IPCCn mallit eivät ota huomioon NASAn käsitystä maapallon energiaepätasapainosta – onko kumpikaan oikeassa?

Johdanto

Täällä Puheenvuorossa on käyty mielenkiintoisia keskusteluja viime aikoina maapallon energiataseen epätasapainosta, maapallon ilmastonmuutokseen liittyvien muutosten nopeudesta eli dynaamisista viiveistä, ja IPCC:n ilmastomallien virheistä. Näillä kaikilla on yhteisiä tekijöitä eli ne liittyvät toisiinsa. Sen vuoksi tein yhteenvedon, josta ilmenee, että IPCC ei ota laskelmissaan kantaa maapallon energiaepätasapainoon, vaan on sitä ylpeästi sitä mieltä, että nyt lopultakin heidän mallinsa ja mittaustulokset ovat yhteneväiset.

Käsittelen asioita, niin kuin ne on esitetty IPCC:n viimeisessä raportissa AR6 ja NASA:n tutkijoiden tai nettisivustojen tietojen mukaan. Kerran vielä asiasta kokonaiskuvan muodossa.

Lämpötilan laskenta IPCC:n tietojen mukaan

Hiilidioksidin säteilypakote (RF-arvo) vuodelle 2019 on AR6:n mukaan 2,16 W/m2. Se on laskettu Meinshausen et al.:n kaavalla, joka on aika monimutkainen ja antaa CO2-pitoisuudelle 560 ppm arvon 3,93 W/m2. Tämä arvo on 0,22 W/m2 suurempi kuin IPCC:n aiemmin käyttämän Myhre et al.:n yksinkertaisen kaavan mukaan laskettu arvo 3,71 W/m2. Myhre et al:n mukaan laskettu RF vuodelle 2019 on 5,35*ln(410/278) = 2,08 W/m2.

Hiilidioksidin aiheuttama lämpenemisarvo vuodelle 2019 on 1,01 °C, joka voidaan tietokonemallien sijaan laskea IPCC:n yksinkertaisella kaavalla 0,47*2,16 = 1,01 °C. Kokonaissäteilypakote vuodelle 2019 on AR6:ssa 2,70 W/m2 ja sen aiheuttama lämpeneminen on 1,27 °C (=0,47*2,70). Se on täsmälleen sama arvo kuin tietokonemallien laskema keskiarvo, joissa on mukana kaikki dynaamiset viiveet. Yhteenveto kaikista säteilypakotteista Taulukon 1 mukaan osoittaa, että IPCC:n mukaan lämpötilamuutos 1750 – 2019 johtuu pelkästään ihmisestä eli antropogeenisistä tekijöistä, jota auringon aktiivisuuden hienoinen lasku 0,02 W/m2 vuodesta 1750 pienentää. Kukahan on mitannut auringon aktiivisuuden vuonna 1750 noinkin tarkasti. Tämän kysymyksen voi esittää vain somessa, koska muuten leimataan denialistiksi.

Taulukko 1. Säteilypakotteet ja niiden lämpötilavaikutukset IPCC:n mukaan.

IPCC:n yksinkertaisessa mallissa ei ole mitään dynaamisia viiveitä ja silti tulos on sama. Johtopäätös on, että tämän vuosisadan aikana tapahtuvissa lämpötilanmuutoksissa maapallon lämpötila reagoi säteilypakotteen muutoksiin niin nopeasti, että niitä ei tarvitse ottaa vuositason muutoksissa huomioon. Olen tässä kohtaa samaa mieltä IPCC:n kanssa, koska käyttämäni meren aikavakio on 2,74 kuukautta ja maan 1,04 kuukautta eli askelmainen muutos asettuu käytännössä tasapainoon vuodessa (4*2,74 kk= 11 kk). Kymmenien ja satojen vuosien viiveet voidaan unohtaa ja jättää ne tasapainoisen ilmastoherkkyyden (arvo n. 3 °C) laskemiseen yliopisto tutkijoille askarreltavaksi, jossa muutoksien läpimeno kestää kymmeniä ja satoja vuosia ilmastoeliitin mukaan. Tämähän on pääosin spekulaatiota, jossa kasataan positiivisia takaisinkytkentöjä, joista ei ole mitään empiirisiä havaintoja, vaikka lämpeneminen on jatkunut jo 270 vuotta.

Lämpötilamittauksien ja mallien tulosten vertailu

Kuvassa 1 on käsitelty kopio AR6:n kuvasta.

Kuva 1. IPCC:n raportin AR6 kuva tietokonemallien lämpötilasta ja mitattu lämpötila ja alempi kuva on lyhytaaltoisen säteilyn trendi CERES-satelliittien mittaamana.

Tarkoitukseni on osoittaa, että IPCC:n mukaan lämpötila on noussut vuodesta 1750 vuoteen 2019 mennessä 1,27 astetta ja se lähes sama kuin mitattu lämpötila. Vuosien 2020-2019 lämpötilanousu on n. 0,8 astetta. Kuvasta huomaa, että mallin arvot eivät pysty seuraamaan todellisia muutoksia ja syy siihen selviää tuota pikaa. Tätä voi verrata Taulukon 1 arvoihin ja todeta, että sama tulos saadaan IPCC:n yksinkertaisella lämpötilamallilla. Tarkempi kuva lämpötilamuutoksista on kuvassa 2.

Kuva 2. Mitattu lämpötilamuutos HadCRUT4, lyhytaaltoisen säteilyn (auringon säteilyn) vaikutus Ollilan ja IPCC:n mallin mukaan sekä lämpötilamuutokset kyseisten mallien mukaan.

Tämä esitys osoittaa, että virhe vuonna 2019 mitatun ja IPCC:n mallin välillä on noin 0,75 astetta. Syy näkyy myös tässä kuvassa, ja se on lyhytaaltoisen säteilyn anomalia, joka on jätetty pois AR6:n lämpötilamalleista ja se näkyy kuvan 1 mallin käyttäytymisessä.

Kuvasta 2 voidaan tehdä sellainen huomio, että vuosittainen lämpötilamuutos voi olla erittäin suuri. Vuoden 2018 alusta vuoden 2019 loppuun lämpötila nousi 0,25 astetta. Tärkein muutosvoima IPCC:n mukaan on ollut hiilidioksidi, joka voi kasvattaa lämpötilaa vuodessa n. 0,02 astetta IPCC:n tieteen mukaan, eli sen vaikutus kahden vuoden aikana on mitätön. Sen vuoksi näin nopeat ja suuren muutokset eivät voi johtua kasvihuonekaasujen vaikutuksista. Mitä ne vaikuttavat voimat sitten ovat? Sitä Taulukko 1 ei kerro eikä IPCC muutenkaan, vaan ne ovat kuulemma luonnollista vaihtelua. Nyt tuli asia, josta olen jälleen täysin samaa mieltä IPCC:n kanssa. Suurin luonnollinen vaikuttaja on ollut vuosina 2001-2029 lyhytaaltoisen säteilyn muutos.

Toinen yleinen johtopäätös voidaan tehdä muutosten nopeudesta eli dynaamisista vaikutuksista. Ensinnäkin IPCC:n mukaan niitä ei tarvitse huomioida vuositason muutoksissa ja olen samaa mieltä. Jos muutoksissa olisi esimerkiksi 3 vuoden aikavakio (todellisuudessa pisin aikavakio on n. 0,22 vuotta = 2,74 kk), niin muutoksen läpimeno kestäisi 12 vuotta. Jos vuositason muutos on 0,1 astetta, niin se tarkoittaisi, että tämän muutoksen on aiheuttanut jokin tekijä(t), jonka lopullinen vaikutus on ollut vasta n. 30 % lopullisesta vaikutuksesta, ja seuraavina vuosina lämpötila tulisi nousemaan vielä lisää n. 0,3 astetta. Lämpötilan nopeat muutokset osoittavat, että tällaisia viiveitä ei esiinny maapallon ilmastossa, vaan muutokset tapahtuvat hyvin nopeasti seuraten muutosvoimaa, joista tärkein on ollut 2000-2020 lyhytaaltoisen säteilyn muutos. Ollilan mallin ja lämpötilamittauksen hyvä vastaavuus osoittaa, että käytetyt aikavakiot ovat kohdallaan.

IPCC vastaan NASA

IPCC ei AR6-raportissaan mainitse, että mallien laskemassa lämpötilassa olisi jokin ongelma, jota ei ole otettu huomioon. NASA:n CERES-ohjelman vastaava johtaja Norman Loeb ja hänen kollegansa ovat julkaisseet vuonna 2020 artikkelin, jossa he ovat tulleet siihen tulokseen, että lyhytaaltoinen säteily ei vaikuta kokonaisuudessaan maapallon lämpötilaan, vaan ilmakehän ylärajalla on epätasapaino (kuva 3): maapallo ei säteile samaa määrää avaruuteen, jonka se saa.

Kuva 3. Säteilyn epätasapaino ilmakehän ylärajalla.

Kuvasta 3 voi arvioida, että epätasapaino vuonna 2019 olisi ollut 1,2 W/m2. Mitattu lyhytaaltoisen säteilyn muutos vuonna 2019 on ollut 1,6 W/m2 eli Loeb et al.:n mukaan n. 75 % muutoksesta on jäänyt piippuun eli mennyt oikotietä valtamerten sekoittumiskerroksen ohi syvään mereen ja ei ole siten nostanut maapallon pintalämpötilaa. Tämä ei ole teoriassa eikä käytännössä mahdollista.

Oma mallini simulointitulos todistaa, että kun lyhytaaltoisen säteilyn muutos otetaan sellaisenaan huomioon, niin lämpötila seuraa mittausta dynaamisesti erittäin hyvin ja mallin laskema lämpötilavaikutus on suuruudeltaan myös hyvä eli mitään muuta selittävää tekijää ei tarvita.

Tietysti herää kysymys, miksi Loeb et al. esittää tällaisen teorian asialle. Oma arveluni on, että Loeb sai henkilökohtaisella vaikuttamisellaan kyseisen AR6-työryhmän jäsenenä CERES-mittausten lyhytaaltoisen säteilyn läpi IPCC:n raporttiin AR6, mutta ei saanut sitä läpi ilmastomallien työryhmässä toiseksi merkittävimpänä tekijänä vuonna 2019: CO2:n vaikutus 2,14 W/m2 ja lyhytaaltoisen säteilyn vaikutus 1,6 W/m2.

Tämän tekijän mukaanotto olisi tuonut IPCC:n ilmastomalleihin yli 50 %:n virheen ja romuttanut Pariisin ilmastosopimuksen perusteet, kun 2,0 asteen raja meni jo rikki. Loeb ei voinut tälle asialle mitään. Niinpä hän on oman mielenrauhansa vuoksi kehittänyt teorian maapallon energiataseessa olevasta epätasapainosta. Se on oikein tervetullut IPCC:lle, koska näin on tullut uusi tulevaisuuden uhkakuva: mitattu lämpötila ei kerro koko totuutta, vaan syvällä valtameressä odottaa lämpenemispommi, joka voi tulla esiin milloin vain. Niin, milloin se voisi tulla esiin ja miten kylmä syvä meri siirtää lämmön lämpimään valtamerten pintakerrokseen? Se vastaus kiinnostaa kovasti kaikkia lämmönsiirtoinsinöörejä: siirtää lämpöä kylmästä kuumaan. Insinööri tekee sen esimerkiksi ilmapumpulla.

Lopuksi vielä kuva 4, jossa näkyy nämä säteilymuutokset vuodesta 2000 eteenpäin.

Kuva 4. Lyhytaaltoisen ja pitkäaaltoisen (infrapunasäteily) trendit.

CERES-mittausten virhetarkastelu

NASA ilmoittaa seuraavat tarkkuudet CERES-mittauksille (https://ceres.larc.nasa.gov/instruments/):

  • Lyhytaaltoinen säteily 1 % eli noin 0,01* 350 W/m2= 3,5 W/m2 (mittausskaalana arvo 350 W/m2)
  • Infrapunasäteily 0,5 % eli noin 0,005 * 250 W/m2 = 1,25 W/m2 (mittausskaalana arvo 250 W/m2)
  • Perinteinen tapa laskea näiden kahden mittauksen aiheuttama epätarkkuus on ottaa neliöjuuri mittaustarkkuuksien toisien potenssien summasta. Energiaepätasapainon laskemiseen tarvitaan kolmea mittausta eli auringon kokonaissäteily, maan heijastama lyhytaaltoinen säteily ja maapallon emittoima infrapunasäteily. Koska auringon säteily mitataan pistemäisestä kohteesta, niin käytän sille epätarkkuusarvoa +/- 1 W/m2, ja silloin mittaustarkkuuden tulos on 3,8 W/m2.
  • Vertailun vuoksi mainittakoon, että Wild et al.: n energiatasetutkimuksissa (käyttänyt CERES-arvoja ja on AR6:n valinta energiataseeksi) infrapunasäteilyn 95 %:n luotettavuusväli on +/- 2,5 W/m2, aurinkosäteilyn epätarkkuus +/- 1 W/m2 ja heijastuneen lyhytaaltoisen säteilyn epätarkkuus +/- 1,5 W/m2, jotka antavat kokonaisepätarkkuudeksi 3,1 W/m2. Joten samoista epätarkkuussuuruuksista puhutaan. Kaikkia eroja lyhytaaltoisen ja pitkäaaltoisen säteilyn kesken, jotka ovat pienempiä kuin 3,0 W/m2 ei voida pitää mittausteknisesti luotettavina, koska ero voi johtua täysin mittaustarkkuuksista.

Nämä mittaustarkkuudet tarkoittavat sitä, että esimerkiksi, jos lyhytaaltoinen säteily antaa arvon 240 W/m2 vaikkapa vuoden keskiarvoksi ja infrapunasäteily antaa arvon 239 W/m2, niin yleisen mittaustarkkuuden käsittelyn perusteella ei voida vetää varmaa johtopäätöstä, että maapallolle on syntynyt vuoden aikana positiivista energiaepätasapainoa 1 W/m2. Jos näin tehtäisiin, niin se olisi vastoin kaikkia mittaustekniikan epätarkkuuden matemaattisia sääntöjä vastaan. Jos joku pystyy perustelemaan, miten NASA pystyy laskemaan alle 3,0 W/m2 eroja näistä mittauksista, niin esittäköön perustelunsa.

Vielä selvyyden vuoksi todettakoon, että yleensä tämän päivän elektroniikassa mittausten perivihollinen eli ryömiminen on yleensä hyvin hallinnassa, koska niitä kalibroidaan koko ajan automaattisesti ja niin tehdään myös CERES-mittauksille siellä satelliiteissa. Se tarkoittaa, että mittausten toistettavuus (precision) on parempi kuin absoluuttinen tarkkuus. Kuvan 4 perusteella olen kuitenkin sitä mieltä, että infrapunasäteilyn mittauksessa on ryömintävirhe, koska sen arvo vähitellen eroaa lisää lyhytaaltoisen säteilyn arvosta.

Kommenteista kommentti. Toivon, että palaute kohdistuu kirjoitukseni sisältöön ja jos kommentoija on eri mieltä, niin toivottavasti hänellä on esittää myös numerot kritiikkinsä pohjaksi, koska minäkin olen esittänyt luvut: Jumalaan uskon, mutta muuten tarvitaan lukuja. Henkilökohtaiset kehut otan vastaan, mutta mollaamisethan menevät esittäjänsä omaan henkilökohtaiseen ansioluetteloon.

                                                **********

Taustatietoa: Olen koulutukseltani prosessi-insinööri Oulun yliopistosta, jossa opetus perustui yksikköprosesseihin, jotka esiintyvät kaikilla teollisuuden aloilla. Näitä ovat mekaaniset ja kemialliset prosessit sekä aineen- ja lämmönsiirto. Lisäksi opiskelin automaatiota ja prosessidynamiikka, josta tein DI- ja lisensiaattityöt ja se tieto on ollut kaikkein hyödyllisintä ilmastotutkimuksissani. Väittelin laatutekniikasta TKK:ssa 1995. Olen pystynyt hyödyntämään näitä asioita tutkiessani maapallon energiatasetta, hiilenkiertoa, kasvihuonekaasujen osuutta kasvihuoneilmiössä ja lämpenemisessä, dynaamisia viiveitä pilvisyyden muutoksissa, ja ilmastonmuutoksen lämpötilavaikutuksia lyhyen ja pitkän ajan dynaamisissa simuloinneissa. Näistä aiheista olen julkaissut 20 tutkimusta vuoden 2011 jälkeen. Kasvihuonekaasujen vahvuustutkimus on julkaistu englantilaisessa Energy & Environment-lehdessä 2012 ja Pariisin ilmastosopimuksen perusteiden analysointi 2018 englantilaisen Emerald Publishing Limited – lehdessä ”International Journal of Climate Change and Management”. Molemmat lehdet ovat julkaisset tutkimukseni ilmaiseksi. Tutkimustulokseni poikkeavat IPCC:n tuloksista mm. seuraavissa kohdissa, joilla on ratkaiseva vaikutus ihmisen osuuteen lämpenemisessä: kasvihuoneilmiön suuruus, veden takaisinkytkennän puuttuminen, hiilidioksidin vahvuus kasvihuonekaasuna, fossiilisen hiilidioksidin kierto ja viipymäaika ilmakehässä. Tärkein tulos on ilmastoherkkyysarvoni 0,6 °C. En ole samaa mieltä IPCC:n kanssa ilmastonmuutoksen syistä ja sen vuoksi minut voidaan luokitella toisinajattelijaksi (contrarian). Kirjoitukseni Puheenvuorossa ovat tieteen popularisointia pyrkien osoittamaan IPCC:n ja valtamedian virheet sekä ilmastopaniikin perusteettomuuden. Pyrin välttämään matemaattisia esityksiä ja suosimaan graafisia kuvia. Laajoja esityksiä näistä aiheista on omalla nettisivustollani: https://www.climatexam.com/home

 

+2
aveollila
Porvoo

TkT, dosentti emeritus (Aalto-yliopisto)

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu