Langbølget stråling fra jorda

[Okular]

Kunne ha ført denne på Jostemikks tråd om CO₂ = mindre vanndamp, men tenkte den traff litt videre, så da startet jeg en egen

Debattanten la1goa setter i tråden 'Langbølget stråling fra Jorden' på vgd (http://vgd.no/samfunn/miljoe-og-klima/tema/1715314/tittel/langboelget-straaling-fra-jorden) fokus på et essensielt stykke empirisk observasjon fra det storskala laboratoriet vi kjenner som Jorda som med all tydelighet viser at CO₂-hypotesen har noen klare mangler i sine grunnpremisser. Det er snakk om OLR ('Outgoing Longwave Radiation'), som måles av satellitter idet den passerer fra inni jordsystemet og ut til verdensrommet via TOA ('Top of Atmosphere'). Mengden OLR som frigis her er et direkte resultat av:

1) hvor mye varmeenergi som til enhver tid tilføres jordsystemet (hav, bakke, atmosfære, biosfære),

2) hvor jordsystemet (primært havet) til enhver tid befinner seg i forhold til sin egen likevektsverdi for varmeutveksling (lagring eller frigivelse av varme?), og

3) hvor effektivt jordsystemet (primært atmosfæren) klarer å transportere eventuell overskuddsvarme vekk.

Bare punkt 3) vedrører drivhusgasser, fordi det knyttes tett opp til atmosfærens såkalte TIOD ('Total Infrared Optical Depth').


la1goas figur 1 fra hjemmesiden hans (http://www.knuta.no/Utgende_langblget_strling-9631s.html&show=2&sub=t) er interessant:



Kilden til denne er visstnok å finne på KNMI Climate Explorer.

Debattant Trondhjem påpeker først ganske riktig at CO₂-hypotesen krever at OLR må ned ettersom CO₂ i atmosfæren øker, men velger like etterpå å overse det faktum at kurven han kommenterer (figur 2 på siden vist til over, men du kan se det samme på figur 1 her) viser en flat til svakt stigende trend over de siste 35 år (en klimatisk signifikant periode) og klamrer seg isteden til et halmstrå: toppen helt i starten, 1974-6, gir ham hans ønskede trend ned. Det faller ham altså ikke inn at det muligens kan finnes andre forklaringer på hva som skjer over perioden enn den hans elskede CO₂-gass gir – se punkt 3) under.


1)
Hvorfra tilføres jordsystemet sin varmeenergi? Fra sola. Den kommer inn som kortbølget stråling. Nå har det seg sånn at jordsystemet består av en rekke reservoarer, hvor denne innkommende varmen (jeg kaller det det, selv om det innen termodynamisk terminologi blir en smule upresist) tas imot og gjør sin nytte – den varmer ting opp. De tre hovedreservoarene er havet, jorda/bakken og atmosfæren. Mens de to sistnevnte ikke har særlig stor lagringskapasitet og derfor har liten evne til å holde på den mottatte varmen over tid, er havet deres rake motsetning. Mer om dette i punkt 2) under.

Hva er det så som først og fremst regulerer hvor mye solinnstråling som når havet, bakken og den nedre atmosfæren? Skyer. Spesifikt lavnivåskyer. (Og husk, det er tropene som er den helt overveldende største mottakeren av denne innstrålingen. Endringer av skydekket i dette beltet vil ergo ha klart størst innvirkning på det globale varmeopptaket.)

OSR ('Outgoing Shortwave Radiation') er et mål på hvor mye av den innkommende kortbølgestrålingen som reflekteres direkte ut igjen gjennom TOA. Det er altså et symptom på global albedo. Albedoendringer på planeten jorda skyldes i all hovedsak endringer i lavt skydekke, og igjen, endringer i tropene vil ha størst effekt (is f.eks. er av vesentlig mindre betydning pga. sin beliggenhet nær polene). Jo mer OSR gjennom TOA, jo mer er reflektert og jo høyere er albedoen. Og motsatt. I forlengelsen av dette kommer selvsagt at jo mer av solinnstrålingen som reflekteres, jo mindre er tilgjengelig for opptak i jordsystemet. Følgelig, mer skyer, høyere albedo, mindre varme inn, nedkjøling. Og, så klart, motsatt.

Jostemikk har tidligere sammenstilt OLR- og OSR-grafene fra 1983-2005 (ISCCP, NASA-GISS). Og av disse fremkommer følgende rimelig entydige bilde: a) mindre OSR (SW-up) ut fra TOA; b) mer OLR (LW-up) ut fra TOA. a) er konsistent med målinger av (lavt) skydekke over samme periode – det faller (jevnes ut mot slutten) (OBS! toppene i '83 og '92 er relatert til stratosfæriske aerosoler i forbindelse med vulkanutbruddene til hhv. El Chichón og Pinatubo). b) viser en adekvat varmetransport ut av atmosfæren, noe som stemmer overens med TIOD-målinger (under).






2)
Dette er et punkt som altfor ofte overses eller glemmes i hele diskusjonen rundt havets rolle i den globale temperaturutviklingen.

Havet har den overflatetemperaturen (SST) det har fordi atmosfæren som ligger over det har den tyngden den har, dvs. at det gjennomsnittlige globale lufttrykket ved havnivå er det det er, samt at den gjennomsnittlige innstrålingen som mottas er det den er. Denne balansen er havet til enhver tid nødt til å søke å opprettholde. Derfor foregår en konstant varmeutveksling mellom havet og atmosfæren, via havets overflatehinne.

Havets likevektsverdi i så måte er en ideell verdi hvor varmeutvekslingen mellom havets vannmasser og atmosfæren kan foregå nærmest løpende, fordi SST er akkurat det den trenger å være for at transporten av varme fra havets vannmasser (varmeinnholdet – OHC) og til atmosfæren skal foregå så effektivt som mulig. I denne tilstanden endrer altså verken OHC eller SST seg, fordi innkommende energi (varme) alltid balanseres av utgående energi.

I realiteten vil havet imidlertid nesten aldri oppleve å være i denne tilstanden. Og det er rett og slett fordi den innkommende strålingen (varmen) varierer. Dersom mottatt varme øker fra én periode til en annen, oppstår en ubalanse, fordi varmegradienten vannmasser-->overflate-->atmosfære blir slakere. Dersom mottatt varme avtar, blir den samme gradienten steilere. Begge disse tilfellene er uholdbare for havet. I det første tilfellet må havet heve sin SST for å effektivisere varmetransporten opp og ut. Dette må det gjøre helt til det ekstra strålingspådrivet fra sola (over likevektsverdien) slipper opp. I det andre tilfellet må det på samme måte senke sin SST for å stagge varmetapet.

(Dette fenomenet danner grunnlag for i hvert fall én versjon av den akkumulative solinnstrålingsmodellen – akkumulasjonen foregår i havet pga. dettes evige søken etter likevekt.)

Generelt sett, vedrørende la1goas tråd, så vil høyere SST (i det hele tatt, alle varmere overflater) avgi mer langbølget stråling (IR).


3)
Dr. Ferenc Miskolczi viser til NCEP/NCAR (NOAA) sin egen reanalyse av TIOD-data fra 1948-2008 (61 år) i sitt brev til det famøse EPA i USA 20. juni 2009:


"The black line is the annual variation in atmospheric "absorbing power" [TIOD] over a 61-year period. The red trend line shows the greenhouse absorbing power remaining constant (in equilibrium) during that period. Greenhouse absorption increases (blue trend line) only when H₂0 levels are kept constant."

Han sier, til figuren over:

With relatively simple computations we show that in the last 61 years, despite the overall 25 % increase [av totalt 40 % siden ~1850] in the atmospheric CO₂ concentration, the cumulative greenhouse effect of all atmospheric greenhouse gases has not changed – that is, the atmospheric TIOD remains constant. The most plausible explanation for this fact is that the equilibrium atmospheric H₂O content is constrained by the theoretical optimal TIOD. Our simulation results are summarized in Fig. 2 [above]. Apparently, increasing total CO₂ column amount is coupled with a decreasing H₂O column amount. The result of the opposing trends in the two most important GHGs is shown by the red curve in Fig. 2 – there is no trend in the TIOD. In the case of a fixed atmospheric H₂O column amount, simulation results show that according to the positive trend in the CO₂ content of the atmosphere, there would also be a significant positive trend in the TIOD (blue curve in Fig. 2).

Min utheving.

Legg merke til hvor slavisk kurven i figuren over følger ENSO-episodene over perioden. Utslagene varierer, men det virker veldig sannsynlig at dette har noe med mengden vanndamp i atmosfæren å gjøre:


Global spesifikk luftfuktighet, 1948-2012.

Særlig den midterste kurven (atmosfæren i 3 kilometers høyde) har klare generelle likhetstrekk med TIOD-kurven over (samme perioder).


Avslutter med denne ganske selvforklarende figuren, fra climate4you.com:

[Okular]

Jeg registrerer også at debattant Bjarne_Mikael ser det som et gyldig motargument å hevde at man må se på CO₂ sitt eget helt private 'absorpsjonsvindu' heller enn totalen for å få et riktig bilde av sakens tilstand. Og ser med det tydeligvis ikke at det er nettopp her hele problematikken jo ligger. Det nytter ikke å se på enkelteffekter ute i naturen. Det kan man gjøre på labben. Alt som gjelder ute i naturen er den totale effekten - nettoeffekten. Om CO₂ har aldri så potente oppvarmingsegenskaper i seg selv, så har det absolutt ingenting å si så lenge H₂O virker i motsatt retning og nuller ut effekten. Atmosfærens totale langtidstrend i TIOD endrer seg ikke, og det til tross for at CO₂-innholdet har økt med 25% på de siste drøye 60 årene.

[Jostemikk]

Flott at du tar opp denne saken her, Okular! la1goa har gjort en knalljobb på VGD angående dette her, og jeg skal kommentere det du skrev i et senere innlegg. Nå nøyer jeg med på peke på et synspunkt vi to deler, at det virker rimelig suspekt (min mening) at de faktiske målingene vi har av OLV viser det stikk motsatte av hva CO2-hypotesen er avhengig av for å kunne leve videre.

Er det ikke merkelig at CERES-dataene er fullstendig uinteressante for mange høyprofilerte skeptikerblogger? Nesten så man kunne mistenke dem for å være i krige for krigens skyld...

Robert Ellison har tatt opp dette svært ofte på Judith Currys blogg. Det finnes ikke en eneste AGW-tilhenger som tør ta opp denne hansken, men allikevel velger kjente skeptikerprofiler å la saken ligge. Dette er uforståelig, og derfor min smule bedritne antydning til mistanke over.

[Jostemikk]

Har tenkt litt på denne saken, Okular, og jeg har forsåvidt intet nytt å komme med. Satellittmålingene viser at oppvarmingen skjedde i SW, og at det faktisk var en nedkjøling i OLW. (Oppvarming via solstråler, og nedkjøling - altså en økning i utgående kortbølget/infrarødt. Nevnt for de som sliter med forkortelsene.)

Denne økningen i varme grunnet sola har varmet opp havet, og havet har spredd denne varmen mot høyere breddegrader, blant annet Arktis. Kan vi gjette på at det var dette som skjedde også etter den første verdenskrig?

Årsakene til dagens oppvarming synes da å skyldes enten en økning i solintensitet, en reduksjon i skydekket, eller begge to. Dette er stikk i strid med hele CO2-hypotesen, for ikke å si drivhusteorien.

Noe er riv ruskende galt med dagens klimaforskere.

[Bebben]

Dette var særdeles interessant Okular, dessverre er jeg overarbeidet for tiden og har liten tid og lite overskudd. Jeg vil bare nevne at:

1) energi er ikke det samme som varme - jeg kan ikke stikke termometeret i bløtkakestykket for å finne energiinnholdet. Så hvor mye av en eventuell økt energitilførsel fra solen lagres (eller "bufres") i biosfæren i stedet for å registreres som varme? Det regner jeg kort og godt med at ingen vet. Og en økt biosfære vil også gi en økt CO2-omsetning og dermed et høyere innhold av CO2 i atmosfæren - det gir vel seg selv, i og med at mesteparten av biosfæren er CO2-spisende liv (planter)?

2) Vi har fått servert en historie om at en dobling av CO2 vil gi økt "bredde" i noen av absorpsjonsbåndene for denne gassen. Problemet er at målinger fra Mars og Venus, med ~95% CO2, ikke viser noe slikt. Tvert imot ser de likedan ut som sine søsken fra Jorden.

3) Temperaturgradienten i atmosfæren er bestemt ved formelen for "lapse rate" - som bare er avhengig av tyngdekraften og gassblandingens varmekapasitet + latent varme (vannsyklusen/vanndamp). De forskjellige måtene varme kan transporteres oppover i atmosfæren på, varierer fritt - er uavhengige av hverandre - så en hvilken som helst av "aktørene" vanndamp, konduksjon og konveksjon kan umiddelbart tilpasse seg en endring i "strålingspådrivet" fra CO2 for å opprettholde den samme temperaturgradienten. Drivhus-spekulasjonen ser ut til å bygge på en antakelse om at alt annet må holde seg konstant dersom CO2 skal kunne ha målbar virkning på temperaturen ved bakken. Hvilket har ført til at fysikere som Gerlich & Tscheuschner og Gerhard Kramm har avvist drivhusteorien som en "conjecture".

[Okular]

Ja, det er jo ikke så mye mer å si heller, Jostemikk.

Jeg er veldig enig med deg i at det er pussig at alle går så stille i dørene på akkurat dette - at alarmistene gjør det, er jo for så vidt ikke så pussig, men at skeptikerne også gjør det. Det vil si, som du også nevner, noen sier jo ifra, men blir tilsynelatende (forsøkt) tiet ihjel. Robert Ellison har jeg forresten lest litt om og av nå ... Kommer tilbake etter hvert til det angående PDV (Pacific Decadal Variability) i ENSO-tråden.

Anerkjennelsen av OLR/OSR-punktet burde jo sammen med den manglende hot spot'en og den like manglende effektive mekanismen for atmosfærisk oppvarming av havet være nok for alle til å skrinlegge hele CO₂-hypotesen og heller begynne fra scratch.

[Okular]

Dette var særdeles interessant Okular, dessverre er jeg overarbeidet for tiden og har liten tid og lite overskudd. Jeg vil bare nevne at:

1) energi er ikke det samme som varme - jeg kan ikke stikke termometeret i bløtkakestykket for å finne energiinnholdet. Så hvor mye av en eventuell økt energitilførsel fra solen lagres (eller "bufres") i biosfæren i stedet for å registreres som varme? Det regner jeg kort og godt med at ingen vet. Og en økt biosfære vil også gi en økt CO2-omsetning og dermed et høyere innhold av CO2 i atmosfæren - det gir vel seg selv, i og med at mesteparten av biosfæren er CO2-spisende liv (planter)?

2) Vi har fått servert en historie om at en dobling av CO2 vil gi økt "bredde" i noen av absorpsjonsbåndene for denne gassen. Problemet er at målinger fra Mars og Venus, med ~95% CO2, ikke viser noe slikt. Tvert imot ser de likedan ut som sine søsken fra Jorden.

3) Temperaturgradienten i atmosfæren er bestemt ved formelen for "lapse rate" - som bare er avhengig av tyngdekraften og gassblandingens varmekapasitet + latent varme (vannsyklusen/vanndamp). De forskjellige måtene varme kan transporteres oppover i atmosfæren på, varierer fritt - er uavhengige av hverandre - så en hvilken som helst av "aktørene" vanndamp, konduksjon og konveksjon kan umiddelbart tilpasse seg en endring i "strålingspådrivet" fra CO2 for å opprettholde den samme temperaturgradienten. Drivhus-spekulasjonen ser ut til å bygge på en antakelse om at alt annet må holde seg konstant dersom CO2 skal kunne ha målbar virkning på temperaturen ved bakken. Hvilket har ført til at fysikere som Gerlich & Tscheuschner og Gerhard Kramm har avvist drivhusteorien som en "conjecture".

Gode innspill, Bebben

Jo, nevnte som kortest at begrepet 'varme' er upresist, men det er så sabla tungvint og tidkrevende å være presis hele tida

Dette med biosfæren og mengden CO2 (og O2) som blir tilført og tatt ut av systemet til enhver tid er et ytterst spennende, men intrikat tema. For det er, som i naturen for øvrig, alltid og hele veien motvirkende effekter man må ta med i beregningen.

Du nevner jo ellers punkter jeg kan si meg veldig enig i, særlig poenget (som jeg også påpekte ved debattanten Bjarne_Mikael sin kommentar om CO2 sitt absorpsjonsvindu) om at AGW-menigheten nettopp er avhengig av at alt annet er fullstendig statisk og at man skal trekke alle konklusjoner ut fra CO2 sin effekt alene. Det er merkelig at de ikke blir tatt oftere på akkurat den argumentasjonen.

[Jostemikk]

Robert Ellison har akkurat lagt ut dette innlegget hos Judith Curry, dere finner linken i sitatet:

Chief Hydrologist May 1, 2012 at 4:13 pm | Reply

It matters little whether you, Joy, Webby or Hansen disagree. It is simple 1st law of thermodynamics energy accounting.

At the surface of the oceans -

d(S)/dt = SWin + IRup + IRdown + latent + convection – although it is much more sensible to consider the ocean/atmophere as a coupled system and do the analysis at TOA.

d(S)/dt is the change in heat content.

I have given the von Schuckman ocean heat content in the ARGO period to 2008. So the ocean warmed due to an energy imablance which was calculated at 0.77W/m^2.

IR down didn't notably vary as atmopheric temperature did not increase. And let's assume that latent and convection didn't change. They are energy losses that can't by themselves lead to ocean warming. But we know that oceans warmed so that leaves SWin. It wasn't the Sun because the TSI declined in the 11 year cycle. It must be reflected SW as seen in the CERES data.

Clouds change with sea surface temperture – sea surface temperature will be cooler in the Pacific especially with increased upwelling in the eastern Pacific in the cool Pacific decadal mode. Expect more cloud and lower temp. as La Nina intensifies over the next decade or three.

[Okular]

Jeg viste følgende figur i min første post på denne tråden:



Den er nok ikke så klar som jeg kanskje først ga inntrykk av. Grunnen til det er først og fremst skalaene, som av tilsynelatende nødvendighet blir mer og mer utstrekt jo lenger opp i atmosfæren du kommer (rett og slett fordi det er mindre absolutt mengde fuktighet/vanndamp her). På grunn av dette blir imidlertid den direkte sammenlikningen mellom (og summeringen av) de ulike nivåene vanskeliggjort.

Det er faktisk ganske håpløst å se hva som egentlig skjer her. Det er nemlig mer informasjon her enn det kan synes ved første øyekast. Kanskje særlig i kurven nærmest bakken, som er svært sammentrykt. (Perioden er jan 1948 til mars 2012.)

I denne figuren har jeg tilpasset skalaene, slik at endringene i de ulike nivåene står i direkte forhold til hverandre:



Her kommer det mye tydeligere fram hva jeg prøvde å si i første post, men som da kanskje falt litt igjennom.

Jeg har delt perioden ved klimaskiftet i 1976. Legg merke til hvordan den spesifikke luftfuktigheten nær bakken følger havenes SST rimelig slavisk - i den første 'negative' ENSO-epoken faller generelt luftfuktigheten, med topper i forbindelse med El Niño-episoder eller -perioder. Så skjer en tydelig trinnendring i '76, og deretter stiger luftfuktigheten sakte, men sikkert ettersom SST gjør det samme.

Atmosfærens spesifikke luftfuktighet ved havnivå følger altså SST, som jo er helt intuitivt - kaldere vann, mindre fordampning; varmere vann, mer fordampning.

Men se hva som foregår lenger opp i atmosfæren. Forbindelsen forsvinner. Og totaliteten (atmosfæren som helhet) tilpasser seg for å finne en balanse - summerer vi de tre nivåene (som jo i seg selv bare er utsnitt, de utgjør ikke hele troposfæren, men dog) vil vi ende opp på en samlet kurve ganske lik den generelle formen på TIOD-kurven til Miskolczi (og husk, TIOD er et mål på atmosfærens samlede absorpsjonsstyrke):



Som jeg nevnte, og som alle skjønner, vanndamp styrer TIOD-showet.

Og ENSO styrer igjen vanndampinnholdet, eller mer korrekt den relative distribusjonen av den i atmosfæren, ved å regulere SST og slik den overflatenære luftfuktigheten og samtidig (ikke minst!) konveksjonen.