Derimot: Klima-troen tar feil om skyer: Observasjonsmessige og teoretiske bevis på at skyers tilbakekoblinger ikke forårsaker global oppvarming.

derimot.no:

Av Willis Eschenbach
Uavhengig klimaforsker

Sammendrag

Skyenes strålingsrespons på en endring i overflatetemperaturer (bakkeplanet og havoverflaten) en nøkkelkomponent i nøyaktig estimering av fremtidige temperaturendringer. Endringer i overflatetemperatur fører til forskjellige skyresponser i forskjellige deler på jorden. Imidlertid har den samlede effekten av disse endringene vært svært dårlig avgrenset i klimaforskningen. (Boucher 2013) Ved hjelp av data fra satellittobservasjoner utvikler jeg to uavhengige metoder for å estimere hvordan skyene i ulike områder reagerer på en overflatetemperaturøkning. Begge metodene viser en global netto kjølingseffekt for skyer. Graden av kjøling oppnådd på denne måten er en minimumsverdi av total sky-avkjøling, fordi mer sky-relatert avkjøling skjer som et resultat av en temperatur-relatert økning i termisk drevne tropiske og ekstratropiske tordenvær som avkjøler overflaten på en en rekke ikke-strålende måter. I tillegg viser jeg ved hjelp av teoretiske argumenter at det er usannsynlig at sky-responsen forsterker global oppvarming.

1. Introduksjon

Skyer har en sentral rolle i å modulere den globale energibalansen. De har lenge vært anerkjent som den største kilden til usikkerhet i klimaprognoser. Selv om en rekke bevis har blitt presentert, har en fokusering på hvordan skyer reagerer på anslått oppvarming forblitt lite problematisert. Det er faktisk fortsatt ingen utbredt enighet selv på signalet på sky-responsen som en følge av oppvarming. En del av utfordringen er at netto sky-strålingseffekt involverer sky-effekter på både solar (kortbølgede stråler [SW]) og terrestrisk (langbølgede stråler [LW]) strålingsflukser. (Ceppi et al. 2017, Gettleman og Sherwood 2016)

2. Teoretiske argumenter

Et meget uvanlig, men generelt ubemerket trekk ved klimasystemet er dets termiske stabilitet. Her er bunn-til-topp temperaturområdet over en 22-års periode for hver 1° breddegrad ganger 1° lengdegrad rutenett.

Fig. 1. Maksimale variasjoner i månedlig gjennomsnittstemperatur (bunn til topp) i perioden mars 2000 – februar 2022.

Her ser vi temperatursvingninger på over 30 °C for begge polene, 29 °C over land, 9 °C over havene og 14,8 °C for kloden som helhet. Men til tross for de store årlige svingningene, går temperaturen alltid tilbake til nesten samme verdi etter 12 måneder. I løpet av den samme perioden mars 2000 – februar 2022 forteller CERES-dataene at den årlige gjennomsnittlige globale overflatetemperaturendringer er på bare rundt 0,5 °C, som er bare tre prosent av den intra-årlige variasjonen.

Og som et annet eksempel, over hele 1900-tallet økte temperaturen bare med 0,8 °C, som er en temperaturøkning på 0,3 % på 100 år.

Fig. 2. Årlige temperaturområder for kloden (rød linje) og månedlige temperaturområder for deler av kloden. Rød linje viser en rekke globale gjennomsnittlige årlige temperaturer fra det 20. århundre, rundt 0,3 %

Som figur 2 ovenfor viser, kan ikke denne overraskende langsiktige stabiliteten være fra termisk treghet, gitt de langt større månedlige intra-årlige svingningene. Denne generelle stabile tilstanden er et sterkt argument for eksistensen av naturlige termoregulatoriske fenomener som motsetter seg enhver endring i den generelle stabile temperaturen.

Dette støttes av Le Chateliers prinsipp. Le Chatelier uttalte et enkelt prinsipp som gjelder for systemer som er i en stabil tilstand. Le Chateliers prinsipp hevder at en forstyrrelse påført et system i en stabil tilstand kan drive systemet bort fra dets likevektstilstand, men vil påkalle en motvirkning som vil motvirke effekten av forstyrrelsen. (Gorshkov et al. 1990) Dette prinsippet taler sterkt for at dersom den globale gjennomsnittstemperaturen endres, vil skyene og andre fenomener virke for å motvirke temperaturendringen, ikke for å forsterke den.

3. Observasjonsdataanalyse

Den netto sky-strålingseffekten (CRE) [cloud radiative effect] på overflaten er sammensatt av skyenes effekt av to forskjellige typer stråling. Den første er solstråling (kortbølgede stråler), som både reflekteres og absorberes av skyer. Den andre er termisk stråling (langbølgede stråler), som både utstråles og absorberes av skyer. Netto sky-strålingseffekt på bakkeplanet, som jeg vil kalle «CRE» for enkelhets skyld, er summen av de to effektene på bakken der vi bor. Med andre ord er CRE forskjellen mellom nedadrettet stråling ved klar himmel og nedadrettet stråling ved skyet himmel. Hvis CRE er negativ, betyr det at skyer avkjøler overflaten.

Generelt avkjøler skyer bakkeplanet. Figur 3 viser de globale variasjonene i CRE. På fig. 3 ser vi at skyene varmer polene og ørkenene, og avkjøler alle andre steder.

Fig. 3. Overflateskyens strålingseffekt, på 1° breddegrad x 1° lengdegrad.

Den kortsiktige endringen i overflate-CRE med temperatur beregnes enkelt ved hjelp av CERES-data. Figur 4 viser det resultatet.

Fig. 4. Kortsiktige trender i overflateskyens strålingseffekt som funksjon av temperatur. Trender er vanlige minste kvadraters lineære regresjonshellinger.

Det forteller oss imidlertid ikke hva vi trenger å vite, som er hvordan skyene reagerer på en langsiktig endring i overflatetemperatur. Til tross for det er det, så er det to måter vi kan bruke observasjonsdata for å måle den responsen.

Begge avhenger av en enkel idé – som et langsiktig gjennomsnitt for hvert rutenett, over tusenvis av år, har temperaturen og den tilsvarende skystrålingseffekten nådd en stabil tilstand. Alle de ulike fenomenene som påvirker CRE, slik som relativ fuktighet, grense-lags inversjonsstyrke, CAPE (Convective Available Potential Energy), havets nedsynkning og oppstrømning, og andre faktorer svinger nå rundt langsiktige gjennomsnittsverdier for hver gitt rutenettcelle. Dermed representerer gjennomsnittsforholdet mellom temperatur og CRE for hver rutenettcelle det langsiktige stabile forholdet.

Den første måten å se hva som vil skje hvis overflatetemperaturen blir varmere, er et rutenettbasert spredningsdiagram av CRE og temperatur.

Fig. 5. Spredningsplot, 22-års gjennomsnitt av CRE versus overflatetemperatur. Hver prikk er en rutenettcelle på 1° breddegrad ganger 1° lengdegrad.

Til tross for at dette spredningsplottet inkluderer både land og hav og dekker fra tropene til begge polene, er det et tydelig mønster. Ser man fra venstre til høyre i spredningsdiagrammet, viser helningen til den svart/hvite linjen retningen og mengden endring i CRE når temperaturen øker. Det er fire forskjellige soner.

Den kaldeste sonen omfatter iskappene på Antarktis og Grønland. Der den gjennomsnittlige månedlige rutenetttemperaturen er under -20°C, er man på ett av disse to stedene. Der fører økende temperaturer til økende skyoppvarming. Dette representerer mindre enn 4% av planetens overflate.

Neste sone er fra -20°C til 10-15°C. I denne sonen resulterer økende oppvarming i økende sky-avkjøling. Den tredje sonen er fra 10-15°C t il ca. 25°C. I denne sonen fører økende temperatur til økende sky-oppvarming.

Til slutt, i de varmeste delene, fører økt overflateoppvarming til sterkt økt sky-avkjøling. På det største fører en økning på 1°C til opptil 40 W/m2 økt sky-avkjøling (reduksjon i stråling nedover til bakkeplanet).

Dette viser dette oss det generelle mønsteret av forholdet mellom temperatur og CRE. Den er ekstremt ikke-lineær. Men det er en generell indikasjon, med mye spredning rundt trendlinjen. Den viser også områder fra hele verden samlet.

Det denne metoden ikke viser er enten det detaljerte romlige mønsteret eller den arealvektede globale gjennomsnittlige responsen til CRE på økende temperatur. For dette emnet så bruker jeg en annen metode.

Den andre metoden ser kun på gjennomsnittsverdiene til rutenettcellene i området rett rundt hver rutenettcelle. Tenk på en rutenett i havet som et eksempel. Nærliggende rutenettceller nord, sør, øst og vest for den valgte rutenettcellen vil ha forskjellige langtidsgjennomsnittsverdier for temperatur og CRE. Så vi kan identifisere den langsiktige effekten ved å se på det lokale forholdet mellom gjennomsnittlig temperatur og gjennomsnittlig CRE. For hvert rutenett har jeg brukt en boks som er 9° breddegrad ganger 9° lengdegrad, sentrert på den valgte rutenettcellen. Dette gir meg 81 temperaturverdier og tilsvarende 81 CRE-verdier. Jeg gjør en lineær regresjon av de 81 CRE-verdiene som en funksjon av de 81 temperaturverdiene. Den resulterende helningen viser endringen i CRE tilsvarende en 1° endring i temperaturen. Jeg har analysert landjorden og havet hver for seg, for å unngå å blande ulike forhold. Dette ser imidlertid ut til å gjøre liten forskjell. Resultatet vises i følgende Stillehavs- og Atlanterhavssentrert grafikk.

Fig. 6. Endringer i overflateskyens strålingseffekt per 1°C endring i overflateoppvarming. Det nedre bildet er det samme som dette, men hvor Atlanterhavet er i senter. Alle verdier brukt i beregningen er gjennomsnittet av hele 22 år av CERES-rekorden.


Fig. 6. Endringer i overflateskyens strålingseffekt per 1°C endring i overflateoppvarming. Det øvre bildet er det samme som dette, men hvor Stillehavet er i senter. Alle verdier brukt i beregningen er gjennomsnittet av hele 22 år av CERES-rekorden.

Dette viser to visninger, en Stillehavs- og en Atlantisk sentrert, av den detaljerte plasseringen og størrelsen på endringer i CRE fra 1°C overflateoppvarming. Globalt er det en arealgjennomsnittlig nettokjøling på -1,7 W/m2. Hovedtyngden av avkjølingen skjer over havet, med en arealgjennomsnittlig avkjøling på -2,4 W/m2. Landjorda er det eneste området på jorden som er svakt positivt, med en arealgjennomsnittlig oppvarming på +0,3 W/m2

Disse resultatene er i god overensstemmelse med resultatene til Ramanathan og Collins (Ramanathan, V., & Collins, W. (1991)), selv om de foreslåtte mekanismene er forskjellige, og disse resultatene er for hele jorden, mens Ramanathan og Collins bare så på Stillehavet’s varme «basseng».

3. Stabilitet og usikkerhet

Hvis denne metrikken virkelig er et mål på den langsiktige endringen i CRE med oppvarming, bør den endre seg svært lite fra år til år. Boksplottet nedenfor viser 22 CRE-tilbakemeldingsverdier for hvert geografisk område oppført i figur 6, en for hvert år med CERES-rekorden.

Fig. 7. Boksplott, endring i CRE fra 1°C overflateoppvarming. Data for hvert av de 22 årene i CERES-posten.

Som forventet er det svært liten variasjon i resultatene til tross for at hvert datasett er kort (ett år). Dette indikerer at selv et 22-års gjennomsnitt vil gi nøyaktige verdier for endringen i overflate CRE per 1°C oppvarming. Som i figur 6 er det eneste store området som viser positive tilbakekoblinger landjorden, og tilbakekoblingene er ganske små.

4. Data-detaljer

Jeg brukte månedlige ‘gridded Clouds and the Earth’s Radiant Energy System’ (CERES) ‘Energy Balanced and Filled Edition 4.1-data’ (Loeb et al. 2018). CERES-dataene er ganske stabile (Loeb et al. 2016), noe som gjør det til en utmerket grunnlag for denne typen analyser. Alle CERES-dataene som brukes dekker 22-årsperioden fra mars 2000 til februar 2022.

For overflate-temperatur (bakkeplan og havoverflaten) har jeg brukt CERES overflate-oppad-strålende langbølge-datasett, konvertert til temperatur ved hjelp av Stefan-Boltzmann-ligningen. For verifisering av de beregnede CERES overflate-temperaturdataene har jeg sammenlignet dem med resultatene ved å se på Berkeley Earth gridded land/ocean data record (Rohde og Hausfather 2020). Den arealvektede gjennomsnittlige forskjellen mellom de to er på bare 0,43°C. Denne forskjellen er ikke overraskende fordi Berkeley Earth-datasettet er en kombinasjon av lufttemperatur over land- og havoverflatetemperatur. På den annen side er CERES-dataene overflatetemperatur for hele jorden. Nedenfor er den samme beregningen vist i figur 5, men bruker Berkeley Earth-dataene mars 2000 – februar 2022 i stedet for CERES-data for samme periode. Merk at det er svært liten forskjell mellom dette og figur 5 ovenfor som bruker CERES-data.

Fig. 8. Som i figur 5, men ved å bruke Berkeley Earth-overflatetemperaturdata i stedet for CERES-data.

5. Oppsummering

Som nevnt ovenfor er skyens strålingseffekt bare en av måtene skyene påvirker overflatetemperaturen. I tillegg kjøler tordenvær overflaten ved hjelp av:

* Økt overflatealbedo over havet på grunn av det hvite overflateskum, skum (skum drevet opp av vinden) og spray. Økt sky-albedo på grunn av den vertikale utstrekningen av tordenværstårn.

* Et tordenvær fungerer på samme type kjølesyklus som et husholdningskjøleskap eller klimaanlegg. Den fordamper en arbeidsvæske (i dette tilfellet vann) i området som skal avkjøles. Den flytter den resulterende dampen til et eget fysisk sted (tordenskybasen) hvor arbeidsvæsken kondenseres og deretter returneres til området for å bli avkjølt, i form av kaldt regn. Denne varmemotoren med naturlig kjølesyklus avkjøler overflaten i stor grad uavhengig av strålingen fra kort- og langbølgede stråler.

* Det er økt fordampningsavkjøling på grunn av tordenværgenerert vind ved basen, samt fra tilførsel av tørr luft til overflaten.

* Et stort tordenvær genererer vanligvis i størrelsesorden 20.000 tonn nedbør mens det pågår. Dette betyr at det beveger seg i størrelsesorden 40 terajoule energi fra overflaten til høyt oppe i troposfæren. Der oppe, fordi det er over de fleste klimagasser, er denne energien mye friere til å stråle ut til universet.

* Økt fordampning fra økningen i overflatearealet på grunn av dannelsen av millioner av spraydråper.

* Økt stråling til universet på grunn av mangel på vanndamp i den tørre synkende luften mellom tordenvær-hendelsene.

Tropiske termisk drevne tordenvær øker med økende temperatur. Som et resultat forsterkes skystrålingskjølingen (CRE) av økt produksjon av tordenvær, og CRE-kjølingsestimatene representerer en minimumsverdi. Altså; Vi har en negativ tilbakekobling som betyr at vi ser en global netto kjølingseffekt fra skyer.

Anerkjennelser.

Alt dette arbeidet er mitt eget. Imidlertid skylder jeg en enorm takk til alle de fremragende forskerne som har gått foran meg. Jeg har ingen interessekonflikter.

Datatilgjengelighets-opplysninger.

De underliggende CERES EBAF 4.1-dataene er NASA/LARC/SD/ASDC, 2022. CERES Energy Balanced and Filled (EBAF) TOA og Surface Monthly betyr data i netCDF Edition 4.1., åpnet 11. desember 2022, https://ceres.larc. nasa.gov/data/#energy-balanced-and-filled-ebaf.

De underliggende Berkeley Earth-dataene er Berkeley Earth, 2022, Monthly Land + Ocean Average Temperature with Air Temperatures at Sea Ice, åpnet 17. desember 2022, https://berkeley-earth-temperature.s3.us-west-1.amazonaws.com /Global/Gridded/Land_and_Ocean_LatLong1.nc

Kildehenvisninger

Boucher, O. et al., 2013: Clouds and aerosols, Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2013), sider 571–657.

Ceppi, P, F. Brient, M. D. Zelinka, D. L. Hartmann, 2017: Cloud feedback mechanisms and their representation in global climate models. Wiley Interdisc. Rev. : Clim. Change 8, e465.

Gettelman, A., Sherwood, S.C., 2016: Processes Responsible for Cloud Feedback. Curr Clim Change Rep 2, 179–189. https://doi.org/10.1007/s40641-016-0052-8

Gorshkov, V.G., Sherman, S.G. & Kondratyev, K.Y., 1990: The global carbon cycle change: Le Chatelier principle in the response of biota to changing CO2 concentration in the atmosphere. Il Nuovo Cimento C 13, 801–816 https://doi.org/10.1007/BF02511997

Loeb, N. G. et al., 2018: Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES) Energy Balanced and Filled (EBAF) Top-of-Atmosphere (TOA) Edition-4.0 data product. J. Clim. 31, 895–918.

Loeb, N., N. Manalo-Smith, W. Su, M. Shankar, S. Thomas, 2016: CERES top-of-atmosphere Earth radiation budget climate data record: Accounting for in-orbit changes in instrument calibration. Rem. Sens. 8, 182.

Ramanathan, V., & Collins, W. (1991). Thermodynamic regulation of ocean warming by cirrus clouds deduced from observations of the 1987 El Niño. Nature, 351(6321), 27–32. doi:10.1038/351027a0 https://sci-hub.se/10.1038/351027a0

Rohde, R. A. and Hausfather, Z., 2020: The Berkeley Earth Land/Ocean Temperature Record, Earth Syst. Sci. Data, 12, 3469–3479, https://doi.org/10.5194/essd-12-3469-2020.


Fra WUWT, publisert 1. september 2023.
Oversatt av redaksjonen, Derimot.no fra engelsk.
Originalartikkel: Observational and theoretical evidence that cloud feedback opposes global warming

Les artikkelen direkte på derimot.no

You may also like...