer of 1972-1973.
...
It is not that common for the Australian-average temperature to exceed 39°C for even two days in a row. A run of three days above 39°C has occurred on only three occasions, and a run of four days just once, in 1972.
The current heat wave has seen a sequence of Australian temperatures above 39°C of seven days, and above 38°C of 11 days straight.
...
Within the past decade, the number of extreme heat records in Australia has outnumbered extreme cold records by almost 3:1 for daytime maximum temperatures and 5:1 for night-time minimum temperature.
...
Future warming of the climate due to greenhouse gas emissions will very likely lead to further increases in the frequency of unusually hot days and nights and continued declines in unusually cold days and nights.
These changes will result in weather events which are increasingly beyond our prior experiences.

Varmt i Australien

Aftonbladet meddelar att Australiens Bureau of Meteorology på grund av rekordvärmen har fått lägga till en färg till sina temperaturprognoskartor. Tidigare gick skalan till 50 grader - nu går den till 54.

Bureau of Meteorology kommenterar situationen:

Assistant Director of Climate Information Services, Neil Plummer, said the heatwave had broken national records. This is consistent with the trend of an increase in extreme heat events associated with climate change.
"On Monday the average maximum daily temperature record for Australia was broken at 40.33°C. The previous record, 40.17°C on 21 December 1972, was held for 40 years. The daily average maximum temperature yesterday (8 January 2013) is a close third at 40.11°C.
"The number of consecutive days where the national average maximum daily temperature exceeded 39°C has also been broken this week—seven (7) days (between 2–8 January 2013), almost doubling the previous record of four (4) consecutive days in 1973," said Mr Plummer.
Extreme heat events, such as this one, have wide ranging impacts across agricultural and horticultural sectors, infrastructure and transport, and not least human health and safety. The Bureau is also providing advice through federal and state emergency services partnerships to assist during this heatwave and its impacts.

I sydöstra Australien rasar många bränder.

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.

Vintertradition i en föränderlig värld

Kanadensiske klimatforskaren Simon Donner reflekterar över familjens nyårstradition i en allt varmare värld.

Vådan med polynomanpassningar

Ovanstående diagram finns på sidan climate4you. Vi ser en tafflig linjär anpassning som inte fångar upp variationerna och en förträfflig anpassning med ett femtegradspolynom. Vi ser också tydligt hur temperaturtrenden vänder mellan 2000-2010 och visar en avkylning. Eller?

Att göra polynomanpassning på ett vettigt sätt är svårare än vad den oerfarna ofta kan tro, speciellt om du använder polynom av högre ordning. Det finns många gropar att falla i. För att illustrera detta kan vi skapa en artificell dataserie utan systematisk förändring, men med rött brus. Hos rött brus är varje datapunkt ett slumptal plus den föregående punkten multiplicerad med en konstant (x_n=ax_n-1+rand). Rött brus är en bra beskrivning på många processer i naturen där resultatet beror på dels föregående värde, dels en slumpmässig faktor. En varm dag följs oftare av en varm dag än vad en kall dag gör, men det går inte att uttala sig säkert.

Vilken av anpassningarna gör bästa jobbet här? Vi har ju bestämt att vi inte ska ha något annat än rött brus. Det finns ingen långsiktig utveckling, eller signal, helt enkelt för att data är konstruerade så. I det här fallet är det uppenbart att det är den linjära anpassningen som faktiskt ger den bästa beskrivningen av data. Femtegradsanpassningen hittar signal som inte finns där. Som princip bör du använda linjära anpassningar om data inte uppenbart avviker från dem, vilket inte händer i dessa exempel.

Det är också lockande att tolka in en förutsägelse i femtegradsanpassningen från climate4you. Visst ser vi hur kurvan vänder? Vi kanske kan använda polynomet för att ge oss en bild av vad som kommer hända i framtiden? Vi kan ju kolla både vad den aktuella anpassningen visar och vad en anpassning utförd för femton år sedan skulle ha visat. Om vi hade kollat på femtegradsanpassningar år 1996, hur hade "förutsägelserna" sett ut då?

 Femtegradspolynomet "förutsäger" alltså en accelerande avkylning som komme ge två graders avkylning under de närmsta tjugo åren. Går vi ännu längre fram i tiden blir det allt mer dramatiskt. Anpassningen som har 1996 som slutår visar ungefär samma beteende med en accelererande avkylning. Nu har vi ju facit hur det gick och det stämmer som ni vet inte. Även denna övning visar att femtegradspolynom är dåliga på att visa verkliga tendenser hos dataserier.

Men varför använder då climate4you femtegradspolynom? Det kan vi inte veta säkert, men om vi kollar olika polynomgrader får vi en ledtråd.

 Den linjära anpassningen är, tja, rätlinjig. Andra-, tredje- och fjärdegradsanpassningarna visar på en accelererad uppvärmning, men femtegradsanpassningen visar en avstanning i slutet. BINGO!

Hur realister och "skeptiker" ser på den globala uppvärmningen

Klicka för att se hela bilden. Från SkepticalScience, med anledning av BEST-projektet och diskussionen om huruvida vi nu har en paus i den globala uppvärmningen. Se t ex Judith Curry på hennes blogg Climate Etc, som är vida populär bland klimatförvillare. Curry ger här prov på en del mycket märkliga resonemang. Hon definierar en paus som en temperaturökning som är lägre än 0,17 – 0,2 C/decennium. Hon tycker även att det extrema El Nino-året 1998 är ett bra startår för att undersöka om det finns en paus eftersom (1) man bör välja start- och slutår som är neutrala med avseende på El Nino/La Nina och (2) man behöver minst 17 års data för att detektera en mänsklig påverkan på klimatet. Kan någon förklara hur det går ihop?
Uppdatering 6/11: en möjlig tolkning av Currys resonemang är att om man vill hitta en "paus" (dvs en period med en något långsammare temperaturökning än den långsiktiga) så bör man titta på så korta perioder att de naturliga variationerna dränker den mänskliga påverkan. Vilket är ganska självklart men poänglöst.

Globalt och lokalt - temperaturer i Europa och världen

Årets november är bland de allra varmaste åtminstone under den tid som vi har tillförlitliga temperaturmätningar. Enligt GISS analys den varmaste. Samtidigt har vi i norra Europa haft det ovanligt kyligt. I Europa har det varit ner till 4 grader under normala novembermedlet medan norra Kanada haft en november med upp till 10 grader över normalt i de nordöstra delarna.

En stor del av den Kanadensiska värmen hänger säkerligen ihop med att Hudson Bay fortfarande var isfritt under november. Detta är ett exempel på den stora inverkan som avsmältning av Arktis havsis får för omgivande områden.

Den Europeiska kylan är troligen en effekt av den Arktiska oscilationen som ger stora variationer mellan olika vintrar i vår del av världen. Men även här kan förändringarna i Arktis ha en roll.

Läs gärna mer i GISS artikeln
2010 — Global Temperature and Europe's Frigid Air

Det är ännu möjligt att nå tvågradersmålet - men klockan tickar

Att hålla nere den globala uppvärmningen under två grader, jämfört med förindustriell temperatur, tas ofta upp som ett viktigt mål. Med maximalt två graders uppvärmning räknar man med att undvika de riktigt allvarliga och långsiktiga konsekvenserna av klimatförändringarna. Flera studier har tagit fram olika scenarier för att nå detta mål.

En ny studie har vänt på problemet: Hur nära att överskrida målet är vi utifrån de fordon och kraftverk vi redan har i drift?

Studien av Davis et al, publicerad i Science, utgår från vilka utsläpp vi kan förvänta oss från dagens fordon, kraftverk med mer om de används sin förväntade livstid men inga nya byggs. Alltså ett scenario där vi idag i alla nya verksamheter byter till en koldioxidneutral teknik men låter dagens teknik "självdö". När de summerar förväntade kvarvarande utsläpp hamnar de på mellan 282 och 701 miljarder ton koldioxid med ett mittenvärde på 496 Gt CO2. Dessa utsläpp ger upphov till koldioxidnivåer på 395-430 ppm med motsvarande uppvärmning på 1,1 till 1,4 grader över förindustriell temperatur (0,3-0,7 över dagens temperatur). Riktmärket för att ha en god chans att klara tvågradersmålet är 450 ppm. Alltså är det fortfarande möjligt att klara målet utan att ta kostnaderna av att skrota fungerande utrustning. Det är det glädjande budskapet.

A) Koldioxidutsläppen över tiden från de olika källorna, streckade linjer övre och lägre uppskattningar. B) Resulterande koldioxidnivåer

Mindre glädjande är att det inte finns några tecken på att vi slutat projektera och bygga kolkraftverk, bygga fossildrivna bilar eller prospektera efter kol och olja. Det finns heller inget klart alternativ till den fossilbaserade teknologin på global skala. Det finns också en stor infrastruktur kring fossila bränslen och dess maskiner som gör omställningen trög.

I Köpenhamnsdiagnosen beskrevs olika vägar för att nå tvågradersmålet. Och slutsatsen var att globala utsläppen måste nå sitt maximum mellan 2015 0ch 2020 och sedan snabbt minska. De genomsnittliga utsläppen måste minska till under ett ton koldioxid per person till 2050.

Utsläppskurvor för 75% chans att klara tvågradersmålet.

Undersökningen av Davis et al understryker hur stor förändring vi står inför och den korta tid som vi har att spela med. Eller som Martin Hoffert beskriver det i en perspektivartikel:

Davis et al. show that breaking the world’s fossil-fuel addiction will be hard. To create carbon-neutral power sources, we may well need programs with the scale and urgency of the Manhattan atom bomb project. One goal should be to develop technologies that can first meet the terawatt challenge, and eventually provide 30 carbon-neutral terawatts of power by mid-century; perhaps 10 TW each of primary power from “clean coal” and from nuclear and renewable technologies. Without these alternatives to fossil fuels, the ageout scenario painted by Davis et al. evokes Havana after the 1959 Cuban Revolution: no new cars, only constantly repaired but still running old Chevys in the streets, as a beautiful old city crumbles around them.

Ger mer koldioxid i atmosfären högre primärproduktion?

En kanske inte så mysig fredagsmys...



Den vetenskapliga artikeln är publicerad i Science.

Artikel från NASA om studien

Se även artikel i DN

Antropogen temperaturökning under 1900-talet

Att globala medeltemperaturen stigit 0,7-0,8 grader under 1900-talet är idag ställt utom varje rimligt tvivel (se tex här). Men hur stor del är på grund av mänsklig aktivitet?


För att kunna svara på frågan måste vi ta reda på hur temperaturen skulle utvecklats utan mänsklig påverkan.

De viktigaste naturliga faktorerna är förändringar i solinstrålning och kylning på grund av vulkanism. De viktigaste antropogena faktorerna är utsläpp av koldioxid och andra växthusgaser, utsläpp av kylande (svaveldioxid) och värmande (sot) aerosoler, avskogning samt förändringar av ozonförekomst¹. Nedanstående figur visar hur påverkan från dessa faktorer bedöms ha förändrats under förra seklet.
Förutom dessa påverkningar måste man ta hänsyn till återkopplingar i klimatsystemet som tex. mängden vattenånga i atmosfären och is/snötäcke. För att göra detta behöver vi en modell av hur klimatet fungerar. (Det är alldeles för komplicerat för att beräkna på en servett.)

Så vad blir resultatet om vi använder moderna klimatmodeller och jämför temperaturutvecklingen under 1900-talet med och utan mänsklig påverkan. Svaret kan vi tex. återfinna i senaste IPCC-rapporten.

a) Med både naturlig och mänsklig påverkan. b) Med bara naturlig påverkan. Svart kurva observerad temperaturutveckling. IPCC AR4 WG1 ch. 9 fig. 9-5

Resultaten från modellberäkningar visar att antropogena faktorer står för mellan 85 och 115 % av den observerade temperaturhöjningen under förra seklet². Det är alltså helt korrekt att beskriva 1900-talets uppvärmning som ett resultat av mänsklig aktivitet framför allt i form av förbränning av fossila bränslen.

________________________________

1) Mänsklig aktivitet har inte bara tunnat ut ozonskiktet i stratosfären utan även ökat mängden marknära ozon. Ozon är en växthusgas så ökningen av marknära ozon bidrar till temperaturökningen. En annan klimateffekt av marknära ozon som uppmärksammats på senare tid är indirekt påverkan genom dess skadlighet för växter.

2) Se även om koldioxidens andel i uppvärmningen här

Figur 1: Källa

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.