Millä ansioilla Manabe ja Hasselmann saivat Nobel-palkinnon?  Manaben ansio lienee veden positiivisen takaisinkytkennän soveltaminen

Nobel-toimikunta on esittänyt seuraavat perustelut fysiikan Nobel-palkituille tutkijoille Suykuro Manabe ja Klaus Hasselman: Maapallon ilmaston fysikaalisesta mallintamisesta, vaihtelevuuden määrällisestä arvioinnista ja globaalin lämpenemisen luotettavasta ennustamisesta.

Julkaisemansa kasvihuoneilmiötä esittävän kuvan yhteydessä toimikunta esitti myös lyhyen kuvauksen Manaben ilmastomallista (vapaasti suomennettuna): ”Suykuro Manabe oli ensimmäinen tutkija, joka tutki säteilytasapainon ja konvektion (=lämpötilaeron aiheuttamaa kaasun tai nesteen liikettä) aiheuttamaa vertikaalista (pystysuoraa) ilmamassan liikettä ottaen huomioon myös vedenkierron lämpövaikutukset”.

Olen selvittänyt, mitkä voisivat olla ennen kaikkea Manaben ansiot, ja jätän tässä blogissa Hasselmannin arviot selvittämättä, koska ne tuntuvat paljon epämääräisemmiltä kuin Manaben ansiot.

Netistä löytyy myös palkintoperusteluita, että Manabe oli ensimmäinen, joka demonstroi, kuinka hiilidioksidin lisääntynyt pitoisuus ilmakehässä nostaa globaalia lämpötila luoden siten perusteet nykyisille ilmastomalleille. Tämä perustelu ei pidä paikkaansa, koska hiilidioksidin osuus kasvihuoneilmiössä on osoitettu jo 1800-luvulla ja siten sen lisääntyvä pitoisuus johtaa lämpötilan nousuun. Sen sijaan Manabella on osuutensa nykyaikaisten ilmastomallien tekijänä ja se lienee yksi painavimmista palkitsemisperusteista ja erikoisesti hänen esittämänsä eräs oleellinen piirre, joka on käytössä kaikissa ilmastoeliitin ilmastomalleissa.

Mitä siis Manabe on siis tehnyt ensimmäisenä, koska jonkin ilmiön keksijä tai esittäjä yleensä palkitaan eikä perässähiihtäjät? Vuonna 1967 Manabe ja Wetherald julkaisivat artikkelin nimeltä ”Thermal Equilibrium of the Atmosphere with the given distribution of relative humidity” eli ”Ilmakehän terminen tasapaino vakiollisen suhteellisen kosteuden yhteydessä”. Jo nimestä paljastuu, että tutkijat käyttivät vakioitua suhteellisen kosteuden profiilia ilmakehässä. Se tarkoittaa selkokielellä, että kun ilmakehän lämpötila nousee, niin oletetaan, että suhteellinen kosteus pysyy vakiona. Se taas tarkoittaa sitä, että silloin absoluuttinen vesihöyryn määrä ilmakehässä kasvaa. Tämä taas tarkoittaa sitä, että koska vesihöyry on n. 12 kertaa hiilidioksidia voimakkaampi kasvihuonekaasu, niin lopputulos on, että ilmakehän lämpötila nostaa alkuperäisen lämpötilan nousun (esimerkiksi hiilidioksidin tai auringon lyhytaaltoisien säteilyn aiheuttaman lämpötilan nousun) kaksinkertaiseksi.

Tästä mekanismista on ruvettu myöhemmin käyttämään termiä ”veden takaisinkytkentä” ja selvemmin ”veden positiivinen takaisinkytkentä”. Tämä asia ilmenee ilmastoherkkyysparametrin arvossa. Nimittäin yksinkertaisin ilmastomalli on (yllätys, yllätys)

dT = λ * RF                          (1)

jossa dT on globaali lämpötilan muutos, λ on ilmastoherkkyysparametri (K/(W/m2) ja RF on säteilypakote (W/m2). Sattuneesta syystä olen ilmastoherkkyysparametrin arvoja selvittänyt ja etsinyt siihen liittyviä tutkimuksia.

Yksi tunnetuimmista ilmastotutkijoista nimeltä Ramanathan on julkaisut työryhmän kanssa vuonna 1985 tutkimuksen nimeltä ”Trace gas trends and their potential role in climate change”. Tutkimuksessa on tehty yhteenveto λ:n arvoista. Tutkijat ovat löytäneet vuonna 1985 yhteensä 8 tutkimusta vuodesta 1967 alkaen vuoteen 1982 asti. Ei liene yllätys, että varhaisin tutkimus on juuri tuo Manaben ja Wetheraldin tutkimus ja siinä λ:n arvo oli 0,53 K/(W/m2). Näiden 8 tutkimuksen mukaan λ:n arvo vaihteli välillä 0,47 … 0,53 keskiarvon ollessa 0,5 K/(W/m2). Niinpä ei ole yllätys, että IPCC on käyttänyt arviointiraporteissaan vuoteen 2007 eli raporttiin AR4 juuri tuota arvoa. Sitten IPCC:ltä jotenkin katosi tuntuma, että miten tämä veden takaisinkytkentä oikein toimii ja AR5:ssä oli kuvaus, että veden takaisinkytkentä voi kaksin- tai kolminkertaistaa kasvihuonekaasujen lämpenemisvaikutuksen.

Nyt uusimmassa elokuussa julkaistussa raportissa AR6 asia on harvinaisen selkeästi ilmaistu ja ilmastoherkkyysparametrin λ arvo on keskimäärin 0,47 K/(W/m2). Syitä arvon muuttumiseen IPCC ei ehkä häveliäisyyssyistä kerro, että tämä arvo on kymmenien valittujen tietokonemallien perusteella saatu keskimäärinen lukema. Joka tapauksessa veden positiivinen takaisinkytkentä on edelleen vahvasti mukana ja sen homman aloitti Manabe eikä λ:n arvo ole oleellisesti muuttunut.

Mikä on näyttö veden positiivisesta takaisinkytkennästä?

Joku saattoi panna merkille tuossa Manaben & Wetheraldin ratkaisevassa tutkimuksessa, että tutkijat käyttivät ilmaisua ”Given Distribution of Relative Humidity” eli hyvin vanhahtavaa ilmaisua, että suhteellisen kosteuden jakauma on annettu (given). Tästä seuraa tietenkin retorinen kysymys, että kuka on antanut tällaisen jakauman. Ilmaisu yksinkertaisesti tarkoittaa, että tutkijat olettivat, että suhteellinen kosteus pysyy vakiona, kun ilmakehän lämpötila muuttuu. En löytänyt artikkelista pohdintoja tai perusteluja sille, että miksi suhteellinen kosteus (RH) pysyy vakiona mieluumminkin kuin että absoluuttinen kosteus pysyy vakiona. Artikkelista jää sellainen kuva, että tutkijat laskivat ja analysoivat, mitä tällaisesta oletuksesta seuraa eri muuttujien käyttäytymisessä. He eivät esitä teoreettista hypoteesia tai perustelua, miksi suhteellinen kosteus ylipäänsä pysyisi vakiona.

Käsitykseni on, että vasta parikymmentä vuotta myöhemmin, kun IPCC perustettiin ja alettiin satsata ilmastomallien kehittämiseen, piti löytää myös teoreettinen perustelu veden positiiviselle takaisinkytkennän olemassaololle.

Sellainen löytyikin herrojen Clausius-Clapeyron yhtälöstä, joka esittää matemaattisen kaavan, miten veden osapaine riippuu höyryfaasin lämpötilasta, jos siinä vallitsee 100-prosenttinen suhteellinen kosteus. Tässä jälkikäteen uuniin heitetyssä hiivassa on vain sellainen silmiinpistävä ongelma, että ilmakehän keskimääräinen suhteellinen kosteus on noin 75 % globaalisti ja vain paikoittain ja hetkellisesti 100 %. Tähän päivään mennessä ilmastoeliitti ei ole onnistunut esittämään ”veden pitävää” teoreettista pohjaa, että ilmasto toimisi niin, että ilmakehän suhteellinen kosteus pysyy vakiona.

Kun mikään muu ei auta, niin silloin kannattaa katsoa, että suorat mittaukset suhteellisen kosteuden trendeistä eli korkeuksissa ilmakehässä eivät ole vakiota, kuva 1.

Kuva 1. Suhteellisen kosteuden trendit vuodesta 1948 eteenpäin.

Koska jotkut tietysti tulevat kommentoimaan, että vanhat kosteusmittaukset ovat epätarkkoja, niin Kuvassa 2 on vastaavat käyrät ja kuten tunnettua niin Vaisalan tarkat kosteusmittaukset ovat olleet meteorologien standardiratkaisu noina aikoina. Kun lämpötila nousi vuosina 1980 – 2002, niin absoluuttinen vesimäärä ilmakehässä laski, vaikka ilmastoeliitin ”suhteellinen kosteus on vakio”- oletuksen mukaan olisi pitänyt käydä juuri päinvastoin.Kuva 2. Absoluuttisen kosteuden ja lämpötilan trendit vuodesta 1980 eteenpäin.

Vielä kolmas todiste eli validointi asiasta, onko ilmakehässä vakio suhteellinen kosteus eli onko λ:n (ilmastoherkkyysparametri) arvo 0,47 K/(W/m2) vai onko λ:n arvo 0,265 K/(W/m2), joka tarkoittaa, että ilmakehässä ei ole veden positiivista takaisinkytkentää, joka tuplaa minkä tahansa säteilypakotteen lämpenemisvaikutuksen. Niille, jotka kaipaavat matemaattis-fysikaalista todistetta tämän arvon laskemisesta, voivat löytää sen tästä artikkelista: https://www.journalpsij.com/index.php/PSIJ/article/view/30127/56520

Kyse on maapallon energiataseesta johdetusta kaavasta, joka osoittaa, että maapallo siirtyy tasapainotilasta toiseen ilman veden positiivista takaisinkytkentää.

Luontoäiti on järjestänyt validointikokeen ilmastoparametrille, koska lyhytaaltoisen säteilyn määrä on lisääntynyt merkittävästi vuodesta 2001 CERES-satelliittimittausten mukaan. Lisäys on ollut 1,61 W/m2 vuonna 2019 (vertailuvuosi AR6:ssa), Kuva 3. Se on paljon se, koska hiilidioksidin vastaava säteilypakotteen lisäys vuodesta 1750 vuoteen 2011 oli 1,68 W/m2 IPCC:n mukaan.Kuva 3. Auringon kokonaissäteilytehon (TSI) trendin muutos, maapallon heijastaman lyhytaaltoisen säteilyn muutos ja maapallon absorboiman lyhytaaltoisen säteilyn muutos).

Lopuksi sitten näyttö siitä, mitä Manaben ja ilmastoeliitin käyttämä veden positiivinen takaisinkytkentä tarkoittaa, kuva 4.

Kuva 4. Ollilan ja IPCCn ilmastomallien mukaiset lämpötilatrendit johtuen auringon säteilypakotteen muutoksesta. IPCC:n mallissa on veden positiivinen takaisinkytkentä ja Ollilan mallissa ei ole.

Lopputulos on, että IPCC:n lämpötilamalli ampuu reilusti yli mitatun lämpötilamuutoksen. Jos IPCC olisi ottanut tämän muutoksen mukaan AR6:n lämpötilalaskennassa, niin mallien laskema lämpötila olisi ollut noin 2,0 astetta, kun mitattu oli noin 1,3 astetta. Virhettä oli tullut 54 %, mutta tämä muuttuja jättämällä pois, saatiin mitattu ja laskettu lämpötila samaksi. Vihdoin, voi moni ilmastoeliitin tutkija huokaista.

IPCC:llä ei ollut muuta mahdollisuutta kuin lähteä huijaamaan. Ja hyvin on toistaiseksi uponnut. Nyt kun Manabe on saanut fysiikan Nobel-palkinnon, niin vertaisarvioinneissa tullaan yksikantaan toteamaan, että veden positiivinen takaisinkytkentä on todellinen ilmiö, koska sen esittäjä on saanut Nobel-palkinnon.

Alkuperäisessä tutkimuksessa vuodelta 1967 ei kuitenkaan löydy näyttöä sen olemassaolosta, vaan ainoastaan oletus, että jos suhteellinen kosteus on vakio, niin mitä siitä seuraa. Siitä seurasi mm. se, että ilmastoherkkyys ECS oli 2,3 °C, kun AR6:n vastaava arvo on 2,5-4,0 °C. Manaben puolesta totean, että hän oli lähempänä oikeaa arvoa jo 55 vuotta sitten.

+10
aveollila
Porvoo

TkT, dosentti emeritus (Aalto-yliopisto)

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu