Temperaturen stiger medan luftfuktigheten minskar – eller?

Gästinlägg av professor Mats Almgren

Det brukar hävdas att i förvillarkretsar att det enda man vet om en effekt av en höjning av koldioxidhalten är att en dubbling av den skulle ge en temperaturökning med ungefär 1,2 grader. Detta är den direkta effekten, vilken inte brukar förnekas. Men att det därutöver skulle finnas återkopplingar som förstärker temperaturhöjningen till någonstans mellan 1,5 och 4 grader, är något som ivrigt bestrids. Det är speciellt återkopplingen från vattenånga vid en ökning av temperaturen som anses vara ett påfund av alarmister, helt utan verklighetsförankring. Ibland sägs det t.o.m. att luftfuktigheten har gått ner när temperaturen ökat. Ett exempel på detta sågs nyligen i ett inlägg på Stockholms initiativets blogg, där den mångkunnige, men ofta något selektive, signaturen tty skrev följande:

Flera av antaganden som ”förstärkningsteorin” bygger på kan förresten lätt motbevisas. Så brukar man t ex ofta utgå från att den relativa fuktigheten ska förbli konstant vid stigande temperatur. Så fungerar klimatet dock inte i verkligheten: Titta på denna vädermodell, skulle relativa fuktigheten vara temperaturoberoende borde färgen i medeltal vara densamma från pol till ekvator: https://earth.nullschool.net/#current/wind/surface/level/overlay=relative_humidity/orthographic=-58.28,89.70,296/loc=23.251,5.758

Jag måste erkänna att jag inte förstår hur ty menar att denna bild av globen skall läsas. Den relativa fuktigheten är kodad i färger, men hur förklaras inte. Och hur menar tty att man ska bedöma ”medeltalet” av färgerna? Ska man inte också försöka bilda sig en uppfattning om medelvärdet över året? Det blir lite svårt. Det intryck jag fick, när jag tittade, var att relativa fuktigheten var relativt jämn över hav, men varierade och var mestadels relativt låg över land. Så denna glob gav föga upplysning. 

Jag sökte då istället på nätet och fann bl.a. följande:

Den bilden visar hur specifika fuktigheten nära ytan varierade över klotet år 2013, som avvikelse från medelvärdena under 1981-2010. Man kan se att det förmodligen totalt var något våtare under 2013 än under jämförelseperioden, men att det över land på många håll var torrare. Detta visas klarare i följande figur, från samma källa, som visar hur relativa fuktigheten över land (åter nära ytan) varierar med tiden. Här ser man en klar minskning mot slutet, när temperaturen har stigit. Kanske det är sådana resultat som förvillat förvillarna?

Men observera att detta gäller fuktigheten strax över jordytan. Det finns en hel atmosfär ovanför detta skikt. Att relativa fuktigheten nära marken kan minska när ytan värms upp kan åtminstone delvis förklaras av att fukten till största delen kommer in över land från hav, och över hav ändras fuktigheten med vattenytans temperatur. När nu landytan värms snabbare än havet, och fukthalten följer havstemperaturen, så blir det en minskning av den relativa fuktigheten över land.

Hur är det då i resten av atmosfären? Det vi behöver ha reda på är hur den totala mängden vattenånga har varierat. Det som brukar hävdas av meteorologer (t.ex. av Lennart Bengtsson) är att fuktigheten ökar med ca 7% för en grads temperaturhöjning. Det är den ökning av vattenångans jämviktstryck som följer av Clausius-Clapeyrons ekvation vid nuvarande medeltemperaturer. Det innebär då att relativa fuktigheten i medeltal över hela atmosfären skulle hålla sig ungefär konstant. Arrhenius antog i sina beräkningar i slutet på 1800-talet att så var fallet, som en medveten första approximation. I nutidens avancerade klimatmodeller görs inga sådana antaganden, men att det är så följer ur resultaten. Klimatmodellerna är dock inte att lita på i allt, och det borde gå att finna mätdata som belyser saken.

Jag har dock inte lyckats hitta några lättillgängliga dataserier eller grafer över sådana mätresultat. Så jag valde därför att titta på vad reanalysprodukterna säger. Som jag framhöll i en tidigare post, så är styrkan med dessa just att man kan få ut den information man behöver (om man vet hur man ska hantera dem). Lyckligtvis finns en site http://cci-reanalyzer.org/Reanalysis_monthly/tseries.php där man kan få ut tidsserier av bl.a. ”precipitable water” som är allt vatten i gasform som finns i en kolumn från jordytan och upp till stratosfären. Man kan välja mellan en rad olika reanalysprodukter.

I figuren har jag valt precipitable water från medelvärdena av fyra tredje generationens reanalysprodukter under tiden 1979-2012. Man kan alternativt titta på resultaten av de enskilda produkterna. De skiljer sig åt ganska mycket, men samtliga ger en ökande trend.

Det är ju helt klart att mängden vattenånga i atmosfären har ökat, med ungefär 4,3 % från 1980 till 2010. Under samma tid har temperaturen alldeles över ytan, enligt samma samling av reanalysprodukter, ökat med ungefär 0,42 grader. Det skulle betyda att vattenångan ökat med ca 10% per grad, vilket då är något mer än vad Clausius-Clapeyrons lag förutspår för jämviktstrycket. Men man kan nog inte vänta sig någon god numerisk överensstämmelse. Både temperaturer och värdena på precipitable water varierar mycket mellan de olika reanalyserna.

Slutsatsen är emellertid att mängden vattenånga i atmosfären har ökat med temperaturökningen, så som man har all anledning att förvänta sig, och att återkopplingen från vattenångan då också är en realitet. Det finns andra återkopplingar, och andra forcings, som är betydligt mer osäkra.

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

Vari börjar det som vi inte är överens om?

För att kunna sätta mig in i var i klimatdebatten det uppstår fnurror,

och för att man eventuellt, utopiskt, skulle kunna börja från punkterna man är överens om - ett trasslig uppgift, men ett försök kan man i alla fall kosta på sig - och utreda vidare därifrån, så tänkte jag gå tillbaka till pionjärerna inom uppvärmningsteorier, nämligen Joseph Fourier, Svante Arrhenius, John Tyndall, etc.... Ni klimatskeptiker verkar, så vitt jag läst i artiklar och bloggar, inte ha något speciellt emot dessa herrar, rent av hyser ni nog respekt för dem, jämfört med känslorna gentemot nutida forskare; beror detta på att ni accepterar de förras huvudteser?

Här kommer punkterna jag undrar kring (vissa av dem väldigt elementära, jag är inte ute efter att förolämpa någon läsares intellekt, eller att skämta, utan är genuint förvirrad kring vilka detaljer vi faktiskt är överens om):


1. Det finns en del gaser i atmosfären som ger växthuseffekt, dvs som hindrar värmeenergin från solens strålar att omedelbart lämna jorden. Vattenångan är den starkaste. Den har allra starkast värmestrålnings-absorptionsförmåga. Andra växthusgaser är koldioxid, kväveoxid, metan, etc...Utav dessa har koldioxiden högst koncentration i atmosfären.

2. Med ökad temperatur, ökar vattenångans mättnadstryck

3. Det finns positiva återkopplingar i atmosfären och på jordytan. En uppvärmning orsakad av en stor koldioxid-halt-ökning höjer temperaturen och höjer vattenångans mättnadstryck, vilket gör att luften kan fyllas med mer vattenånga, vilket gör att ännu mer infraröd strålning kan absorberas. En temperaturhöjning frigör mer koldioxid till luften.

4. Det sker hela tiden en värmeutjämning i atmosfären.
De övre/översta lagren är kallare och avger inte värme (utåt mot rymden) lika snabbt som de varmare nedre lagren har kapacitet att göra.


Jag skulle uppskatta ifall varje kommentator ville beröra alla fyra punkterna, om så bara med ett litet 'ja', på dem ni är överens om. Och helst en motivering på dem ni protesterar mot. I annat fall antar jag att den/de punkter en kommentator inte nämner invändningar mot, är försanthållna av vederbörande.


mvh
/Cecilia


Dagen: Hopp trots klimatkris

Klimatkänslighet och vattenånga

Hur stor är den ökning av global medeltemperatur som kan förväntas om koldioxidkoncentrationen fördubblas jämfört med förindustriell nivå? Det här är en central fråga inom både forskningen och den populära debatten om klimatförändringarna. Om man antar att det bara är temperaturen som ändras medan alla andra faktorer (atmosfärens sammansättning, jordytans reflektion mm., mm.) blir temperaturändringen ungefär en grad. Inte så himla farligt, kan man kanske tycka, även fast en sådan modest temperaturökning kan ha reella återverkningar.

I verkligheten påverkas förstås hela klimatsystemet av en temperaturhöjning. Dessa effekter kan i sig ha klimatpåverkan. Till exempel, om havsis smälter och ersätts av vatten kommer absorptionen av solljus att öka, helt enkelt därför att vatten är mörkare än is. Sådana återkopplingar kan antingen förstärka eller dämpa temperaturökningen. Pga. återkopplingarna förväntas en temperaturökning på ungefär 3 grader istället (IPCC).

En av de viktigaste återkopplingarna är vattenånga, som står för uppskattningsvis 60% av den "naturliga" växthuseffekten. När det blir varmare, kan mängden vattenånga i atmosfären öka vilket förstärker växthuseffekten. Den relativa luftfuktigheten håller sig hyfsat konstant, och den absoluta luftfuktigheten ökar. Så lyder den rådande teorin.

Vissa sk. klimatskeptiker tycks anse att data från Aqua-satelliten motbevisar teorin, men jag har aldrig sett data eller några referenser till vetenskapliga artiklar. (Om någon läsare vet något jag missat får ni gärna kommentera.) Deras argument verkar vara att absoluta luftfuktigheten inte ökat på sedan 2002, då Aqua sköts upp. Som ni säkert vet är sex år alldeles för lite för att dra slusatser om långsiktiga trender, så det argumentet faller platt till marken.

I en ny artikel i Geophysical Research Letters använder Dessler et al. fluktuationer i data från Aqua tillsammans med temperaturdata för att empiriskt bestämma hur stor återkopplingen från vattenångan är. Slutsatsen i artikeln är att vattenånga verkligen utgör en positiv återkoppling i klimatsystemet.