IPCC:n yksinkertainen ilmastomalli ja sen käyttökelpoisuus

Johdanto

Julkaisin maanantaina blogikirjoituksen otsikolla ”2000-luvun lämpötilan nousu on johtunut pääsääntöisesti auringonpaisteen lisääntymisestä”. Ylläpito poisti sen arviolta puolessa tunnissa ja ehdin nähdä yhden kommentin. Positiivista oli, että ensimmäisen kerran sain sähköpostin ylläpidolta, jossa kerrottiin poiston syy ja se oli säännöissä esitetty ”Valheellisen tai perättömän tiedon ja haitallisten huhujen levittäminen on kiellettyä”. Toimitus oli tulkinnut, että kirjoitukseni oli valheellinen ja perätön. Kirjoitukseni perustui IPCC:n omiin raportteihin ja IPCC:n tieteellisiin menetelmiin sekä yleisiin tietolähteisiin kuten GISS-lämpötiladataan.

Toimitus ei tietenkään tällaiseen arviointiin pysty, vaan se oli saanut viestin joltakin ulkopuoliselta. Voisi ajatella, että asialla on ollut joku, jolla on asiassa uskottavuutta. Enpä lähde sen enemmän asiaa arvailemaan.

Väistämättä tietenkin tulee mieleen, että kuinka hyvin tämä sääntö toimii. Puheenvuorossahan esitetään esimerkiksi aika usein erään henkilön näkemyksiä pimeästä energiasta, linjauksista ja avaruuden todellisesta olemuksesta, vaikka ne ovat ilmiselvästi nykyisen tieteellisen käsityksen vastaisia. Samoin eräs fyysikko esittelee päivittäin lähes samoja yhtälöitään, joita ei löydy ainakaan IPCC:n raporteista ja joihin ei pääsääntöisesti ole koskaan löytynyt numeerista ratkaisua. Tosin viime aikoina kirjoittaja on väistänyt vastuunsa ja kertonut, että ratkaisut ovatkin lukijoille tarkoitettuja. Viimeksi kommentoin, että hänen ilmastoherkkyysparametrinsa on aivan eri suuruusluokkaa kuin IPCC:llä, ja sen mittayksikkökin on väärä. Kirjoittaja ei tunnustanut mitään. Kysymys on suurin piirtein samasta asiasta, jos esitän yhtälön, jossa on suure, jota nimitän maan painovoiman kiihtyvyydeksi (arvo n. 9,81 metri per sekunti toiseen potenssiin), mutta suureni arvo on 100 ja yksikkö vaikkapa kilogramma.

Toimitus ei reagoi näihin tapauksiin. Onko niin, että toimitus luokittelee jonkun kirjoittajan ”tieteelliseksi hauskuuttajaksi”, samalla tavalla kuin ennen kyläyhteisö luokitteli poikkeavat yksilöt kylähulluiksi. Minuun ilmeisesti tällaista määritelmää ei voida soveltaa, koska olen julkaissut asiasta 25 tieteellistä artikkelia ja muutaman niistä ns. arvostetussa lehdessä.

Otan käsittelyyn yhden pienen asian kerrallaan poistetusta kirjoituksestani ja katson, että miten asialle käy. Reagoiko toimitus, ja reagoiko joku muu ja millä perusteella. Kirjoitukseni perustuu edelleen täysin IPCC:n omiin menetelmiin ja raportoituihin tuloksiin.

Ilmastoherkkyysparametri

Käytin tapani mukaan ilmaston lämpenemislaskuissa yksinkertaista yhtälöä, jolla voi laskea globaalin lämpötilamuutoksen

dT = λ * RF                                  (1)

missä dT on maapalon pintalämpötilan muutos (K tai ºC), λ on ilmastoherkkyysparametri (K/(W/m2) ja RF tulee sanoista Radiative Forcing eli säteilypakote. Tämä yhtälö on esitetty kolmannessa IPCC:n raportissa nimeltä TAR vuonna 2001 tällaisessa muodossa

TAR: ∆Ts / ∆F = λ (6.1)

(Dickinson, 1982; WMO, 1986; Cess et al., 1993). Equation (6.1) is defined for the transition of the surface-troposphere system from one equilibrium state to another in response to an externally imposed radiative perturbation. Sama yhtälö (1) löytyy myös Wikipedian määritelmästä: https://en.wikipedia.org/wiki/Radiative_forcing

IPCC muuttaa jatkuvasti suureidensa nimiä ja TAR:ssa ΔF tarkoittaa samaa kuin RF. Tuossa suorassa lainauksessani on merkittävä toteamus, että yhtälö kuvaa ilmaston siirtymistä yhdestä tasapainotilasta toiseen. Se kannattaa laittaa korvan taakse.

Joillakin voi olla epäilys, että vieläkö tämä ilmastoherkkyysparametri λ on hengissä viimeisessä IPCC:n raportissa AR6 vuodelta 2021. On se hengissä ja voi hyvin, mutta sen nimitys on muutettu ilmaston takaisinkytkentäparametriksi ja jatkettu sen käyttöä λ:n käänteislukuna ja nimetty tämä muunnos α:ksi eli λ = 1/α. Tämän vuoksi yhtälö (1) voidaan kirjoittaa muotoon

dT = RF/α                                    (2)

Ilmaston takaisinkytkentäparametrin määritelmä löytyy AR6:n sanastosta raportin lopusta. Laitan tähän sen suomennoksen:

”Ilmaston takaisinkytkentäparametri α. Tapa kvantifioida ilmastosysteemin  säteilyvaste säteilypakotteen aiheuttamaan muutokseen. Se kvantifioidaan nettoenergiavuon muutoksena ilmakehän yläosassa tietylle muutokselle vuotuisessa globaalissa pintalämpötilassa. Sen yksikkö on (W/m2)/ ºC.”

Tässäkin määritelmässä on oleellista todeta, että α:n avulla voidaan laskea vuotuinen muutos globaalissa lämpötilassa. Kuten näkyy, niin α:n mittayksikkö on myös λ:n mittayksikön käänteisluku. Perusteluna α:n käyttöönottoon IPCC kertoo, että α voidaan jakaa erilaisiin takaisinkytkentöihin, jotka voidaan ynnätä yhdeksi α:ksi. IPCC rakastaa takaisinkytkentöjä.

Ilmastoherkkyysparametrin arvo IPCC:n laskelmissa

Koska käytin kirjoituksessani vain IPCC:n menetelmiä ja parametrien arvoja, niin seuraavaksi esitän, mitä arvoja IPCC on esittänyt λ:lle. Raportissa TAR vuodelta 2001, λ:n arvoksi annettiin 0,5 K/(W/m2).

Vaikka IPCC ei ole raportoinut λ-arvoa AR6:ssa, se voidaan laskea AR6:n kuvien 7.6 ja 7.7 tiedoista.

Kuva 1. IPCC:n raporttien AR5 ja AR6 yhteenveto eri ilmastoajurien säteilypakotteista ja niiden lämpötilavaikutuksista. Lämpenemistulokset AR5:ssä perustuvat CSP- eli λ-arvoon 0,47 K/(W/m2)  ja AR6:n lämpenemisarvot ovat IPCC:n raportoimia kuvassa 7.7. Olen itse laskenut viimeisen sarakkeen CSP-arvon IPCC:n arvojen W/m2 ja °C perusteella kutakin ilmastomuuttujaa vastaten.

Kuten näkyy kuvasta 1, niin kokonaispakotteen arvo 2,70 W/m2 johtaa IPCC:n mukaan 1,27 °C:n lämpenemiseen, mikä tarkoittaa λ-arvoa 1,27 °C / 2,70 W/m2 = 0,47 °C/(W/m2). Tarkalleen sama λ:n arvo on ollut tulee myös hiilidioksidille CO2, joten tätä arvoa voidaan soveltaa myös TRC- ilmastoherkkyyslaskelmiin eli α:n arvoa 1/0,47 = 2,13 (W/m2)/°C. Tämä λ:n arvo tarkoittaa, että tietokonepohjaisissa ilmastomalleissa on käytetty veden takaisinkytkentää.

Todisteet ilmastoherkkyysparametrin käyttökelpoisuudesta

Olen aikaisemmin saanut kritiikkiä ainakin eräältä ilmastotutkijalta, että ei tämä yksinkertainen tapa laske lämpötilamuutosta ole oikea. Hän ei ole kuitenkaan osoittanut, että miksi sillä saadut tulokset ovat hyvin tarkkaan samoja, mitä on saatu tietokonepohjaisilla malleilla. Käydään nämä todisteet läpi kerran vielä.

Edellä jo osoitin, että lämpenemislaskut nykyaikaan vuodesta 1750 lähtien ovat samoja kuin tietokonemalleilla lasketut. Nimittäin kaikki lämpenemisluvut alun perin IPCC:n kuvassa 7.7 on suoritettu tietokonemalleilla. Sama tulos saadaan yhtälön (1) avulla. Sattumaako? Katsotaanpas. Tässä tulee samalla hyödyllistä jokamiehen tietoa lämpenemisen tunnusluvuista.

Ilmastoherkkyys on sovittu tunnusluku, joka tarkoittaa maapallon lämpenemistä, kun CO2-pitoisuus kaksinkertaistuu vuoden 1750 arvosta 280 ppm eli nousee arvoon 560 ppm. Yleisemmin käytetty ja ehdottomasti hyödyllisempi tunnusluku on ”ohimenevä ilmastovaste”, joka vastaa alkuperäistä termiä TCS (Transient Climate Sensitivity) eli ohimenevä ilmastoherkkyys. Kuten kirjoitin, IPCC:n termit muuttuvat koko ajan. IPCC:n mukaan TRC toimii paremmin kuin ECS tämän vuosisadan aikana.

TRC:n määritelmä löytyy AR6:n sanastosta: ”Ohimenevä ilmastovaste (TCR). Pintalämpötilavaste hypoteettisessa skenaariossa, jossa ilmakehän hiilidioksidi (CO2) kasvaa 1%:n vuodessa esiteollisesta ajasta ilmakehän CO2-pitoisuuden kaksinkertaistumiseen (70 vuotta).”

 Tuo sulussa oleva 70 vuotta tulee siitä, että jos kasvatetaan CO2:n pitoisuutta 1% edellisestä vuodesta joka vuosi, niin pitoisuus saavuttaisi arvon 560 ppm 70 vuodessa. Näinhän ei ole käynyt, koska nyt ollaan vasta noin pitoisuudessa 420 ppm. Onko sillä merkitystä? Ei ole, koska tällä määritelmällä on ilmeisesti haluttu varmistaa se, että vuosittainen muutos ei ole niin suuri, että siitä aiheutuisi tietokonesimuloinneissa liian suuri muutospaine lämpötilaan, joka ei ehkä pysyisi mukana, vaan siihen tulisi dynaamisista viiveistä johtuen virhettä.

Soveltamalla yhtälöä (1) saadaan TCR-arvoksi 1,83 °C (= 0,47 °C/(Wm2) *3,90 W/m2), kun AR6:n paras estimaatti on 1,8 °C. On vielä syytä muistuttaa, että IPCC:n mukaan TRC:n todennäköinen vaihteluväli on 1,4 ºC – 2,2 ºC. Nämä vaihteluvälit tulevat erilaisten tietokonemallien tuloksista, vaikka niissä on käytetty samoja maapallon olosuhteita. Miten λ-arvo 0,47 ja yhtälö (1) pärjäsivät tässä testissä? Erittäin hyvin: 1,83 °C versus 1,8 °C.

IPCC:n pahimman mahdollisen skenaarion SSP5-8,5 dTs olisi yhtälön (1) mukaan dTs = 0,47 °C/(W/m2) * 8,5 W/m2 = 4,0 °C.  AR6: n mukainen keskimääräinen lämpenemisarvo (on sama.

Nämä esimerkit osoittavat, että monimutkaisilla GCM:illä lasketut keskimääräiset lämpenemisarvot voidaan laskea yhtälöllä (1). Yhtälö (1) toimii erinomaisesti sekä todistetusti sekä tämän hetken lämpötilamuutosten laskennassa aikavälillä 1750 -2019, ilmastoherkkyyslaskennassa CO2-pitoisuudelle 560 ppm ja vieläpä skenaariolaskelmissa.  Mitä vielä enemmän voidaan vaatia?

Sekä IPCC:n hyväksymät TCR- että SSP-skenaariolaskelmat olettavat positiivisen veden takaisinkytkennän. En puutu tähän seikkaan, koska käytin kirjoituksessani 2000-luvun lämpenemislaskuissa IPCC:n omia lukuja ja menetelmiä. Niillä pystyin osoittamaan lämpenemissyyllisen viime vuosien korkeisiin lämpötiloihin aivan riittävän selvästi.

Mihin sitten perustuu yhtälön (1) käyttökelpoisuus? Siitähän näyttää päällisin puolin puuttuvan dynaamiset vaikutukset kokonaan. Selitys on, että IPCC on epäsuorasti myöntänyt, että maapallo reagoi alle vuoden viipeellä säteilypakotteisiin. Samoin IPCC on todennut, että yhtälö (1) laskee vuosittaiset muutokset. Muuten se ei voisi esittää kuvan 7.7 mukaisia lämpenemisiä.

Olen omissa maapallon lämpenemissimuloinneissa – kuten Pinatubo-tulivuoren purkauksen aiheuttamassa jäähtymistapauksessa ja nykyilmaston voimakkaassa lämpenemisessä 2015 jälkeen – käyttänyt yhtälöä (1) soveltaen kahta aikavakiota. Ne ovat meren sekoituskerroksen aikavakio 2,74 kuukautta ja maan 1,04 kuukautta (Stine et al., 2009; Kauppinen et al. 2011). Stinen artikkeli on julkaistu Nature-lehdessä 2009. Ei kai Nature julkaise höpö-juttuja, eihän? Simuloinnit osoittavat konkreettisesti, että simuloitu lämpötila ja mitattu lämpötila vastaavat erinomaisesti toisiaan. IPCC:n voi olla jossakin asiassa oikeassa, vaikka eräs fyysikko on ollut sitä mieltä, että en voi sanoa niin, kun olen niin monessa asiassa eri mieltä kuin IPCC. Minun mittapuuni on totuudellisuus, ei sanoja tai tekijä.

Lopputulema

Olen mielestäni osoittanut yksityiskohtaisesti, että yhtälö (1) on edelleen hengissä ja sen avulla voidaan soveltaen ilmastoherkkyysparametria laskea tarkasti ja luotettavasti maapallon lämpötilamuutoksia erilaisille ilmastoa muuttaville tekijöille, joiden säteilypakote on voitu selvittää.

Jos joku on eri mieltä, niin on mielenkiintoista nähdä hänen perustelunsa. Toistaiseksi täällä käytettyä termiä lainaten, onhan tästä puhuttu, mutta näyttö on jäänyt siihen eli puheeksi. Lainaan tähän The Royal Societyn tunnuslausetta eli mottoa ”Nullius in verba”, joka voidaan suomentaa esimerkiksi ”pelkkä puhe ei riitä”, eli pelkkä puhe ja pelkkä auktoriteetti ei riitä.

Olen hieman muuttanut tätä mottoa ja se on omalla nettisivustollani muodossa ”Nihil in verbis”, koska se on erään latinistilähteen mukaan oikeampi muoto ja olen lisännyt siihen kaksi sanaa ”omnia probate” eli kokeile kaikkea ja suhtaudu asioihin ennakkoluulottomasti.

Puheenvuoron säännöissä on myös tällainen kohta: ” Älä laita viestiisi linkkejä laittomaan, harhaanjohtavaan tai epäasialliseen materiaaliin.” Siispä en laita varmuuden vuoksi linkkiä, koska olen koko ajan suurennuslasin alla, mutta kerron, että uusimmat kirjoitukseni löytyvät aina omalta nettisivustoltani climatexam ja .com.