↑ Åter till BOKEN

Kapitel 10: Att spå klimat

Om gullhönor, klimatmodeller,
växthuseffekten och Le Chateliers princip

.
.

10.1   Att spå väder

Gullhöna, gullhöna flyg, flyg, flyg
I morgon blir det vackert väder

.                                       Barnramsa

Raketer stiger i vädret, man vädrar sitt rum, och det finns fortfarande kvar en och annan väderkvarn. Språkbruket visar att ordet väder ursprungligen stod för luft och vind. Numera omfattar begreppet väder inte bara vindstyrkor, utan även tillståndsvariabler som temperatur, lufttryck och luftfuktighet samt därav beroende företeelser som moln, dimma, nederbörd och åska.

”Det blir samma väder i morgon som idag” är ingen dålig spådom. Den träffar genomsnittligt rätt i ungefär två fall av tre. Mer än vad Väderlekstjänsten klarar av, sade man på skämt när jag var i skolåldern. Om det nu inte var på fullt allvar. Väderleksrapporterna på den tiden kunde nog slå fel ungefär en gång på tre, trots att man nöjde sig med att avge endygnsprognoser.

Numera är Väderlekstjänstens efterträdare SMHI (Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut) betydligt duktigare på att spå väder. Femdygnsprognoser har blivit vardagsmat. Under gynnsamma förhållanden anser sig meteorologerna kunna ge tillförlitliga prognoser uppåt tio dygn framåt. Sedan är det mer eller mindre kört vad tillförlitligheten beträffar. Att beräkna vädrets utveckling är nämligen så komplicerat att till och med superdatorer omsider går bet på uppgiften.

Huvudskälet till att vädret växlar är att instrålningen av solenergi, och därmed yttemperaturerna till lands och havs, är olika på olika ställen av jorden och vid olika tidpunkter på dagen. Det ger upphov till värmetransportprocesser som drivs av de uppkomna temperaturskillnaderna och tjänar syftet att utjämna dem. Sådan transport av värme kan ske genom ledning, strålning och konvektion. Det sistnämnda begreppet står för strömningsrörelser i luft och hav. Varm luft och varmt vatten stiger uppåt, kall luft och kallt vatten sjunker nedåt. Luften i högtrycksområden rör sig mot lågtrycksområden. Ju större tryckskillnaden är, desto kraftigare blåser det.

De fysikaliska principerna för värmetransporten är i stort sett kända och kan beskrivas matematiskt med strömningsmodeller. Enklare modeller tar endast hänsyn till luftströmmar. Generellare modeller tar även hänsyn till havsströmmar. I båda fallen löses problemet med den geografiska utsträckningen av strömningsrörelserna genom att man betraktar luft och hav som uppbyggda av ett stort antal småceller med kända lägen och kända initiala värden på diverse tillståndsvariabler. Sedan kan man med hjälp av differentialekvationer beskriva hur tillståndet i varje cell påverkar och påverkas av tillståndet i omgivande celler. Genom att låta en superdator lösa dessa ekvationer kan man stegvis räkna sig fram till hur det rådande vädret kommer att förändras med tiden.

Så vad är problemet? Datorer kan man väl lita på?

 

10.2   Felkällor i vädermodeller

Datorer räknar rätt, räknar snabbt, och är lydiga. Problemet är att man inte kan beordra en dator att räkna ut vad det blir för väder i morgon. Man kan bara skriva program som får datorn att genomföra beräkningar enligt de matematiska samband som preciseras av en viss vädermodell. Sådana beräkningar ger av flera skäl med säkerhet en felaktig bild av verkligheten.

Några felkällor är av rent matematisk art. Vädermodellernas differentialekvationer kan inte lösas exakt, utan man räknar fram approximativa lösningar genom ett stegningsförfarande. Vill man komma fram till en tiodygnsprognos, så kan man beräkna hur tillståndsvariablerna i modellens geografiska celler ungefärligen bör ändras den första sekunden, vad som sedan händer nästa sekund, och så vidare till dess man efter en miljon steg nått fram till tio dygn. Lösningen blir garanterat felaktig, men ju kortare steg man använder sig av, desto mindre blir felet.

Varför minskar man då inte steglängden till, säg, 1 mikrosekund? Det skulle visserligen betyda att det krävs en biljon beräkningar för att komma fram till tio dygn, men så många beräkningar klarar en bra superdator av på en sekund.

Problemet är att det skulle krävas en biljon beräkningar för varje geografisk cell i modellen. Delar vi in jordatmosfären i celler med en basyta på en gånger en kilometer och godtycklig höjd, så får vi 500 miljoner celler. Då innebär en biljon beräkningar per cell att det skulle ta mer än tio år för en bra superdator att räkna fram en tiodygnsprognos.

Meteorologer står alltså inför ett dilemma. Vill man ha tillfredsställande precisa resultat så måste man tidsmässigt räkna i mycket korta steg. Av samma skäl måste man rumsmässigt räkna med så små celler som möjligt. Dessutom vill man ha en cellindelning som inte bara täcker jordens yta, utan även delar in atmosfären i celler på höjden (och haven i celler på djupet). Men många celler och korta steglängder i tid kräver ett stort antal beräkningar. Hög matematisk precision kan endast köpas till priset av långa beräkningstider, varför datorernas snabbhet sätter en definitiv gräns för den precision man i praktiken kan uppnå. Det är inte för intet som meteorologer är tvungna att använda sig av kraftfulla superdatorer.

Det ovan beskrivna beräkningsförfarandet förutsätter vidare att man känner till hurdant vädret är vid en viss tidpunkt för att sedan kunna stega sig fram till hur det utvecklas. Man måste med andra ord mata in startvärden för tillståndsvariablerna i varje cell. Det är därför meteorologer lägger ner sådan möda på att mäta temperaturer, lufttryck, vindhastigheter och luftfuktighet vid ett stort antal mätstationer eller med hjälp av vädersatelliter. Likväl kan man inte undvika att startvärdena för flertalet celler blir mer eller mindre approximativa. Ibland för att vissa celler ligger fjärran från mätstationer, ibland för att mätstationer visar på olika värden inom olika delar av cellen.

Approximativa startvärden introducerar fel som ibland kan vara helt diskvalificerande. Sålunda observerade den amerikanske matematikern och meteorologen Edward Lorenz redan på 1960-talet att små skillnader i startvärden kan ge upphov till drastiskt olika framräknade bilder av vädret.86 Han gav uttryck för sina rön med den kända liknelsen att en fjärils vingslag i Brasilien kan orsaka en tornado i Texas. Startvärdesproblem av detta slag ges därför ofta beteckningen fjärilseffekten.

Kommer därtill att alla vädermodeller ger en förenklad matematisk bild av verkligheten. Det är omöjligt att ta hänsyn till alla faktorer som påverkar tillståndsvariablernas storlek. Man får nöja sig med de väsentligaste faktorerna.

För den som sysslat med stegvis lösning av differentialekvationer är det uppenbart att meteorologer har varit duktiga på att hitta optimala avvägningar mellan steglängder, cellstorlekar och beräkningsfel. Gissningsvis har man nått därhän genom att nogsamt analysera de fall där prognoserna slagit fel och korrigera modellerna så att felkällorna minimeras. Det har man haft gott om tid att göra sedan de datorbaserade prognoserna slog genom för några decennier sedan. Miljontals prognoser har utfärdats och kunnat jämföras med verkligheten redan efter några dygn.

Men inte ens duktiga meteorologer kan undvika komplikationen att varje tidsmässigt steg i beräkningsproceduren ger upphov till fel som ackumuleras och alltmer fjärmar modellresultaten från verkligheten. Små fel växer sig omsider så stora att beräkningarna helt spårar ur och modellens förutsägelser inte längre har något signifikant prognosvärde. Den gränsen går för närvarande normalt vid cirka tio dygn.


86  
E. N. Lorenz, 1963, Journal of Atmospheric Sciences20:130

 


10.3   Klimatmodeller

Gullhönor (dvs. nyckelpigor) kan ge vackert väder. Men de lär aldrig ge något vackert klimat, trots att det senare bestäms av vädret. Klimat är nämligen vädret utjämnat över en längre period, vanligen angiven till minst trettio år. Därmed växlar klimatet inte mellan bra och dåligt, åtminstone inte över en natt.

Klimatologer intresserar sig för samma tillståndsvariabler som meteorologer, men endast med avseende på medelvärden. Man karakteriserar och försöker förklara regionala skillnader i genomsnittliga temperaturer, vindhastigheter och vindriktningar, nederbördsmängder, frekvensen av stormar och åskväder, och mycket annat. Vad gången tid beträffar kan man hämta erforderlig information från tillgänglig meteorologisk statistik. Det framtida klimatet försöker man skapa sig en bild av med hjälp av klimatmodeller.

När man som klimatolog vill karakterisera det framtida klimatet måste man definitionsmässigt utgå från det förmodade framtida vädret. Klimatmodeller är därför i princip vädermodeller, modifierade med tanke på att man vill kunna beräkna vädret årtionden eller århundraden framöver. Det innebär att man måste använda sig av större tidsmässiga steglängder och en grövre cellindelning än vad meteorologerna nyttjar sig av. En typisk ytmässig cellstorlek för globala klimatmodeller är tio gånger tio mil, och i höjdled räknar man med uppåt trettio skikt.

Vidare måste klimatmodeller ta hänsyn till variabler som kan betraktas som konstanter över de kortare tidsperioder som meteorologernas prognoser avser. Dit hör till exempel luftens halt av koldioxid och luftföroreningar, samt solaktiviteten. Man lägger stor vikt vid jordens strålningsbalans och beaktar till exempel förmodade återkopplingar mellan temperaturer och modellvariabler som moln, vegetation, samt is- och snötäcken.

Klimatmodeller innehåller därför ett större antal karakteriserande samband än vädermodeller. Några av sambanden kan, bland annat på grund av cellernas storlek, inte uttryckas med exakta ekvationer. I sådana fall använder man sig av approximationer baserade på förenklade ekvationer med parametervärden som saknar egentlig fysikalisk mening. Det gäller till exempel molnbildningen.

Det finns ett femtiotal forskningsinstitut som konstruerat och bedriver studier med hjälp av avancerade klimatmodeller. Varje institut har sin egen syn på den detaljerade utformningen av modellens matematiska ekvationer och valet av parametervärden. De olika modellernas förutsägelser varierar därför starkt, trots att man åtminstone under det senaste decenniet sökt nå en samsyn beträffande den postulerade storleken av de mest kritiska parametervärdena.

 

10.4   Kan klimatmodeller spå väder?

Svaret på den frågan har du troligen redan kommit fram till på egen hand. Klimatmodeller har långt sämre förutsättningar än vädermodeller att kunna förse oss med tillförlitliga väderprognoser. Startvärdesproblemen blir ohanterliga87 (det ryms alldeles för många fjärilar inom en cell med 10×10 mils yta och hundratals meters höjd), att lösa modellernas icke-linjära differentialekvationer kräver även i andra avseenden information på en ouppnåelig detaljnivå,88 och inslagen av approximativa samband introducerar så kallade irreversibla fel som växer sig allt större ju längre tid man stegar sig fram i beräkningarna.89 Klimatmodeller kan inte ens användas för att göra en vettig tvådygnsprognos. Det finns ingen som helst möjlighet att en klimatmodell ska kunna förutsäga hur vädret kommer att bli om några år, decennier eller århundraden.

Nej, just det, säger skeptiker. Kan man inte förutsäga det framtida vädret, så kan man inte heller uttala sig om det genomsnittliga vädret, dvs. det framtida klimatet.

Jo, det kan man visst, genmäler alarmisterna. Klimatmodeller kan inte spå väder i detalj, men ger enligt IPCC en tillförlitlig bild av det genomsnittliga vädret. IPCC anför som liknelse att ingen kan förutsäga exakt när en människa ska dö. Däremot går det att förutsäga hennes genomsnittliga dödsålder.

Grunden för IPCC:s resonemang är att lösningarna till klimatmodellernas differentialekvationer i vissa avseenden kan förväntas svara mot sluttillstånd som är allmänt karakteristiska för systemet och därför uppnås oberoende av vilka startvärden man utgått från. Alla lösningar bör till exempel förutsäga att vintern är kallare än sommaren och polarområdena kallare än tropikerna. Lägger man dessutom in ekvationer som föreskriver att koldioxidens växthuseffekt är av signifikant styrka, så bör lösningarna svara mot ett sluttillstånd med förhöjda temperaturer. Sådana allmänna egenskaper av sluttillståndet försöker klimatologerna bilda sig en uppfattning om genom att räkna fram ett stort antal modellförutsägelser om det framtida vädret för olika uppsättningar av startvärden. Sedan tar man medelvärdet av resultaten som en skattning av det framtida vädrets sluttillstånd och gör det till en förutsägelse av det framtida klimatet.

Förfarandet vittnar om att klimatmodellerarna har tagit alldeles för lätt på den framförda kritiken. Faktum är att klimatmodeller går bet på att lösa uppgifter (t. ex. femdygnsprognoser) som vanliga vädermodeller klarar av. Det betyder att klimatmodellernas beräkningar spårar ur och blir felaktiga på ett tidigt stadium av stegningsförfarandet på grund av för stora tidsmässiga steglängder eller för grov rumsmässig cellindelning eller bådadera. Hur mycket och i vilken riktning enskilda variabler spårar ur är det ingen som vet, för det kräver kännedom om de exakta lösningarna. Denna osäkerhet gäller inte minst de framräknade temperaturerna. Därför finns det inget skäl att se modellvädren som något annat är en räknemässig förvrängning av diverse startväder. Modellvädrens relation till det verkliga framtida vädret förblir okänd.

Förekomsten av irreversibla fel innebär att det som modellerna räknar fram är garanterat felaktiga lösningar till modellekvationerna. Det finns ingen som helst anledning att tro att medelvärdet av ett stort antal felaktiga lösningar ska ge någon godtagbar beskrivning av det sluttillstånd som svarar mot den exakta lösningen. Det är förvisso enkelt att räkna ut människors medellivslängd om man har tillförlitlig statistik över individers ålder vid dödsfallet. Men har statistiken sammanställts av en sifferblind som alltid beräknar åldrar fel, så är det föga troligt att de felaktiga åldersuppgifterna ger någon vettig information om den verkliga medellivslängden.

Den brittiske klimatdebattören Lord Monckton har gett uttryck för bristen på kännedom om vad klimatmodellernas urspårade stegningskalkyler omsider ger för slutresultat genom att dra paralleller mellan modellerarnas situation och den som Christopher Columbus en gång befann sig i:90

     When he set out for the Americas, he did not know where he was going;
.    
on the way there, he did not know what route he was following;
    when he got there, he did not know where he was;
.     when he returned he did not know where he had been;
.     and, like very nearly every climate scientist worldwide, he did the whole thing on taxpayers’
.     money.

Lord Moncktons avslutande gliring i citatet kan man ha förståelse för. Som politiker vet han hur kostsamma de senaste decenniernas satsningar på klimatforskning har varit, och vilka enorma merutgifter de västerländska samhällena dragit på sig på grund av klimatmodellernas förutsägelser. Hävdar klimatologer att de kan presentera tillfredsställande numeriska lösningar till de ekvationer som deras klimatmodeller bygger på, så måste de framlägga bevis. Att lösa ekvationer och utföra felanalyser faller inom ämnesområdena matematik och numerisk analys, exakta vetenskaper som inte nöjer sig med förmodanden och trosbekännelser utan kräver bevis.

Några sådana bevis har inte lagts fram, och vi lär knappast heller få se dem i framtiden. Ett grundläggande problem i sammanhanget utgörs nämligen av vädrets kaotiska natur, något som Lord Monckton framhöll i sin artikel. Vädrets kaotiska beteende låter sig enligt en specialist på kaosteori inte medelvärdesutjämnas ens över hundratals år, varför även klimatet uppvisar kaotiska inslag.91 IPCC har inte förmått tillgodogöra sig den kunskap man förmedlade i 2001-års rapport:

      The climate system is a coupled non-linear chaotic system,
.      and therefore the long-term prediction of future climate states is not possible.

Klimatmodellerarna befinner sig enligt min mening i samma frustrerande situation som till exempel kvantkemister ofta hamnar i när de vill studera komplexa system: Det går att sätta upp matematiska ekvationer som beskriver systemets beteende, men det saknas datorkraft nog att lösa ekvationerna.

I sådana fall måste man svälja förtreten och acceptera att den väg man gärna skulle vilja gå är oframkomlig. Att fortsätta ett stegvis beräkningsförfarande efter det att beräkningarna spårat ur kan inte ge någon trovärdig information i system där urspårningen ger upphov till irreversibla fel. Vad klimatmodellerna efter urspårningen räknar sig fram till är hur det framtida vädret (och därmed klimatet) garanterat inte kommer att se ut under de för beräkningarna angivna förutsättningarna.

För närvarande har det endast befästs vara möjligt att skaffa sig tillförlitlig kvantitativ information om framtidens väder (och därmed klimat) genom att beräkna utvecklingen av det nuvarande vädret med metoder som håller beräkningsfelen inom acceptabla ramar. Ur vetenskaplig aspekt är det fullt befogat att inta ståndpunkten att klimatmodeller inte kan spå klimat över längre tidsperioder än de kan spå väder.

Fortsättningsvis kommer jag likväl att diskutera klimatmodellernas förutsägelser som om de vore tillförlitliga beskrivningar av lösningen till modellernas matematiska samband. Inte för att jag tror att så är fallet, utan för att klargöra hur lösa grunder klimatmodellernas förutsägelser vilar på även i andra avseenden. Låt oss börja med att granska vad modellerna säger om 1900-talets globala uppvärmning.

 

87   O. H. Pilkey & L. Pilkey-Jarvis, 2007, Useless Arithmetic: Why Environmental Scientists Can’t Predict
     the Future
, Columbia University Press
88   F. Giorgi, 2005, Climatic Change 73:239
89   J. C. McWilliams, 2007, Proceedings of the National Academy of Sciences 104:8709
90   C. Monckton of Brenchley, The Mathematical Reason why Long-Run Climatic Prediction is Impossible,
.      Science and Public Policy Institute May 2007
91   A. Edmonds, 2011, http://wattsupwiththat.com/2011/06/13/the-chaos-theoretic-argument/

 


10.5   Kan klimatmodeller återge historiska temperaturer?

With four parameters, I can fit an elephant.
With five parameters, I can make him wiggle his trunk
.                            
Matematikern John von Neuman

Klimatmodeller innehåller ett stort antal parametrar som saknar fysikalisk mening eller vars värden av andra skäl är okända och inte enkelt kan bestämmas på experimentell väg. I stället bestäms sådana justerbara parametervärden subjektivt, bland annat enligt kriteriet att den utvalda kombinationen av värden ska ge modellförutsägelser som stämmer tillfredsställande med 1900-talets observerade klimat. Normalt är det den globala temperaturkurvan man anpassar modellen till, eftersom temperaturen vanligen betraktas som den intressantaste variabeln.

Samtliga IPCC-stödda klimatmodeller förmår därför förklara grova drag av 1900-talets globala uppvärmning. Betyder inte det att modellerna är räknemässigt tillförlitliga och användbara för att förutsäga framtida temperaturer? Nej, det gör det inte! Med ett stort antal justerbara parametrar kan man få en god anpassning av i stort sett vad som helst (även systematiskt felaktiga lösningar) till i stort sett vilken kurva som helst. Man kan konstruera ett oändligt antal modeller som ger en minst lika god beskrivning av 1900-talets temperaturer, men som leder till andra förutsägelser rörande de framtida temperaturerna.

Dessutom är klimatmodellernas simulering av 1900-talets temperaturutveckling inte speciellt god. Den markanta temperaturtoppen runt 1940 flackas till exempel ut och hamnar runt 1960 enligt ett antal typiska modeller som analyserats av IPCC och andra.92 Oceanernas temperaturoscillationer beskrivs inte av de modeller och parameteruppsättningar som hittills använts för att spå klimat. Ej heller har någon av de IPCC-stödda modellerna kunnat förklara långsiktiga temperaturvariationer som de holocena värme- och köldperioderna.

Det betyder inte att modellerna är ointressanta. Tvärtom är modellstudier helt nödvändiga för att vi ska kunna skaffa oss en god förståelse av fenomen som El Niño, eller oceanernas multidekala temperaturoscillationer, och därmed omsider av väder och klimat. Men vägen dit är lång, och vägen till prognostiskt tillförlitliga klimatmodeller är ännu längre.

Modellering av ett så komplext fenomen som klimatet ger ett synnerligen stort utrymme för subjektiva värderingar. Konstruktörerna av modellen avgör vilka faktorer de anser vara av betydelse för den globala temperaturutvecklingen och därmed tar hänsyn till i sin modell. Konstruktörerna avgör till exempel om växthuseffekten ska tas med, hur stark den ska göras, och vilka återkopplingar den ska anses ge upphov till. Konstruktörerna bestämmer om, hur, och i vilken grad modellen ska ta hänsyn till solaktiviteten och andra naturliga källor till temperaturvariationer. Deras beslut och val av parametervärden i alla dessa avseenden är helt avgörande för vilka resultat modellberäkningarna ger.

De IPCC-stödda klimatmodellerna har konstruerats av alarmister som varit övertygade om att antropogena utsläpp av koldioxid ger upphov till en skrämmande stark global uppvärmning. Det är därför modellerna säger att så är fallet. När skeptiker står för valet av temperaturpåverkande faktorer och parametervärden ger modellerna ett helt annat utfall (Avsnitt 11.8).

 

 


10.6   Växthuseffekten

Fysikern Gerhard Gerlich karakteriserar i flera avseenden alarmisternas och IPCC:s teoretiska beskrivning av växthuseffekten som rent nonsens.93 Han påpekar att kalkyler av strålningsbalanser representerar ett fyrdimensionellt problem (tid och 3D-rum) som medför att de strålningsbalanserande temperaturerna varierar för varje individuell plats på jorden vid varje specifik tid på dygnet och året. Gerlich härleder ekvationer för dessa variationer och konstaterar att vi för närvarande inte har datorkraft nog att lösa ekvationerna. Klimatologernas beskrivning av växthuseffekten har även kritiserats av Kramm & Dlugi i en serie teoretiskt inriktade artiklar.94 I likhet med Gerlich hävdar de senare författarna att klimatmodellernas grundläggande ekvationer rörande strålningsbalansen saknar tillfredsställande förankring i fysikaliska lagar. Många fysiker har föredragit att tolka luftens temperaturgradienter som en effekt av gravitationens inverkan på luftmolekylernas lägesenergi, ett tankesätt som även astronomer applicerat i sin beskrivning av andra himlakroppars atmosfärer.

Klimatologer har inte hämmats av att problemet rörande jordens strålningsbalans inte kan lösas exakt i fyra dimensioner. Redan i början av 1900-talet härleddes endimensionella ekvationer för värmestrålning från jordytan till rymden i närvaro av en växthusgas. På basis av liknande ekvationer och allmänna strömningsmodeller konstruerade den amerikanske klimatologen James Hansen under 1980-talet den första moderna klimatmodellen.95

Hansen fann att koldioxidens direkta växthuseffekt medför att jordens globala årsmedeltemperatur kan förväntas öka med ungefär 1 ˚C vid en fördubbling av luftens koldioxidhalt. Denna skattning förefaller vara allmänt accepterad bland klimatologer och ligger till grund för de parametervärden som klimatmodeller normalt använder för att beskriva den direkta växthuseffektens styrka.

Under perioden 1975–2000 steg luftens koldioxidhalt från 330 ppm till 370 ppm. dvs. ökade 1,12 gånger vilket är bra mycket mindre än en fördubbling. Samtidigt steg den globala yttemperaturen 0,5 ˚C, ungefär fem gånger mer än vad koldioxidens direkta växthuseffekt kan medföra enligt de fysikaliska samband Hansen utvärderat. Det har fått skeptiker att dra slutsatsen att växthuseffekten endast kan svara för en ringa del av den observerade uppvärmningen.96

Men Hansen själv hävdade att hans modell visade att växthuseffekten svarat för större delen av 1900-talets uppvärmning och dessutom förutsade att vi står inför en katastrofal global uppvärmning på grund av utsläppen av antropogen koldioxid. I en tidningsintervju 1986 förklarade han att den globala årsmedeltemperaturen skulle höjas 1–2 ˚C under 2000-talets första decennium.97 I sitt kända vittnesmål om klimatförändringar inför den amerikanska kongressen år 1988 hade han modifierat spådomen till 0,4 ˚C per decennium för det troligaste framtida utsläppsscenariot.

Hansens skrämmande spådomar gjorde honom till fader för klimatalarmismen i dess moderna tappning. Modellförutsägelserna om en kraftig framtida global uppvärmning hade han fått fram genom att foga ytterligare en central hypotes till det alarmistiska budskapet: Koldioxidens växthuseffekt förstärks genom en kraftig positiv återkoppling. Den direkta växthuseffekten anses leda till en temperaturhöjning som flerfaldigas genom att minska mängden avkylande moln eller genom att öka luftens halt av vattenånga som är den väsentligaste växthusgasen.

Förstärkningsfaktorn för den postulerade återkopplingen valde Hansen på sådant sätt att modellerna kunde framställa det sena 1900-talets globala uppvärmning som en huvudsaklig följd av växthuseffekten. Det ger ännu ett exempel på hur en forskare låtit sig styras av sina förväntningar. Hansen vägrade att godtaga de resultat som föreskrevs av modellens fysikaliskt belagda parametervärden. I stället tvingade han modellen att ge det svar han själv vill ha genom att lägga in en subjektivt vald förstärkningsfaktor. Hansen visste vilket svar han ville ha och såg till att han fick det.

Konstruktörerna av samtliga IPCC-stödda klimatmodeller har gått i Hansens fotspår. Den direkta växthuseffekten har på empiriskt obefästa grunder förutsatts vara förstärkt 2–4 gånger (IPCC, 2007) genom postulerade positiva återkopplingar.

Men hur ofta påträffar man positiva återkopplingar i naturen?


93   G. Gerlich & R. D. Tscheuschner, 2009, International Journal of Modern Physics23:275
94   G. Kramm & R. Dlugi, 2011, Natural Sciences 3:971
95   J. Hansen et al., 1984, Meteorological Monographs29:130
96   R. Lindzen, 2001, Vittnesmål inför USA:s Senate Commerce Committee, 1 May 2001
97   J. Hansen, The Miami News 11 juni 1986, p. 1

 

 

10.7   Le Chateliers princip

Som kemist får man tidigt höra talas om Le Chateliers princip. Den säger att ändringar av variabler som påverkar en reaktion i jämvikt leder till ett gensvar som motverkar variabeländringarna. Ökar man till exempel koncentrationen av ett ämne, så påskyndar detta enligt massverkans lag alla reaktioner som förbrukar ämnet och motverkar därigenom koncentrationsökningen. Ökar man temperaturen, så kommer jämvikten att förskjutas åt det håll som leder till förbrukning av värme. Inom kemin påträffar man så gott som enbart exempel på sådan stabiliserande negativ återkoppling.

I vidare bemärkelse säger Le Chateliers princip att naturen har en tendens att motverka alla försök att påverka dess tillstånd. Denna negativa återkoppling är en självklar följd av att naturen spontant tenderar att anta ett så stabilt energitillstånd som möjligt. Lösa stenar ansamlas vid bergets fot, inte på bergets topp. Vill man ha upp en sten på bergstoppen gör tyngdkraften motstånd och man måste tillföra energi i form av arbete för att få upp stenen.

Även processerna som bestämmer väder och vind bestäms basalt av negativa återkopplingar enligt Le Chateliers princip. Solens uppvärmning av land och hav motverkas av att värmen transporteras bort genom ledning, strålning och konvektion. Dessutom ökar avdunstningen av vatten, vilket likaså förbrukar värme.

Den senare värmeförbrukningen måste rimligen vara mera betydelsefull än det värmetillskott den ökade luftfuktigheten skulle kunna ge på grund av växthuseffekten. Eljest skulle jordens oceaner ha avdunstat för länge sedan. Därför verkar det orimligt att tro att koldioxidens växthuseffekt ska kunna förstärkas av en positiv återkoppling som förmedlas av vattenavdunstning. År 2012 redogjorde fysikern Clive Best för en analys av temperatur- och fuktighetsförhållandena vid 5 500 globalt spridda meteorologiska mätstationer.98 Han fann att vattenångans effekt på temperaturutvecklingen svarar mot en negativ återkoppling. Det är också vad man skulle förvänta sig enligt Le Chateliers princip.

Meteorologiska data visar att höga temperaturer genomsnittligt är förenade med mindre molnighet. Denna korrelation har anförts som belägg för att koldioxidens växthuseffekt förstärks av en positiv återkoppling förmedlad av temperaturens effekt på mängden avkylande moln. Korrelationen förblir dock tvetydig så länge man inte har kunnat fastställa orsakssambanden. Är det värmen som får moln att försvinna (positiv återkoppling), eller är det frånvaron av moln som gör att det blir varmt? Under år 2012 har astrofysiker,99 geografer100 och miljöforskare101 presenterat data som stöder det senare alternativet, dvs. som visar att återkopplingen i själva verket är negativ.

Snö och is ökar jordens reflektionsförmåga och sänker därigenom den strålningsbalanserande temperaturen. Isbildning brukar därför anföras som ett tydligt exempel på att sjunkande temperaturer kan förstärkas genom positiv återkoppling. I själva verket betäms energetiken för isbildning av ett stort antal faktorer, där den mest omedelbara ger ett typiskt exempel på stark negativ återkoppling enligt Le Chateliers princip.

När vatten fryser till is frigörs nämligen osedvanligt mycket värme, närmre bestämt så mycket att den skulle kunna upphetta samma mängd vatten från 0 till 80 ˚C. Vinterns temperatursänkning motverkas därför mycket kraftigt av den värme som frigörs genom isbildning. Vårvärmens ankomst till nordliga nejder motverkas analogt av att avsmältningen av is- och snötäcken förbrukar enorma mängder värmeenergi. Det är först när avsmältningen med dess negativ återkoppling avslutats som den ökade solinstrålningen kan nyttjas fullt ut för att värma mark, vatten och luft. Det är svårt att hitta tydliga exempel på positiv återkoppling i naturen.

Alarmisternas hypotes att växthuseffekten kraftigt förstärks genom positiv återkoppling strider mot Le Chateliers princip, vilken återspeglar grundläggande termodynamiska samband. Det är skäl nog att betrakta hypotesen med skepsis. I nästa avsnitt ska jag kort beröra vad som framkommit vid försök att testa hypotesens giltighet på empirisk väg.


98   
C. Best, 2012, http://clivebest.com/blog/?p=3597

99   
B. A. Laken & E. Pallé, 2012, Journal of Geophysical Research 111:D13103
100  H. Cho et al., 2012, Geophysical Research Letters 39:L18802
101  Q. Tang & G. Lang, 2012, Environmental Research Letters 7:014004

 


10.8   Empiriska studier av klimatkänsligheten

Vid diskussioner av växthuseffektens styrka använder klimatologer begreppet klimatkänslighet för att beteckna den temperaturökning som åstadkoms av en fördubbling av luftens koldioxidhalt. I modelleringssammanhang ges klimatkänsligheten av Hansens värde för den direkta växthuseffektens styrka (≈ 1 ˚C), multiplicerad med de förstärkningsfaktorer som byggts in i modellerna med hänvisning till påstådda positiva återkopplingar.

Under det senaste decenniet har flera forskare försökt skatta klimatkänslighetens storlek på basis av meteorologiska observationer rörande koldioxidhalter, temperaturer, avdunstning, molnbildning, luftföroreningar, med mera. Lord Monckton har sammanfattat resultat av sådana studier i en rapport där han även redovisar egna analyser.102 Han påpekar att klimatkänsligheten befunnits vara större än 1 ˚C i fyra av studierna, men ungefär 1 ˚C i åtta studier. Det senare värdet är också vad han själv upprepade gånger kommer fram till i sina analyser. Därför drar han slutsatsen att den direka växthuseffekten troligen varken förstärks eller försvagas av några återkopplingar, utan är av den styrka man skulle förvänta sig enligt Hansens teoretiska beräkningar.

Den stora skillnaden mellan olika forskargruppers skattningar av klimatkänsligheten återspeglar svårigheterna med att beräkna denna från meteorologiska data. Sådana data bestäms av en mångfald samverkande faktorer med osäker relation till växthuseffekten och strålningsbalansen. Sedan 1985 har det emellertid även genomförts satellitmätningar av den utgående strålningen från jorden. Det har försett forskarna med mätdata som direkt kan jämföras med klimatmodellernas beskrivning av strålningsbalansen.

Klimatologen Roy Spencer är vetenskaplig ledare för den amerikanska rymdstyrelsens satellitmätningar av jordens värmeutstrålning. Spencer har i en serie artiklar hävdat att jordatmosfären tillåter ett långt större utsläpp av infraröd strålning än vad klimatmodellerna föreskriver. Slutsatsen grundar sig bland annat på fasanalyser som inte är helt lätta att förstå sig på.103

En mera lättförståelig studie har genomförts av Lindzen och medarbetare.104 De identifierade ett antal tidsintervall då de tropiska yttemperaturerna till havs ökat snabbt under perioden 1985–2007. Sedan analyserade de vilket gensvar detta fått i satellitdata för jordens energiutstrålning, vilket kräver beaktande av den tidsmässiga eftersläpningen. Resultaten ledde till slutsatsen att samtliga elva testade IPCC-stödda klimatmodeller överdrivit växthuseffektens styrka. Lindzen-gruppens skattning av klimatkänsligheten var 0,7 ˚C.

År 2013 meddelade den svenske forskaren Pehr Björnbom att han med annan teknik för analys av satellitbestämda strålningsdata fått resultat som stöder de slutsatser som dragits av Spencers och Lindzens forskargrupper.105 Björnbom fann att klimatkänsligheten är 0,2 ˚C vid markytan och 0,7 ˚C vid atmosfärens övre skikt.

Föreliggande empiriska data för jordens strålningsbalans tyder alltså på att alarmisternas skattning av klimatkänsligheten (2–4 ˚C) är för hög, något som även IPCC bedömt som möjligt i 2013-års rapport. Accepterar man Hansens skattning att den direkta växthuseffekten svarar mot klimatkänsligheten 1 ˚C, så tycks den observerade växthuseffekten vara försvagad av negativ återkoppling snarare än att vara förstärkt av positiv återkoppling.

Vid en markstation i USA har man sedan 1997 registrerat atmosfärens nedåtriktade utstrålning av infrarött ljus. År 2011 presenterades en analys av dessa data (800 000 spektra).106 Efter bortfiltrering av dagliga och årtidsvisa variationer fann man att den nedåtriktade värmestrålningen visat en statistiskt signifikant trend att minska under hela mätperioden. Det är en betydelsefull observation, eftersom luftens halt av växthusgaser hela tiden ökat sedan 1997 och därmed borde ha lett till ökad återstrålning av energi enligt det alarmististiska synsättet. Utsläppen av antropogena växthusgaser har alltså inte haft någon påvisbar inverkan på strålningsbalansen ens när de varit som störst.

 

102   C. Monckton of Brenchley, Empirical Determination of Climate Sensitivity,
.        Science and Public Policy Institute 28 Sept 2011
103   R. W. Spencer & W. D. Braswell, 2010, Journal of Geophysical Research 115:D16109
104   R. S. Lindzen & Y.-S. Choi, 2011, Asia-Pacific Journal of Atmospheric Science 47:377
105   P. Björnbom, 2013, Earth System Dynamics Discussions 4:25
106   P. J. Gero & D. D. Turner, 2011, Journal of Climate 24:4831

 


10.9   Klimatmodellerna och temperatureffekter

Analyserna i Kapitel 9 tyder på att klimatologer och klimatmodellerare står inför ett återkopplingsproblem av helt annan art än de som diskuteras i föregående tre avsnitt: Koldioxid främjar på grund av växthuseffekten sin egen frisättning genom termisk avgasning av hydrosfären. De IPCC-stödda klimatmodellerna bortser från denna komplikation och förutsätter att luftens koldioxidhalt är temperaturoberoende.

Det är en orealistisk förutsättning, likvärdig med att betrakta termisk avgasning och de temperaturberoende fluktuationerna av Mauna Loa-kurvan som obefintliga fenomen. Den som vill arbeta med realistiska klimatmodeller måste ta hänsyn till temperaturens inverkan på luftens koldioxidhalt. Det kräver stora omarbetningar av datorprogrammen och en helt ny beräkningsstrategi för kalkylerna av växthuseffekter och framtida temperaturer. Komplikationen att beräkningen av framtida temperaturer kräver kännedom om de framtida temperaturerna är möjligen hanterbar, men den kan inte negligeras.

Att de IPCC-stödda klimatmodellerna ignorerar temperatureffekter på luftens koldioxidhalt är en stor svaghet som redan den ger oss anledning nog att misstro modellernas förutsägselser rörande den framtida globala temperaturutvecklingen och eventuella mänskliga bidrag till densamma.

Ur vetenskaplig aspekt avgörs en modells användbarhet som prognosinstrument emellertid ytterst av dess förmåga att leda till korrekta förutsägelser. Nästa kapitel behandlar vad som framkommit beträffande hittills konstruerade klimatmodellers prognosförmåga.