Maallikon selitys ilmastomallien virheistä

Maallikon selitys miksi Maapallon lämpenemistä ennustavat ilmastomallit ovat väärässä

Kirjoittanut Roy W. Spencer, fil.tri (alkuperäinen teksti), tekstin käännös Arto Keränen, kuvien käännös ja tekstin oikoluku Pasi Matilainen, julkaistu kirjoittajan luvalla

23-ipcc-climate-models1

Kuulen silloin tällöin valitettavan että jokin kirjoittamani on liian teknistä ymmärrettäväksi. Tämä on varmasti totta. Ilmasto on monimutkainen järjestelmä ja keskustelu maapallon lämpenemiseen (nk. ”ilmastonmuutos”) liittyvästä tieteestä käy äkkiä tekniseksi.

Onneksi ilmastomallien vakavin ongelma (mielestäni) on sellainen, jonka yleisö helposti ymmärtää. Aion siis vielä kerran yrittää selittää miksi kaikki 23 YK:n IPCC:n seuraamaa ilmastomallia ennustavat liian suurta lämpenemistä tulevaisuudessa. Tarkoittamani perusongelma on vertaisarvioitu ja julkaistu, joten sitä ei voi kovin helposti hylätä.

Tällä kertaa en aio käyttää käyriä (!) sekä aion käyttää vain yhtä lukua (!!), joka tulee olemaan pieni. Teen sen kolmessa vaiheessa: Ensin käytän esimerkkinä liedellä olevaa vesikattilaa ja osoitan miksi lämpötilat (kuten maapallon) nousevat ja laskevat.

Toiseksi, kuvailen miksi niin monet “ilmastomalliasiantuntijat” uskovat, että CO2:n lisäys ilmakehään aiheuttaa ilmaston suuren, mahdollisesti katastrofaalisen lämpenemisen.

Lopuksi aion osoitttaa kuinka Luontoäiti on harhauttanut ilmastoasiantuntijoita ohjelmoimaan ilmastomallinsa toimimaan virheellisesti.

Osa tästä materiaalista löytyy siroteltuina muilta web-sivuiltani, mutta olen tässä yrittänyt luoda loogisen ketjun tärkeimmistä käsitteistä sekä minimoimaan tekniset detaljit. Tulen mahdollisesti editoimaan tätä kirjoitusta sitä mukaa kun kysymyksiä esitetään ja kun löydän parempia tapoja muotoilla asioita.

Maanpallon ilmasto Verrattuna liedellä olevaan vesikattilaan

Ennen kuin keskustelemme siitä, mikä voi muuttaa maapallon keskilämpötilaa, aloittakaamme yksinkertaisella esimerkillä – vesikattila liedellä. Kuvittele, että on kyseessä kaasuliesi, jonka liekki on säädetty alimmilleen, niin että vesi lämpenee mutta ei kiehu. Alussa kattila on ilman kantta.

2-pots-on-stove

Liekki lämmittää tietysti kattilaa ja vettä, mutta noin 10 minuutin kuluttua lämpötila ei enää nouse. Kattila ei enää lämpene, kun se saavuttaa tasapainotilan, jossa kattilan kylmempään ympäristöön menettämä lämpö on yhtä suuri kuin liedeltä tuleva lämpö. Kattila lämpeni niin kauan kuin noiden kahden energiavirtojen tasapainottomuus vallitsi, mutta heti kun kattilan lämpöhäviö nousi samaksi kuin lieden antama lämpö niin lämpötilanmuutos pysähtyi.

Kuvitellaan että lisäämme lämpöä hieman. Tämä aiheuttaa jälleen väliaikaisen epätasapainon lisätyn energian ja energiahäviön välillä, joka taas lämmittää kattilaa lisää. Kun kattila lämpenee, se menettää yhä enemmän energiaa ympäristöön. Lopulta saavutetaan uusi korkeampi lämpötila, jossa energian lisäys ja häviö ovat jälleen tasapainotilassa.

Mutta on myös toinen tapa lämmittää kattilaa kuin lämmön lisääminen. Voimme vähentää jäähtymistä. Jos laitamme kattilan päälle kannen, kattila lämpenee, koska lämpöä poistuu vähemmän kuin lämpöä lisätään. Tässä tapauksessa kattilan lämpötila ei nouse koska lämpöä lisätään, vaan koska kattilasta karkaa vähemmän lämpöä.

Maapallon lämpeneminen

Esimerkki, jossa kattila lämpenee liedellä, on periaattessa sama kuin ilmastonmuutos yleensä, ja maapallon lämpenemisteoria erityisesti. Energiavirtojen suuntien vaihtelut ilmastossa aiheuttavat yleensä lämpötilan muutoksen. Ilmaston (ilmakehä, meri ja maa) keskilämpötila pysyy samana vain niin kauan kuin auringosta tulevan energian määrä on sama kuin avaruuteen karkaavan infrapunasäteilyn määrä. Tämä on näytetty seuraavassa kuvassa:

global-energy-balance

Näin myös Maan keskilämpötila (kuten vesikattila liedellä) muuttuu vain kun saapuvan ja poistuvan energian määrien välillä vallitsee tasapainottomuus. Tämä tarkoittaa sitä, että mikä tahansa, yllä olevassa kuvassa, voi muuttaa energiavirtojen määrää – ilmastoon sisään tai ulos – ja siten voi aiheuttaa maapallon lämpenemistä tai jäähtymistä.

Tapauksessa, jossa ihminen aiheuttaa maapallon lämpenemisen, oletetaan, että hiilidioksidin lisäys ilmakehään vähentää Maan jäähtymistä avaruuteen. Tämä tapahtuu jo luonnollisesti ilmakehän nk. ”kasvihuoneilmiön” kautta. Se on prosessi, jossa vesihöyry, pilvet, hiilidioksidi ja metaani toimivat ”säteilevänä huopana,” joka eristää alempaa ilmakehää ja maanpintaa sekä nostaa Maan pinnan keskilämpötilaa keskimäärin 33 asteella.

Maan luonnollinen kasvihuoneilmiö on kuin liedellä olevan kattilan kansi. Kansi vähentää kattilan jäähtymistä ja pitää vesikattilan keskimäärin lämpimämpänä kuin se olisi ilman kantta. (En usko että kasvihuoneilmiötä kuvaillaan muualla eristeeksi – kuin huopa – mutta uskon sen olevan mitä tarkin analogia.) Samoin Maan luonnollinen kasvihuoneilmiö pitää alemman ilmakehän ja pinnan lämpimämpänä kuin jos ei kasvihuoneilmiötä olisi. Enemmän hiilidioksidia ilmakehässä siis vahvistaa jonkin verran ilmiötä.

Kuten vesikattilan tapauksessa, toinen tapa lämmittää on energian lisääminen – Maan tapauksessa se on auringonvalo. Huomaa ettei se välttämättä vaadi auringon tehon lisäämistä. Muutos missä tahansa niistä lukuisissa prosesseissa, jotka ohjaavat Maan keskimääräistä pilvipeitettä voi myös aiheuttaa sen.

Esimerkiksi IPCC mainitsee ihmisen aiheuttamien aerosolien muuttavan Maan pilvisyyttä… Mutta he eivät koskaan mainitse sitä mahdollisuutta, että ilmasto voi muuttaa omaa pilvipeitettään.

Jos auringonvaloa takaisin avaruuteen heijastava pilvipeite vähenee, esimerkiksi merten tai ilmakehän kiertoliikkeiden muuttumisen vuoksi, niin meret absorboivat enemmän auringon energiaa. Tästä aiheutuu silloin poistuvan infrapunaenergian ja maahan tulevan aurinkoenergian välille epätasapainotila. Tämä tasapainottomuus aiheuttaisi merten lämpenemistä, jolloin lämpimämmät ja kosteammat ilmamassat virtaisivat mantereiden yli lämmittäen myös maa-alueet.

64 biljoonan dollarin kysymys: Kuinka paljon hiilidioksidin lisäys lämmittää Maata?

Nyt tulemme maagiseen lukuun, johon tulemme viittaamaan myöhemmin, ja joka kertoo kuinka paljon enemmän energiaa häviää avaruuteen kun Maa lämpenee. Teoreettisesti voi laskea, että jokaisesta asteesta, jonka Maa lämpenee, se luovuttaa keskimäärin 3,3 W/m2 enemmän infrapunaenergiaa avaruuteen. Samalla lailla kuin tunnet enemmän infrapuna(lämpö)säteilyä kuumalta liedeltä kuin lämpimältä liedeltä, niin Maa luovuttaa sitä enemmän infrapunaenergiaa avaruuteen, mitä enemmän se lämpenee.

Tämä on osa ilmaston luonnollista jäähdytysmekanismia, josta kaikki ilmastotiedemiehet ovat yhtä mieltä. Me emme ole yhtä mieltä siitä, miten ilmasto vastaa lämpenemiseen, joko lisäämällä tai vähentämällä tätä luonnollista jäähdytysmekanismia. Maaginen luku – 3,3 W/m2 – vastaa sitä lisäenergian määrää, jonka Maa menettää, jos VAIN lämpötila nousee 1 Celsius-asteen eikä mikään muu muutu. Todellisuudessa voimme kuitenkin odottaa, että muu osa ilmastosta EI jää samaan tilaan reagoidessaan lämpenemiseen.

Näin ollen tärkein kiista ilmastontutkimuksessa on tänään sama kuin 20 vuotta sitten: Miten pilvet (ja vähäisemmässä määrin muut ilmaston elementit) vaikuttavat lämpenemiseen, lisäten vai vähentäen lämpenemistä? Näitä epäsuoria muutoksia, jotka vaikuttavat lämpötilaan edelleen kutsutaan palautekytkennöiksi ja ne määrittelevät sen, tuleeko ihmisen aiheuttama ilmastonlämpeneminen olemaan katastrofaalista vai katoaako se vain ilmaston luonnollisen vaihtelun kohinaan.

Palatakseni esimerkkiimme, jossa koko Maapallo lämpenee yhden Celsius-asteen, ja jos lämpeneminen aiheuttaa pilvipeitteen lisääntymistä, niin mainittu 3,3 W lisäinfrapunasäteilyn häviö ulkoavaruuteen lisääntyy, koska aurinko lämmittää Maata vähemmän. Tuloksena on vähäisempi lämpötilan nousu. Tätä kutsutaan negatiiviseksi palautekytkennäksi jonka voi kuvailla näin:

cloud-feedback-negative1

Jos negatiivinen palautekytkentä on olemassa ilmastojärjestelmässä, niin ihmisen aiheuttama lämpeneminen on käytännössä mitätön (non-issue).

Mutta IPCC:n mielestä luonto ei toimi niin. He uskovat, että Maata peittävä pilvipeite vähenee lämpenemisen myötä, jolloin lisääntyvä auringonvalo lämmittäisi Maapalloa vielä enemmän. (Sama tapahtuisi jos ilmakehän vesihöyrypitoisuus nousisi lämpenemisen myötä, sillä vesihöyry on pääasiallisin kasvihuonekaasu.) Tätä kutsutaan positiiviseksi palautekytkennäksi ja kaikki 23 ilmastomallia, joita IPCC seuraa käyttävät positiivista pilvi- ja vesihöyrypalautekytkentää. Seuraava kuva näyttää kuinka positiivinen palautekytkentä toimii:

cloud-feedback-positive

Todellisuudessa pääasiallinen ero vähäistä lämpenemistä ennustavien mallien ja voimakasta lämpenemistä ennustavien mallien välillä on todettu olevan pilvistä johtuvan positiivisen palautekytkennän voimakkuus.

Kuinka Luontoäiti hämäsi maailman huippuilmastotiedemiehiä

Tärkein kysymys on ilmeisesti se, kuinka pilvet TODELLISESSA ilmastossa reagoivat lämpenemiseen, sillä se ohjaa ilmastomallien kehitystä ja testaamista. Viime kädessä mallien on perustuttava ilmakehän käyttäytymisestä tehtyihin havaintoihin.

Mitä siis ON havaittu kun Maa lämpenee? Lisääntyvätkö vai vähenevätkö pilvet? Vaikka tulokset vaihtelevat riippuen analysoiduista vuosista, niin on usein todettu että lämpimämpinä vuosina on ollut vähemmän pilviä, ei enemmän.

Tämä on johtanut ”tieteelliseen konsensukseen” siitä, että pilvien palautekytkentä ilmastossa on luultavasti positiivinen vaikkakin määrältään epävarma. Jos pilvien palautekytkentä todellakin on voimakkaasti positiivinen, olemme todella suurissa ongelmissa ihmisen aiheuttaman lämpenemisen johdosta.

Mutta tähän kohtaan täytyy esittää kysymys, jota kukaan ei kysy: Mikä aiheutti lämpenemisen, kun ilmastojärjestelmä koki lämpimän vuoden. Määritelmän mukaan pilvien palautekytkentää ei ilmene ellei lämpötila nouse… Mutta entä jos pilvet alunperin aiheuttivatkin lämpötilanmuutoksen?

Tämä on tärkeää, sillä jos vähenevä pilvipeite aiheutti lämpenemisen, ja tämä on erehdyksessä tulkittu niin, että lämpeneminen aiheutti pilvipeitteen vähenemisen, niin positiivinen palautekytkentä on tullut määritellyksi, vaikka todellinen palautekytkentä ilmastossa olisi negatiivinen.

Tietääkseni tätä mahdollista syyn ja seurauksen sekoittamista – ja siitä johtuvaa positiivista poikkeamaa todetuissa palautekytkennöissä – ei ollut koskaan tutkittu ennen kuin me toimme sen esiin vertaisarvioidussa tutkimuksessa Journal of Climatessa. Koska ilmastotutkimus, ikävä kyllä, kattaa niin laajan kirjon erikoisosaamista useimmat ilmastoasiantuntijat eivät edes tiedä raporttimme olemassaolosta.

Miten voimme päästä yli tästä syy-seuraus-ilmiön ongelmasta tutkiessamme ilmaston luonnollisia vaihteluja yrityksessämme identifioida palautekytkentää? Viimeisin tutkimuksemme, joka on nyt vertaisarvioitavana mahdollista julkaisua varten Journal of Geophysical Researchiin, osoittaa että on mahdollista erottaa, ainakin osittain, pilvien aiheuttama lämpötilan muutos (joka ”näyttää” positiiviselta palautekytkennältä) lämpötilan aiheuttamasta pilvimuutoksesta (todellinen palautekytkentä).

Analysoimme 7,5 vuoden ajalta saatua viimeisintä ja parasta NASA:n satelliittidataa ja huomasimme, että kun pilvien aiheuttaman lämpötilanmuutoksen vaikutus huomioidaan, niin pilvien palautekytkentä todellisessa ilmastossa on voimakkaasti negatiivinen. Negatiivinen palautekytkentä oli niin voimakas, että se enemmän kuin kumosi myös havaitsemamme positiivisen vesihöyryn palautekytkennän. Se oli myös yhdenmukainen niiden todisteiden kanssa negatiivisesta palautekytkennästä, jotka havaitsimme tropiikeissa ja julkaisimme 2007.

Itse asiassa pelkkä negatiivinen palautekytkentä oli niin voimakas, että jos se vaikuttaa pitkällä aikavälillä maapallon lämpenemisen yhteydessä, niin tuloksena olisi vain 0,6C lämpeneminen vuosisadan loppupuoleen mennessä.

Luonnolliset pilvien vaihtelut: palapelin puuttuva pala?

Tässä kriittisessä asiassa koskien pilvien palautekytkentää -– josta jopa IPCC myöntää, että se on heidän suurin epävarmuuden lähteensä -– on selvää, että luonnollinen pilvien vaihtelun vaikutus lämpötilaan on jätetty huomioimatta. Syy ja seuraus on yksinkertaisesti sekoitettu keskenään. (Jopa mallintajien on myönnettävä, että pilvien aiheuttama lämpötilan muutos on olemassa, koska me löysimme siitä selviä todisteita jokaisessa IPCC:n mallissa jota tutkimme.)

Tämä tuo esille toisen tärkeän kysymyksen: Mitä jos itse maapallon lämpenemisen onkin aiheuttanut pieni, pitkäaikainen, luonnollinen muutos maapallon pilvipeitteessä? Maan pilvipeitteestä ei ole tehty havaintoja riittävän pitkältä ajalta tai havainnot eivät ole riittävän tarkkoja, jotta olisi dokumentoitu josko sellaisia pilvimuutoksia on tapahtunut tai ei. Joistain epäsuorista todisteista että näin olisi tosiaan tapahtunut on keskusteltu täällä.

IPCC on yksinkertaisesti olettanut, vaikka he eivät sitä koskaan sano, että Maan keskimääräinen pilvipeite ei vaihtele vuosisatojen saatossa. Tämä oletus on täysin mielivaltainen ottaen huomioon kaoottiset vaihtelut, joita valtamerten ja ilmakehän kiertoliikkeet pystyvät aiheuttamaan, ja se on luultavasti väärä. Hieman yli 1% vaihtelu pilvipeitteessä usean vuosikymmenen aikana voi aiheuttaa sellaisia olotiloja kuten Keskiajan Lämmin Kausi ja Pieni Jääkausi.

Tietääkseni IPCC ei ole koskaan keskustellut olettamuksestaan, että maapallon pilvipeite aina pysyy samana. Ilmastonmuutos on niin monimutkainen, että useimmat asiantuntijat eivät luultavasti koskaan edes ole ajatelleet sitä. Mutta meillä ilmatieteilijöiksi koulutetuilla on mutu-tuntuma, että tällaisia muutoksia todellakin tapahtuu. Kokemukseni mukaan suurin osa ilmatieteilijöistä ei usko, että ihmiskunta on suurin syyllinen Maan ilmaston lämpenemiseen. Ilmastotieteilijät ymmärtävät, kuinka monimutkainen pilvien vaihtelu on ja useimmat ovat taipuvaisia uskomaan, että ilmastonmuutos on suurelta osin luonnollinen.

Tutkimuksemme perustui tähän mutu-tuntumaan ja osoitti käyttäen sekä satelliittidataa että yksinkertaista ilmastomallia, ilmastomallintajien kielellä, kuinka tärkeän vakava tämä asia on ilmaston lämpenemisteorialle.

Tämä syy-seuraus-ilmiö asia ei rajoitu vain pilviin. On esimerkiksi prosesseja, jotka voivat saada ilmakehän vesihöyrymäärän muuttumaan. Nämä ovat pääasiassa monimutkaisia sateisiin liittyviä prosesseja, jotka siten muuttavat maapallon lämpötiloja. Sateet säätelevät kuinka paljon tärkeintä kasvihuonekaasua, eli vesihöyryä pääsee varastoitumaan ilmakehään, näin ehkäisten kasvihuoneilmiön karkaamisen hallitsemattomaksi. Esimerkiksi pieni muutos tuuliolosuhteissa yhdistyneenä ilmakehän kiertoliikkeiden muutoksiin voi jonkin verran muuttaa sateiden tehoa poistaa vesihöyryä, johtaen ilmaston lämpenemiseen tai jäähtymiseen. Tämä asia on ollut tunnettu kauan, mutta ilmastonmuutostutkimus taas kattaa niin laajan alueen eri tieteenhaaroja, että harvat asiantuntijat ovat tunnistaneet tällaisten vähemmän tunnettujen julkaistujen tutkimusten tärkeyttä.

Vaikka on useita muita mahdollisia vakavia ongelmia ilmastomallien ennustuksissa, niin syyn ja seurauksen sekoittaminen pilvien käyttäytymistä tutkittaessa voi mahdollisesti heikentää kaikkia ennustuksia huomattavasta ilmaston lämpenemisestä. On vain ajan kysymys milloin myös muut ilmastotutkimusyhteisössä oivaltavat sen.