Hvað veldur hlýnun jarðar?

Ég ætla ekki að fullyrða að ég hafi hið eina og rétta svar við þessari einföldu spurningu en ætla hinsvegar að notfæra mér í þessum langa pistli, samantekt sem ég sá á sínum tíma á vefnum wats up with that? sem vísaði síðan í aðra samantekt eftir veðurfræðinginn Joe D'Aleo, en greinar eftir hann birtast reglulega á icecap.us, en sú síða er mjög gagnrýnin á hlýnun jarðar af mannavöldum. 

Það sem Joe þessi D'Aleo hafði gert var að bera saman þrjá þætti sem oft eru taldir hafa áhrif á loftslag jarðar og finna út hver þeirra passaði best við hitafar í Bandaríkjunum á síðustu öld. Þessir þættir eru CO2 í andrúmsloftinu (gróðurhúsalofttegundin alræmda), virkni sólarinnar (total solar irradiance) og svo breytileiki í hafinu og þá einkum í Norður-Kyrrahafi og Atlantsahafi (Pacific Decadal Oscillation, PDO og Atlantic Multidecadal Oscillation, AMO). Ástæðan fyrir því að hann bar eingöngu saman við Bandaríkin eru efasemdir hans um að hnattrænar hitamælingar endurpegli hina réttu hitaþróun jarðar en í Bandaríkjunum vill svo til að núverandi hitafar er ekki svo mikið hærra en það sem var á árunum 1930-40, ekki ólíkt því sem reyndin er á Íslandi. Þegar búið var að bera saman þessa þrjá þætti með því að gefa þeim nokkurskonar einkunn eftir tölfræðilegri samsvörun (R2) kom það út að magn CO2 fékk lökustu útkomuna: 0,44 – breytilegur styrkur sólar fékk heldur betri einkunn: 0,57 – en það merkilega var að langmesta samsvörunin var við breytileika hafsins: 0,83. Þennan samanburð má svo sjá á þessum þremur línuritum hér að neðan sem sína tengsl þessara þátta við hitann í USA, (frá vinstri: CO2+hiti, Sólin+hiti og Hafið+hiti). Myndin birtist stærri ef smellt er á hana: 

 

Það sem ég ætla hinsvegar að gera er að bera þessa sömu þætti við hitafar allrar jarðarinnar. Ég veit að það er ákveðin óvissa í sambandi við þróun á hitafari jarðar og ekki útilokað að vegna þátta eins og breyttrar landnotkunar og aukins þéttbýlis getur verið möguleiki á ofmati á hitanum í dag miðað við það sem var áður. Samt vil ég trúa því að þau línurit sem sýna þróun hitans hnattrænt, séu í meginatriðum rétt og engin ástæða til að efast um að það hafi í raun átt sér stað talsverð hlýnun á jörðinni.

Hér að neðan koma því línurit sem sína hitafar jarðar að viðbættum ferlunum frá Joe D'Aleo. Ég get að vísu ekki boðið upp á svona R2-gildi en hinsvegar er lítið mál að leggja ferlana saman við hitalínuritið svipað og hann gerir. Fyrst kemur CO2+hitafar jarðar:

 

Styrkur CO2 í andrúmslofti hefur aukist jafnt og þétt síðustu 100 ár með vaxandi hraða og ekki hægt að segja annað en það sé í góðu samræmi við heildarhlýnun jarðarinnar þegar þetta er skoðað svona. Hiti jarðar hefur hins vegar talsvert sveiflast og alls ekki verið sívaxandi. Greinilegur hitatoppur er í kringum árin 1940 eftir mikla hlýnun, svipað og í Bandaríkjunum, en síðan tók við kaldara skeið þar sem nánast ekkert hlýnaði í um þrjá áratugi og svo kom aftur mikil hlýnun fram til okkar tíma. Þessum sveiflum veldur greinilega eitthvað annað en magn CO2 í lofti. En þá er að skoða sólina+hitafar jarðar:

Á línuritinu fyrir styrk sólarinnar er að búið að jafna út þeim 11 ára sveflum sem eiga sér stað í sólvirkninni en þannig fæst betri heildarmynd og betra að bera saman við hitaþróun jarðar en þarna sést greinilega viss fylgni við stóru hitasveflurnar á síðustu öld. Breytileiki í virkni sólarinnar er samt mjög lítill og dugar varla einn og sér til að hafa mikil áhrif á hitann nema með því að magna upp aðra þætti eins og t.d. skýjamagn eins og kenningar eru til um. Samkvæmt þessu er samt ekki hægt að sjá að aukning í styrk sólar eftir 1965 skýri þá miklu hlýnun sem orðið hefur síðust áratugi nema að hluta og þar að auki var sólvirknin heldur meiri á árunum kringum 1940-50. Þó má það alveg koma fram að þrátt fyrir sveiflur var virkni sólarinnar heldur meiri á 20. öld en síðustu aldir þar á undan. En næst er þá að bera saman breytileika sjávar+hitafar jarðar:

Ferillinn sem sýnir breytileika sjávar og var með svo góða samsvörun við Bandaríkin er fenginn með því að leggja saman hitasveiflur sem eiga sér stað í Kyrrahafinu (PDO) og Norður-Atlantshafinu (AMO) en þær sveiflur virðast skipta um ham á nokkurra áratuga ára fresti og virka einhvenveginn þannig að hafið kólnar á einum stað og hlýnar á öðrum í staðinn og hefur í framhaldi af því mikil áhrif á veðurlag. Talað er um að þessi fyrirbæri séu ýmist í jákvæðum eða neikvæðum fasa eftir því hvort þau hafa áhrif til kælingar eða hlýnunar. Þessi breytileiki virðist geta skýrt mjög vel hitaþróun jarðar fram á 7. áratuginn en eftir það er samsvörunin heldur lakari en jákvæður fasi síðustu áratugi fer þó saman við hlýnun jarðar að hluta, svipað og tilfellið er með sólvirknina. El Nino og La Nina fyrirbærin í Kyrrahafinu koma þarna líka inní en talið er að þau eigi stærstan þátt í styttri hitasveflum jarðar sem eru áberandi á hitalínuritinu en nú er talið að fasarnir á Pacific Decadal Oscillation, PDO hafi áhrif á hvort hinir kælandi La Nina-straumar eða hinir heitu El Nino komi oftar upp.

Hvað má svo segja um þetta?

Ef línuritin eru nokkurnveginn rétt og sönn þá má draga nokkrar áliktanir:

1. Magn CO2 hefur aukist síðustu 100 ár jafnt og þétt með vaxandi hraða en án sveiflna, með þeim áhrifum að heildarútkoman fyrir alla síðustu öld er hlýnun.

2. Áhrif af völdum sveiflna í sólvirkni og breytileika í hafinu geta útskýrt sveiflur í hitafari jarðar en nægja ekki til að útskýra hversvegna núverandi hlýindaskeið er hlýrra en það sem var fyrir miðja síðustu öld.

3. Með því að bera saman ferlana fyrir breytileika sólarinnar og sjávarins kemur í ljós viss samsvörun á milli þeirra. Báðir ferlarnir toppuðu árin um 1940-1950, náðu svo botni á árunum 1965-1975 en stigu svo eftir það. Er þetta tilviljun eða getur verið að áhrif sólarinnar á hitasveiflur jarðar felist að einhverju leyti í áhrifum hennar á það hvernig straumar hafsins haga sér? Breytileiki í virkni sólar er ekki nema um 0,1% sem duga varla til mikilla áhrifa einn og sér, þannig að hér er kannski kominn mögnunarþátturinn sem sólin þarf að hafa til að hafa áhrif, hvernig sem það ætti að gerast. Um þetta hef ég ekkert séð þannig að þetta eru bara vangaveltur í mér. 

Hvað gerist svo næstu árin?

Ef hlýnun síðustu áratugi hefur fengið hjálp vegna áhrifa vegna breytileika í hitafari sjávar og/eða frá sólinni eins og gerðist fyrir miðja síðustu öld má búast við því að annað bakslag eða allavega stöðnun geti komið fram í hitafari jarðar svipað og átti sér stað eftir 1945. Það bakslag gæti verið byrjað enda árið í ár það kaldasta á þessari öld og í raun hefur varla nokkuð hlýnað á jörðinni síðustu árin. Í Kyrrahafinu virðist núna neikvæði fasinn á PDO vera kominn upp og spurning hvort sami fasi sé að koma upp í Norður-Atlantshafi auk þess sem sólin hefur sýnt af sér litla virkni undanfarið. Ef þetta er raunin, svo ekki sé talað um ef sólin ætlar í einhverja verulega lægð næstu áratugi, þá reynir á hversu mikið aukin gróðurhúsaáhrifin ná að bæta upp þá kælingu. En hinsvegar þarf þó alls ekki að vera ástæða til að afskrifa gróðurhúsaáhrifin þótt ekkert hlýni á jörðinn í einhver ár eða jafnvel nokkra áratugi því áhrif CO2 í lofti eru mjög þrálát og eiga enn eftir að aukast mikið og gætu vel lifað af smærri sveiflur af öðrum toga.

- - - - -  

Svo í lokin er nauðsynlegt að taka fram að loftslagsmálin eru öll mjög flókin og langt í frá að ég hafi einhverja heildarsýn yfir þetta allt saman, en það má alltaf reyna. Fleiri þættir hafa vissulega líka áhrif á hita jarðar eins og eldgos og agnarmengun sem ætti að valda lægri hita vegna dempunar á sólarljósi. En vilji einhver skoða þetta betur eru hér að neðan linkar sem vísa í áhrif hafsins á hita jarðar en þessi tengsl finnst mér vera að fá aukna athygi hjá vísindamönnum.

Next decade 'may see no warming'

La Nina and Pacific Decadal Oscillation Cool the Pacific

Athugasemdir

[Ágúst H Bjarnason, 30.10.2008 kl. 09:26]

Takk fyrir góða samantekt Emil.

Ég get mælt með vefsíðunum sem þú vísar á. Watts Up With That  og Icecap. Þessar síður heimsæki ég reglulega auk Climate Audit, Climate4you, The Unbearable Nakedness of Climate Change, og The Reference Frame.

Það verður fróðlegt að fylgjast með þróun næstu ára.

[Guðmundur Ásgeirsson, 30.10.2008 kl. 09:32]

Sæll. Þetta eru stórkostlega forvitninlegar pælingar hjá þér.

Ég myndi sennilega draga svipaðar ályktanir af þessum gögnum. Mér sýnist blasa við að nokkur fylgni sé milli sólvirkni, hafstrauma og hitastigs, sem gæti útskýrt skammtímasveiflur og hvort það verði hækkun eða lækkun á tilteknu árabili. Hinsvegar þykir mér að CO2 spili þannig inn í þetta að jöfn og þétt aukning þess hafi áhrif á langtíma"trendið" í meðalhitastigi. Ef horft er á tímabilið í heild þá sést að seinni hluti þess er með nokkuð hærra meðalhitastig en sá fyrri og sama á við um magn CO2. Það sem er samt kannski mesta áhyggjuefnið varðandi loftslagsbreytingar er ekki endilega hærra hitastig út af fyrir sig, heldur hversu lítil hækkun þess getur valdið miklum óstöðugleika í viðkvæmri náttúrunni.

Bestu kveðjur og takk fyrir frábæran pistil.

[Gústav Freyr Bjarnason (IP-tala skráð) 30.10.2008 kl. 10:35]

Ég trúi ekki að kenninguna um alheimshlýnun.  Tel að það sem málstaður sem vinstrimenn hafa tekið upp eftir fall kommúnismans 1990, svona til að hafa einhvern málstað til að halda hópinn.

Trúi hinsvegar á skammtímasveiflur.  Tímabilið 1880-1920 = Kalt tímabil.  Tímabilið 1920 - 1960 = hlýtt tímabil.  Tímabilið 1960-1985 = kalt tímabil.   Tímabilið 1985-2005 = Hlýtt tímabil.  Tímabilið 2005- ca. 2025 til 2030 = kalt tímabil ??

[Emil Hannes Valgeirsson, 30.10.2008 kl. 13:04]

Mér finnst alltaf varasamt að blanda pólitík í umræðuna um loftslagsmál eins og oft er gert. Hlýnun af völdum CO2 er studd vísindalegum rökum sem verður að taka alvarlega en það getur hins vegar vel verið að sú hlýnun verði ekki eins alvarleg eða hröð eins og fyrst var spáð, enda hefur þekkingin á áhrifum annara þátta aukist eftir að fyrstu hamfarspárnar voru kynntar. Það má samt ekki afneita neinu, þekkingin og reynslan á eftir að aukast enn meir á næstu árum og út úr því gæti alveg eins komið að vandinn sé jafnvel vanmetinn ekki síður en ofmetin í dag. Best er allavega að fylgjast með umræðunni á gagnrýnin hátt en umfram allt ópólitískan og það er það sem ég er að reyna að gera.

[Ásgeir Kristinn Lárusson, 2.11.2008 kl. 09:22]

Takk f. samantektina. Smá innlegg HÉR um kólnunina á blautum nóvembermorgni.

[Emil Hannes Valgeirsson, 2.11.2008 kl. 12:17]

Þakka linkana Ásgeir og Ágúst. Þetta með áhrif Kyrrahafsstraumana (PDO) er nokkuð sem uppgötvaðist ekki fyrr en á síðasta áratug og þá fyrir tilviljun þegar var verið að rannsaka sveiflur í laxagengd við austurströnd Norður-Ameríku og er, kannski ásamt sólarsveiflunum, ágætis dæmi um þá auknu þekkingu sem hefur orðið eftir að „global warming“ ógnin var fundin upp á árunum kringum 1990.

[Einar Sveinbjörnsson, 2.11.2008 kl. 23:10]

Fín samantekt sem ég rakst eiginlega á fyrir hálfgerða tilviljun hjá þér Emil !

Kemur alls ekki á óvart að sveiflur í hafinu skýri stærsta hluta breytileikans í áratugasveiflunni.  Einmitt með sama hætti verða sveiflurnar í veðurfarinu hér út í Atlantshafinu svo magnaðar.  Sumar þessara sveiflna eru enn illa skýrðar og orsakasamhengið ekki alveg ljóst þótt endurkomutíminn sé sæmilega þekktur. Það er hins vegar varhugavert að blanda óhugsað auknum gróðurhúsaáhrifum við hinar náttúrulegu sveiflur nema með ákveðinni varúð.  Þú kemur líka inn á annað mikilvægt  orsakasamhengi af mannavöldum sem klárlega leiddi til tímabundinnar kólnunar af mannavöldum, nefnilega agnamengunin.  Á henni bar mest á eftirstríðsárunum og ef til vill aftur nú allra síðus árin og uppsprettan þá yfir SA-Asíu í stað N-Am og Evrópu áður. 

Þú gerir þér í ofanálag góða grein fyrir því hvað 11 ára sveiflan í sólinni hefur lítið að segja í heildarorkuflæðinu (0,1%).  Hins vegar eru lengri sveiflur í virkni og orkuflæði sólarinnar sem sýnt hefur verið fram á að hafa merkjanleg áhrif á hitafarið á jörðinni. 

Kveðjur

ESv