En enkel vei til endelig og utvetydig falsifikasjon av AGW-hypotesen.

[Okular]

Man kan lure på hvorfor vi fortsatt diskuterer hvorvidt AGW ('en forsterket drivhuseffekt') har drevet den globale oppvarmingen siden 70-tallet eller ikke.

Når det jo finnes en utrolig grei måte å finne ut av det på.

Rett og slett en test av teorien mot empiri (observasjonelle data fra den virkelige verden), gjennom hvilken AGW-hypotesen utvetydig vil kunne falsifiseres. Slik som alle hypoteser om hvordan (aspekter av) verden fungerer ifølge den vitenskapelige metode må kunne.

En slik endelig test har vært tilsynelatende fraværende fram til nå. Man har alltid kunnet vri seg unna.

Men her er den altså ...

Det er snakk om et helt elementært resonnement, uten noe hokus pokus, basert på helt fundamentale fysiske sammenhenger, som jeg regner med at alle kan følge. At ingen (så vidt meg bekjent) har påpekt disse sammenhengenes potensial tidligere finner jeg faktisk nesten påfallende ...


-> -> ->


Et legeme med en temperatur over 0 K vil ha en varmefluks INN (tilførsel av varme) og en varmefluks UT (utførsel av varme, varmetap).


(http://earthobservatory.nasa.gov/Features/EnergyBalance/page5.php)

Er legemet i termodynamisk likevekt med sine omgivelser, vil fluksen INN balansere fluksen UT akkurat.

For å endre på temperaturen til legemet over må man gjøre minst én av to ting:

# Man kan øke varmefluksen INN, altså tilførselen av varme,

eller

# man kan minske varmefluksen UT, altså redusere varmetapet.

La oss så se på jordas overflate. Det er et 'legeme' med en snittemperatur på +15C eller 288K.

La oss anta at jordas overflate i utgangspunktet er i termodynamisk likevekt (det vil den i realiteten aldri være 100%). Dvs, temperaturen er konstant, varmefluksen INN (~165 W/m^2 ifølge den nye Stephens et al. 2012-studien) er akkurat like stor som varmefluksen UT, altså det totale varmetapet fra overflate til omgivelser (i vårt tilfelle, atmosfæren). Jordoverflatens totale varmetap får man om man summerer andelene fra latent varmeoverføring (fordampning), konduktiv varmeoverføring (ledning) og netto termisk utstråling (IR).

Hva må så til for å øke overflatens temperatur?

Det finnes, som allerede nevnt, to måter:

1) Varmetilførselen fra oven må øke,

eller

2) varmetapet fra overflaten må bremses.

Dette er to distinkt forskjellige måter å avstedkomme oppvarming på.

Ved 1) varmes overflaten opp direkte, ved at varmefluksen INN blir større (mens varmefluksen UT forblir uendret).

Ved 2), derimot, varmes overflaten opp indirekte, for her tilføres den ikke mer varme, den mister mindre av varmen den mottar per tidsenhet, og følgelig hoper varmen fra varmefluksen INN (som i seg selv i dette scenariet er konstant) seg opp.

Denne distinksjonen er svært viktig å få med seg.

Vi har altså da to måter å varme opp jordoverflaten på:

1) er sol-måten.
2) er atmosfære-måten.

Hvorfor?

Ganske enkelt pga. termodynamikkens 2. lov, som sier at varme mellom to legemer i termisk kontakt alltid vil gå fra det varmere til det kaldere legemet. Dette skyldes at et system alltid vil søke mot den høyeste mulige entropien. Den høyeste mulige entropien for et system oppnås ved termodynamisk likevekt. Og for et system som rommer to legemer ved ulik temperatur, vil dette nødvendigvis bety at varme må overføres fra det varmere til det kaldere legemet. Dette skjer helt spontant og er irreversibelt i naturen.

Her er den fysiske definisjonen på 'varme': "Heat in physics is defined as energy transferred by thermal interactions. Heat flows spontaneously from systems of higher temperature to systems of lower temperature. When two systems come into thermal contact, they EXCHANGE ENERGY through the microscopic interactions of their particles. When the systems are at different temperatures, the result is a spontaneous NET FLOW OF ENERGY from higher to lower temperature, so that the higher temperature decreases and the lower increases. This continues until the temperatures are equal. At that point the net flow of energy is zero, and the systems are said to be in thermal equilibrium. Spontaneous heat transfer is an irreversible process."

Sola er varmere enn jordoverflaten. Den KAN følgelig overføre varme dit. Og gjør det. Det er herfra varmefluksen INN til overflaten (og jordsystemet som helhet) kommer.

Atmosfæren er kaldere enn jordoverflaten. Den kan IKKE overføre varme dit. Den overfører selvfølgelig kontinuerlig ENERGI til overflaten. Men IKKE varme. (Dette er viktig å skille mellom. Varme er som dere så en NETTO overføring av energi, et overskudd som alltid bringes fra et varmere til et kaldere legeme, aldri motsatt vei.) Det ville ha gått imot varmefluksen UT fra overflaten, som er den netto energifluksen utvekslingen av energi mellom overflate og atmosfære resulterer i (OPP minus NED).

Som en kan se, er dette to strikt avgrensede termodynamiske mekanismer. Sola vil kun kunne endre overflatetemperaturen direkte. Atmosfæren vil kun kunne endre overflatetemperaturen indirekte (ved å dempe varmetapet).

Og denne kunnskapen gir oss et redskap til å bestemme om oppvarming av jordoverflaten har foregått direkte (via sola) eller indirekte (via atmosfæren).

Vi har to mulige scenarier her:

a) Øker solinnstrålingen, vil jordas overflate varmes opp direkte. Da vil altså temperaturen øke først. Og DERETTER vil varmetapet begynne å øke. For å ta igjen. Det vil øke helt til varmegapet er lukket (varme INN+ <-> varme UT) og balansen er gjenopprettet.

b) Øker atmosfærepådrivet, f.eks. ved økning av den optiske dybden for IR-stråling gjennom et stigende innhold av såkalte 'drivhusgasser', vil jordas overflate varmes opp indirekte. Da vil altså varmetapet minskes først, og DERETTER vil temperaturen begynne å stige. Den vil stige helt til varmegapet er lukket (varme INN <-> varme UT–) og balansen er gjenopprettet.

Som en kan se av dette er det hele tida snakk om en forsinkelse mellom pådriv og respons. I solpådrivets tilfelle øker først temperaturen, deretter varmetapet. I atmosfærepådrivets tilfelle minsker først varmetapet, deretter øker temperaturen.

Responsens etterslep avhenger av pådrivets økningstakt. Ved store endringer i pådriv over relativt kort tid vil forsinkelsen være påtakelig og varmegapet vil måtte tettes sakte, men sikkert, fordi det er så stort og/eller øker/har økt så fort. Ved bittesmå, gradvise/inkrementelle endringer i pådriv vil forsinkelsen på det nærmeste ikke være skjelnbar; varmegapet rekker å tettes nesten med en gang, fordi det er så lite og øker så sakte - se øverste (A) kontra de to nederste (C og D) diagrammene her:


(Fra 'Earth's Climate Past and Future' (W.F. Ruddiman, 2000).)


Uansett, på dette tidspunktet tror jeg alle har skjønt hva en skal se etter.

Se igjen på punkt a) og b) over.

Ved direkte oppvarming av overflaten (sola) ser situasjonen slik ut: varme INN+ <-> varme UT. Da er varmetapet nødt til å øke fra den opprinnelige likevektstakten for å balansere det økte INN.

Ved indirekte oppvarming (atmosfæren) ser situasjonen slik ut: varme INN <-> varme UT–. Da er varmetapet nødt til å øke tilbake opp til den opprinnelige likevektstakten for å bøte på det minskede UT.

Jordoverflatens totale varmetap (varme-/netto energifluks UT) kan altså under oppvarming observeres i tilfellet:

Sola - å enten forbli uendret (svært gradvis økning i pådriv) eller ØKE;

i tilfellet

Atmosfæren - å enten forbli uendret (svært gradvis økning i pådriv) eller MINSKE.

I tilfellet sola kan det totale varmetapet fra jordoverflaten IKKE observeres å MINSKE under oppvarming.

I tilfellet atmosfæren kan det totale varmetapet fra jordoverflaten IKKE observeres å ØKE under oppvarming.


Så der har vi den. Testen.

Har det totale varmetapet (fordampning+ledning+netto utstråling) fra jordas overflate blitt større eller mindre under den observerte globale oppvarmingen siden 70-tallet?

Er det sola eller atmosfæren som har stått bak?


Proksier som kan støtte oppunder direkte observasjoner er bl.a.: temperaturtrend i luftlaget like over overflaten kontra hos overflaten selv siden slutten av 70-tallet; OLR ved TOA siden slutten av 70-tallet; trend i dyp konveksjon, nedbør, luftfuktighet, generell vannsyklus og atmosfærisk sirkulasjon siden slutten av 70-tallet.

[Okular]

Tillegg: CLAUSIUS-CLAPEYRON

Clausius-Clapeyron-likningen sier noe om forholdet mellom en væskes temperatur og damptrykket dens. Jo høyere temperatur, jo høyere damptrykk.



Noe som forenklet kan omformuleres som: 'Jo høyere temperatur, jo større grad av fordampning.' Vann har et vanndamptrykk på 1 atm ved 373K, noe som betyr at ved 100C utlikner vanndamptrykket atmosfæretrykket ved havnivå og vannet koker (trykket OPP fra vanndampen er like stort som trykket NED fra atmosfæren). Det betyr ikke at det ikke fordampes fra vannets overflate også før dette nivået nås. Graden av fordampning vil imidlertid alltid være relativ til atmosfæretrykket over vannoverflaten - større fordampningstakt ved samme temperatur med lavere atmosfæretrykk. Dette ses f.eks. ved at vann koker ved lavere temperatur på høye fjell hvor lufttrykket er lavere enn ved havnivå.

Fordampningstakten bestemmes altså av væskens temperatur og av atmosfæretrykket over den.

Clausius-Clapeyron sier også, i forlengelsen av dette, noe om hvor mye vanndamp en viss mengde med luft kan romme ved en gitt temperatur og et gitt trykk før metning nås.

Men merk, man sier kan, ikke må. Det er ikke slik at en mengde med luft må inneholde så og så mye vanndamp ved en viss temperatur. Den har potensialet til å romme så og så mye vanndamp. Det er imidlertid andre faktorer som bestemmer hvor mye vanndamp luftmengden faktisk rommer.

Og akkurat her oppstår mye forvirring. Det virker som om AGW'erne tror at dersom atmosfæren blir varmere, så vil den automatisk 'suge' til seg mer vann fra havene, som så blir en positiv feedback til den atmosfæriske oppvarmingen.

Dette er selvsagt å se årsakssammenhengene fra helt feil ende. Clausius-Clapeyron-likningen sier helt klart at det er væskens temperatur som er interessant. Det er væskens temperatur som bestemmer hvor mye vanndamp som vil avgis.

M.a.o., det er global SST som bestemmer hvor mye vanndamp som skal avgis til troposfæren, IKKE den troposfæriske temperaturen.

Nei, snarere har vi følgende årsaksrekke:
SST stiger -> fordampningen øker -> latent varme overføres til troposfæren, frigis ved kondensasjon/nedbør -> troposfæretemperaturene stiger.

Fordampning fra havene er en negativ feedback til oppvarming av overflaten, ikke en positiv feedback til oppvarming av troposfæren. Det er snarere faktisk fordampninga selv fra havoverflaten som ved kondensasjon forårsaker oppvarminga av troposfæren i utgangspunktet.

Nei, som dere husker fra første innlegg. Den eneste måten atmosfæren kan få i stand en oppvarming av jordas overflate på, er ved å bremse varmetapet. Dersom varmetapet fra overflaten øker forbi den opprinnelige likevektsverdien, stopper den atmosfæriske oppvarmingsprosessen opp, og vi får nedkjøling av overflaten isteden.

Det betyr at en 'forsterket drivhuseffekt' vil måtte bremse fordampningstakten snarere enn å akselerere den. Ellers fungerer den ikke.

[Bebben]

Interessante poster, Okular.

En kommentar til NASA-diagrammet i den første posten:

Dette er estimerte gjennomsnitt for jorden. Et slikt diagram kan lett misforstås, fordi det ikke er noe fast forhold mellom fordampning, konveksjon og stråling - altså ingen lovmessighet som tilsier noen bestemt prosentvis fordeling slik man feilaktig kan ledes til å tro av diagrammet.

Ved en liten forstyrrelse i systemet i form av økt "opasitet" for IR-stråling på grunn av økt CO2, og dermed en reduksjon av netto utgående stråling, kan med andre ord temperaturgradienten ("lapse rate") oppover i atmosfæren lett opprettholdes ved en liten økning i den latente varmen fra fordampningen eller i følbar varme, altså konveksjon.

(For eventuelle uinnvidde - og som repetisjon for meg selv - så er fuktig luft lettere enn tørr luft (H2O har lavere vekt enn doble oksygenmolekyler (O2) og doble nitrogenmolekyler (N2), som er mesteparten av atmosfæren) og stiger derfor til værs. Varmen er "latent" og ikke følbar, fordi den har gått med til å gjøre om vann til damp. Når fuktigheten kondenserer, altså blir til vann igjen, høyere oppe i atmosfæren, frigis denne varmen. Konveksjon er mekanisk blanding av luftmasser, og også varm luft er lettere enn kald luft og stiger til værs.)

Men dersom temperaturgradienten enkelt kan opprettholdes ved at konveksjon og latent varme kompenserer for litt større IR-opasitet, vil ikke tropopausen heves, og et sentralt argument i denne varianten av drivhusteoriene... skal vi si, fordamper. 

[Jostemikk]

Genialt enkelt, Okular. For ikke å foregripe begivenhetenes gang, skal du avsløre datagrunnlaget selv, eller har du mest oppfordret til at hver og en skal se etter disse dataene og konkludere selv?

Jeg oppfordrer deg å sende dette stoffet til Roy Spencer. Selv om han har en akademisk hissighet i seg, hvilket du også har, vil jeg anta at han er ærlig som noen, og ikke minst, han har i mange år hatt tilgang til mengder av NASA-data og annet som nok ikke er allverdens tilgjengelig for andre.

Når det gjelder tidspunktene for bakkeoppvarming først, deretter en økning i LW/TOA så er serien ørlite grøtet og forstyrret av andre fenomen, men dette er jo den globale serien:



Dette er jo en herlig høna eller egget-variant, men jeg er ikke i stand til å avgjøre hva som kom først ut fra denne. Sett bort fra et par-tre vulkanutbrudd som lager surr, er dette en rimelig flat trend helt fram til en kraftig økning i utgående LW i forbindelse med ENSO-hendelsen i 1997-1997. Etter dette trinnskiftet har det vært jevnt høyere utgående.

Vanskelig å se annet enn at havet allerede hadde mottatt soloppvarmingen lenge før økningen i LW/TOA skjedde. Skulle havet vært varmet av økt "tilbakestråling" grunnet økning i "drivhusgasser" ville vi i en ganske lang periode sett en reduksjon i utgående LW. Nå er ERBS-dataene ikke særlig langvarige, men det skal godt la seg gjøre å finne grunnlag i de dataene som tross alt finnes til annet enn å blåse hele AGW-eventyret ut i ytre verdensrom.

[Jostemikk]

Her er litt om dataene for SW- og LW/TOA. Forskjellige prosjekter, og en hel haug med revideringer.

http://eosweb.larc.nasa.gov/PRODOCS/erbe/quality_summaries/s10n_wfov/erbe_s10n_wfov_nf_sf_erbs_edition3.html

http://web.archive.org/web/20130304060638/http://eosweb.larc.nasa.gov/PRODOCS/erbe/quality_summaries/s10n_wfov/erbe_s10n_wfov_nf_sf_erbs_edition3.html

[stjakobs]

Det kommer nok et lite tillegg i varmetilførselen, men dette tillegget er vel noenlunde konstant, så det burde ikke ha noen innvirkning på totalresultatet. Jorda har en kjerne som sender ut varme. Så vidt jeg skjønner, er imidlertid denne varmetilførselen relativt neglisjerbar i forhold til solinnstrålingen.


Jeg bare nevner det.

[Amatør1]

Applaus, Okular! Dette er meget godt formulert, åpenbart etter grundige studier og overveielser. Dette er første gang jeg kan huske å ha sett noen beskrive en empirisk test for falsifisering av AGW.

Meget prisverdig. Hadde det ikke vært for at Nobelprisen har falt så veldig i prestisje, ville jeg foreslått deg 

[stjakobs]

Fredsprisen?

Merkelig!

[Okular]

En kommentar til NASA-diagrammet i den første posten:

Dette er estimerte gjennomsnitt for jorden. Et slikt diagram kan lett misforstås, fordi det ikke er noe fast forhold mellom fordampning, konveksjon og stråling - altså ingen lovmessighet som tilsier noen bestemt prosentvis fordeling slik man feilaktig kan ledes til å tro av diagrammet.

Meningen med figuren var egentlig bare å illustrere at varmefluks INN (tilnærmet) balanserer varmefluks UT, som jeg skrev like i forkant. Det var strengt tatt et litt vilkårlig valg.

Men du har for så vidt rett. Fordelingen mellom de ulike varmeoverføringsmekanismene er svært forskjellig over f.eks. kontinentale ørkenområder og tropiske hav. Like fullt, samlet holder de alltid noenlunde balansen med innkommende.

Men dersom temperaturgradienten enkelt kan opprettholdes ved at konveksjon og latent varme kompenserer for litt større IR-opasitet, vil ikke tropopausen heves, og et sentralt argument i denne varianten av drivhusteoriene... skal vi si, fordamper. 

Det er altså enda enklere enn som så. Dersom man i de observasjonelle data finner at jordas totale varmetap har økt siden 70-tallet, så vil det si at det er sola som har stått for det økende energiinnholdet i jordsystemet, ikke en 'forsterket drivhuseffekt'. Case closed. Trenger ikke å kjekle noe mer. Det er over og ut.

Det som er glimrende med denne testen (for svaret er jo temmelig innlysende) er hvor godt den passer sammen med hele ENSO-forklaringen, med (de temmelig entydige) resultatene fra ERA Interim som jeg presenterte, med Joe Postmas og nå sist E.M. Smiths framstilling av hvordan forholdet sol-jord/overflate-troposfære-stratosfære egentlig fungerer.

[Amateur2]

Dette var godt å lese! 

Nesten som jeg skulle sagt det selv. 
Er det ikke det man sier når noen andre har formulert elegant, enkelt og rett fram, de tåkete tankene man selv har plundret med i lange tider ...

[Okular]

For ikke å foregripe begivenhetenes gang, skal du avsløre datagrunnlaget selv, eller har du mest oppfordret til at hver og en skal se etter disse dataene og konkludere selv?

Egentlig det siste. Men sjekk ERA Interim-resultatene igjen. De tegner et klart og, etter min mening, svært plausibelt bilde av den virkelige situasjonen. Samt, som du allerede har begynt med, OLR ved TOA. ERBE/CERES, ISCCP-FD og HIRS viser alle entydig stigende OLR ved TOA fra 80-tallet til 2000-tallet, antydningsvis i to trinn, utflating deretter. Det samme gjør reanalysene (som NCAR/NCEP) og NOAA Interpolated OLR.

Jeg viste dessuten (i forbindelse med ERA Interim) ICOADS SST vs. ICOADS Tair, havoverflatetemperaturen versus temperaturen i luftlaget like over den samme havoverflaten i Stillehavet og i Nord-Atlanteren. Med forbehold om datasettenes sikkerhetsmarginer og generelle troverdighet, så klart, så viser trendene sammenstilt klart og tydelig at temperaturgradienten mellom overflate og tilstøtende luftlag har økt, ikke minket, siden 1979, noe som tilsier økt varmetap fra overflaten (sjekk gjerne globalt også, det samme forholdet gjelder). Atmosfæren kan ikke være driveren.

Ellers er jo alle skjønt enige om, uten at jeg har de definitive dataene framfor meg, at vannsyklusen (dyp konveksjon, fordampningsrate, spesifikk luftfuktighet, nedbør osv.) har blitt styrket siden midten av 70-tallet, noe som henger godt ihop med den tretrinns økningen i SSTA vi har sett siden da. Styrket vannsyklus er jo et symptom på et verdenshav som trenger å øke sitt varmetap.

Jeg tror AGW-menigheten skal få jobbe hardt med å snu saken sin rundt 180 grader og heller hevde svekket vannsyklus over de siste 35 år istedenfor styrket. Det var liksom denne positive feedback-historien som de har satset så høyt på så lenge ...

Jeg oppfordrer deg å sende dette stoffet til Roy Spencer.

Ikke noe dumt forslag i det hele tatt. Jeg vurderer kanskje Judith Curry også. Og for så vidt Richard Lindzen. Det skader jo ikke å sende en mail, i hvert fall. Svarer de ikke så, vel ...

Vanskelig å se annet enn at havet allerede hadde mottatt soloppvarmingen lenge før økningen i LW/TOA skjedde.

Tror vi kan være nokså sikre på at oppvarmingen ved overflaten skjedde først, ja, med OLR-signalet ved TOA etterfølgende.

[Jostemikk]

Dette er enestående, Okular. Det er dessuten forklart så forbannet enkelt. Vi har jo pekt på halve såga tidligere i og med at vi har sett at dataene forteller om nedkjøling i LW og oppvarming i SW.

Jeg kan rett og slett ikke skjønne annet enn at dette er spikeren i kista. Jeg mener det virkelig. Den er slått til bunns med et eneste, knallhardt slag.

Dette klarer ikke AGW-rørsla komme seg bort fra. De kan ro alt de vil, men sannheten vil være mye raskere og treffe dem i panna med et smell der de fossror. Eneste de kan gjøre er egentlig å gjennomføre en totalrevidering av alt som finnes av data.

Jeg tok forresten opp deler av dette på salige AD, og det er det jævligste jeg har sett dumskalle i noen "debatt".

[Okular]

Applaus, Okular! Dette er meget godt formulert, åpenbart etter grundige studier og overveielser. Dette er første gang jeg kan huske å ha sett noen beskrive en empirisk test for falsifisering av AGW.

Meget prisverdig. Hadde det ikke vært for at Nobelprisen har falt så veldig i prestisje, ville jeg foreslått deg 

Det var veldig, Amatør. Takk for det   Så grundige har ikke de studiene vært. Det hele vokste fram og stod klart for meg først ved å gruble på implikasjonene av ERA Interim-resultatene, deretter under den lange og (faktisk) inspirerende diskursen med dumskalle på forskning.no. Jeg følte jeg diskuterte mest med meg selv, men det hjalp faktisk med alle de merkelige forvrengningene han kom med - man fikk liksom sett saken fra ulike perspektiver hele veien ...

Wahl ville ikke kjøpe det han kalte 'umulighetsbeviset' mitt (at observasjon av økt totalt varmetap for den globale jordoverflaten effektivt diskvalifiserer AGW-hypotesens signifikans). Men han gjorde aldri noe forsøk på å forklare hvorfor. Messet bare fram sin troserklæring om 'CO2-drevet global oppvarming'.

[Jostemikk]

Okular, jeg har spurt Wahl direkte flere ganger hva han ikke forstår angående LW/TOA og SW/TOA. Om han ikke synes det er interessant at vi mens CO2-innholdet i atmosfæren har økt som mest har opplevd en nedkjøling i LW, altså økt utstråling i langbølget på TOA, mens satellittene har kunnet fortelle oss om en oppvarming i SW.

Han har konsekvent nektet å svare. Sendte ham faktisk en e-post om dette for ganske lenge siden. Lenge før dette forumet var oppe og gikk. Vi får bare erkjenne at svært mange klimadebattanter aldri har deltatt med ønske om å granske klimafakta. Det er ikke der deres mandat ligger.

[Okular]

Dette klarer ikke AGW-rørsla komme seg bort fra. De kan ro alt de vil, men sannheten vil være mye raskere og treffe dem i panna med et smell der de fossror. Eneste de kan gjøre er egentlig å gjennomføre en totalrevidering av alt som finnes av data.

Jeg tok forresten opp deler av dette på salige AD, og det er det jævligste jeg har sett dumskalle i noen "debatt".

Dumskalle kjører hardt på prinsippet, som jeg faktisk tror hele mainstreamen vil prøve å skjule seg bak, at atmosfæren først bremser varmetapet fra overflaten og at varmetapet deretter, når oppvarmingen først er satt i gang, kan øke så mye det vil. Her kommer jo blant annet hele soga om H2O-feedbacken inn.

De skal ha i både pose og sekk, men snakker så tåkete, unnvikende og lettvint om problematikken, og holder argumentasjonen omkring de to i realiteten innbyrdes utelukkende prosessene så bevisst separert, de skifter standpunkt fra den ene til den andre akkurat som det passer saken deres, at man liksom aldri får trengt til bunns i det.