10 okt. 2013

Återkopplingen från vattenånga


 Satellitbild över jorden tagen i ett av vattenångans absorptionsband. NOAA

Grundläggande teori

Över en vattenyta finns ett jämviktstryck för vattenånga då lika mycket vatten avdunstar som kondenseras. Detta kallas vattenångans mättningstryck. Ju varmare det är desto större är det trycket. Varm luft kan innehålla mer fukt än kall. Sambandet mellan mättningstryck och temperatur är exponentiellt och beskrivs av Clausius-Clapeyron ekvationen. (Mer detaljerat här)
Mättnadstryckets beroende av temperaturen är inte unik för vattenånga utan motsvarande samband gäller för alla ämnen som kan kondensera (sublimera) vid de temperaturer som är intressanta. Till exempel varierar koldioxidatmosfären på Mars med temperaturen.

 

Observationer av vattenånga i atmosfären

Att mängden vattenånga  i atmosfären följer temperaturen finns det många observationer av. Nedan följer några exempel.

Mättnadstryckets beroende på temperaturen från väderballongdata:

Andel vattenånga vid mättnad för olika temperaturer. Data från NOAA. Wikipedia


Vattenånga i atmosfären 1996-2010 för Europa och Östra centrala stilla havet. Notera årstidsväxlingarna i framför allt Europa:
Tidsserie för vattenånga från satellit-sensorer. ESA GlobVapour Project

Medelmängd vattenånga under 2009:

Medelmängd 2009 från satellit-sensorer. ESA GlobVapour Project

Tidsserier över mängden vattenånga från observationsdata 1970-2009:


Anomali för medelmängd vattenånga från väderstationer. (Berry and Kent endast över hav.)
 NOAA Climate indicators 2009

Vattenångans fördelning i troposfären och dess samband med temperaturen: 

Dessler et al 2008a Övre bilden visar temperaturen vid olika tryck (höjd) vid olika temperatur vid jordytan. Undre visar mängden vattenånga vid olika tyck och yttemperatur. Baserade på AIRS statellitdata.

Observationer av vattenångans växthuseffekt

Vattenånga är en växthusgas och ju mer vattenånga desto större växthuseffekt torde det bli från denna. Då mängden vattenånga i sin tur beror på temperaturen har vi en positiv återkoppling. Denna återkoppling brukar anges i W/m2/K, alltså den förändring av växthuseffekten som vattenångan ger för varje grads temperaturförändring.

Till skillnad från välblandade växthusgaser som koldioxid kommer dock vattenångans växthuseffekt variera  betydlig efter av var i världen och när på året man mäter. Detta leder till större osäkerheter i bestämningen av återkopplingen från vattenånga. Dock finns det ett flertal samstämmiga bestämningar av vattenångans växthuseffekt och återkoppling. Nedan är några exempel:

Diagrammet ovan är från Ramathan och Inamdar vars resultat baseras på satellitobservationer (ERBE). De jämför även med äldre data.

Forster och Collins 2004 använde avkylningen under vulkanen Pinatubos utbrott för att bestämma vattenångans återkoppling. De fann en återkoppling på 1.6 W/m2/K.

Dessler et al 2008b beräknade vattenångans återkoppling från globala temperaturvariationer 2003 till 2008 och satellitdata över mängden vattenånga. De fann en positiv återkoppling på 2,0 W/m2/K.

Philipona et al 2009 fann med data från Schweiz och Tyskland en återkoppling på ca 1,2 W/m2/K över Europa.

För fler artiklar om vattenångans återkoppling se: AGW Observer, papers on water vapor feedback observation 

 

Slutsats

Vattenångans återkoppling har starkt teoretiskt stöd. Att vattenångan varierar som förväntat med temperaturen har starkt stöd i observationer. Att återkopplingen är positiv och i den från teori förväntade storleken har även det gott stöd i analyser baserade på observationer.

År 2010 sammanfattade Andrew Dessler sin syn på forskningen kring vattenångans återkoppling:
If you go back 20 years, there was some credible arguments that maybe there were some holes in our understanding. But over the course of the last 20 years, we’ve really nailed down those potential problems. But for whatever reason, the knowledge that we’ve really solved a lot of these problems hasn’t made it into the public debate.
Lyssna på hela intervjun här
______________

Uppdaterat 13/10 med ytterligare satellitdata.

21 kommentarer:

  1. Äntligen lite höjd på UI !
    Noterar att samtidigt som temperaturen planat ut har vattenångan gjort det.

    SvaraRadera
    Svar
    1. Vi försöker hålla en viss nivå trots problem med en del kommentarer.

      Radera
  2. Figur ett anges som väderballongdata - men vid havsnivå ?!
    Figur 5 anger anomalier i tiondels gram per kg (vatten/luft) där absolutvärdet är i storleksordning 10-20 g/kg. Avvikelserna är ungefär 1% av absolutvärdet. Väderstationer (vid marknivå?)
    Figur 2 Europa visar en trend, svagt ökande, East Pacific visar ingen trendlinje men ögonmåttat svagt sjunkande.
    Hur visar detta på en med CO2 stigande H2O (v) ?
    På Climate4you visas totala vatteninnehållet från 1983-2009 Källa ISCCP med ett annat förlopp.



    SvaraRadera
    Svar
    1. @Bengt
      Figur 5. Ja det stämmer väl med förväntade avvikelsen utifrån temperaturvariationernas storlek.

      Figur 2. Kanske du noterat korelationen med ENSO i East Pacific? Se även Dessler och Wong 2009

      Varifrån har du fått det till att vattenångehalten beror på koldioxidnivån?

      Jo av en märklig slump visar climate4you den enda reanalysen som ger en sjunkande trend i vissa höjder.

      Radera
  3. Om det skulle visa sig att den kommande tioårsperioden visar på en fallande global medeltemperatur samtidigt som CO2 halten ökar skulle det på något sätt påverka er uppfattning avseende återkopplingens storlek och tecken? Under vilka förhållanden skulle ni anse att klimatsystemet är stabilt utan positiva återkopplingsmekanismer och tipping points?

    SvaraRadera
    Svar
    1. Jag försöker följa det bästa vetenskapliga underlaget.

      För övrigt har din kommentar inget med inlägget att göra så den skulle passat bättre i en av de öppna trådarna.

      Radera
    2. Det är märkligt att en så enkel fråga inte resulterar i samma enkla svar. Om en teori falsifieras av experimentella mätningar överger man denna och skapar en ny teori. Svagt, mycket svagt att för någon med utbildning i fysik inte ens kunna svara rätt på grundkurs 1a i naturvetenskaplig utbildning.

      Radera
    3. Det var inte alls en enkel fråga. Här är en lämplig tråd för att fortsätta diskussionen.

      Men för att bedöma återkopplingens tecken så måste men titta på summan av forcings (och summa behöver dessutom vara betydligt skild från 0, att finns det inget att återkoppla på).

      Radera
    4. ...annars finns det inget att återkoppla på

      Radera
    5. Lars, Så du menar att en fallande global medeltemperatur med ökande CO2 halt går att förena med antagandet om en positiv återkoppling mellan vattenånga och CO2?

      Radera
    6. I princip ja, om det finns andra faktorer som kyler av. Och tänk på att positiva återkopplingar också förstärker en fallande global medeltemperatur. De funkar åt båda hållen. (Nu är det i och för sig ett bra tag sedan vi hade en fallande global medeltemperatur.)

      Radera
    7. Lars,
      Nu kan ju i och för sig solen slockna, vi drabbas av en gammablixt, gigantiskt vulkanutbrott, kärnvapenkrig etc vilka också skulle kunna påverka medeltemperaturen men jag förstår att ni är ovilliga att svara på min fråga så låt mig därför omformulera den. Under vilka förhållanden anser ni att antagandet om en positiv återkoppling mellan vattenånga och CO2 är falsifierat av observationer.

      Radera
    8. Då två kommentatörer letar efter en återkoppling mellan koldioxid och vattenånga så vill jag förtydliga. Återkopplingen är mellan temperaturen och mängden vattenånga.oppti noterade detta då hen påpekade att vattenångan ökat långsammare under den tid temperaturen ökat långsammare. Precis som förväntat.

      Radera
  4. @anonym 10:40

    Carls kommentar bestod av två frågor inte en som du påstår. Två luddiga frågor dess utom. Den första frågan är också helt oberoende av den andra. Tex. en anledning till fallande temperatur trots ökad koldioxidhalt skulle kunna vara att vi passerat en (nu okänd) tipping-point av förstärkt eller stabiliserad La Nina-situation med tillhörande större värmeupptag i havet.

    För att utveckla. Om temperaturen närmaste decenniet inte stiger måste vi söka förstå varför. Det kan det bero på tex:
    1 Uppenbara skäl som något rejält vulkanutbrott
    2 Mindre uppenbara skäl men fullt förstådda tex. nedstängning av "ren" kolkraft i EU+USA medan svavelutsläppen från Indien+Kina ökar med fortsatt smutsig kolkraftutbyggnad där.
    3 Oväntade återkopplingar i klimatet tex tipping-pointen nämnt ovan.
    4 Fel i i vår förståelse av klimatsystemet som direkt berör de mer grundläggande teorierna.

    1 och 2 ovan har inget med vår naturvetenskapliga förståelse att göra
    3 Berör behöver inte alls beröra grundläggande förståelse av återkopplingar som vattenånga och är inte alls säkert ett tecken på stabilt klimatsystem.
    4 Är det som kan beröra återkopplingar men ej säkert då det beror i vad vår förståelse brister.

    Så jag står fast vid mitt svar.

    För övrigt finns ingen kurs "grundkurs 1a" inom naturvetenskaplig utbildning. Närmaste är Naturkunskap 1 men den ges bara på de icke naturvetenskapliga utbildningarna.

    SvaraRadera
    Svar
    1. En positiv återkoppling mellan CO2 och vattenånga är ett fundament för att få GCM att prediktera kraftigt ökande temperaturer som funktion av CO2. För varje grad som den globala medeltemperaturen ökar i GCM-körningar står 3/4 av ökning av de effekter som ökande andel vattenånga har på medeltemperaturen. Endast 1/4 kommer från CO2. Jag får väl konstatera att ni anser att det inte finns någon observation som kan falsifiera teorin om en positiv återkoppling mellan vattenånga och CO2. Frågan är då hur ert ställningstagande skiljer sig från en religiös tro.

      PS. Kommentaren grundkurs 1a avser att påpeka att något är rudimentärt. Bra att veta nästa gång du hör det. DS.

      Radera
    2. Grundkurs 1a: Återkopplingen är mellan temperatur och mängden vattenånga.

      Radera
    3. " Frågan är då hur ert ställningstagande skiljer sig från en religiös tro."

      Anonym, din kombination av arrogans och ignorans är verkligen plågsam att bevittna.

      Om temperaturen generellt förändras lite vid förändringar av forcings (t ex CO2, solen, vulkaner) och har låg intern variabilitet (t ex havsströmmar), så tyder det på att negativa återkopplingar dominerar.

      Om temperaturen generellt förändras mycket vid förändringar av forcings och har hög intern variabilitet, så tyder det på att positiva återkopplingar dominerar.

      Det finns praktiskt taget ingenting som tyder på det förstnämnda. Det finns massor av evidens för det sistnämnda. Även studier som kommer fram till väldigt låga värden tenderar att hamna på runt 2 grader för en förändring i forcings motsvarande en fördubbling av CO2. Det motsvarar en fördubbling av effekten den ursprungliga forcingen, dvs en betydande positivt återkoppling.

      Radera
  5. Lars, frågan var alltså; Under vilka förhållanden anser ni att antagandet om en positiv återkoppling mellan vattenånga och CO2 är falsifierat av observationer? Ska vi hålla oss till den är du snäll och undvik gärna invektiven också så blir diskursen så mycket trevligare.

    SvaraRadera
    Svar
    1. Det finns enligt vad jag vet inget stöd för en "positiv återkoppling mellan vattenånga och CO2".
      Nu lägger vi ner denna meningslösa diskussion. Uppenbarligen vet du inte vad du pratar om och bryr dig inte om att ta reda på det heller.
      Återkom när du läst på.

      Radera
    2. Jag kan bara hålla med Anders M. Jag har besvarat din fråga alldeles ovanför din sista kommentar, och som Anders har påpekat så handlar inte positiva återkopplingar enbart om CO2, utan har att göra med förändringar av temperaturen oavsett vad som orsakar dessa förändringar.

      Anonym, jag tror inte att du argumenterar i "god tro", så vi lägger ner nu.

      Radera

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