Hiilidioksidin säteilypakote ja ilmastoherkkyys: Osa 3, stratosfäärin kylmeneminen.

Johdanto. Tekemäni tutkimus nimeltä ”Radiative forcing and climate sensitivity of carbon dioxide (CO2) fine-tuned with CERES data” eli ”Hiilidioksidin säteilypakote ja ilmastoherkkyys hienoviritettynä CERES-datan avulla” on julkaistu 5.12.2023 (Viite 1). Tutkimus on niin laaja, että tulen tekemään siitä yhteensä viisi erillistä blogikirjoitusta, joista kaksi on julkaistu:
– Osa 1, Kasvihuonekaasujen absorptiovaikutukset:
– Osa 2, Veden takaisinkytkentä ja ilmastoherkkyysparametri.

Nyt on vuorossa Osa 3,  Stratosfäärin kylmeneminen. Pyrkimykseni on edelleen ilmastonmuutostieteen kansantajuistaminen, koska niitä on huonosti tarjolla suomeksi tai englanniksi. Nämä kirjoitukset todennäköisesti ovat monelle lukijalle liian teoreettisia tai kokemuspiirin ulkopuolella. Olen toisaalta havainnut kuten edellisen blogini useista kommentista näkyy, että keskustelua syntyy ja osittain jopa ihan asiallista ja asiassa pysyvää. Matemaattisilla yhtälöillä en tule nytkään lukijoita kuormittamaan. Esitän myös tapani mukaan kuvia, joita ette löydä lainkaan tai samalla tarkkuudella internetistä tai edes tieteellisistä artikkeleista.

Stratosfäärin kylmeneminen ei ole jättänyt osaa alan tutkijoista kylmiksi, vaan asiaan on otettu kantaa, kun taas toiset eivät ole asiaa noteeranneet ollenkaan ikään kuin sitä ei olisi olemassakaan tai että sillä olisi jotain vaikutuksia maapallon lämpötilaan. Tämä avaa tieteen tekemisen sitä puolta, että edes ilmastonmuutostieteessä kaikista asioista ei olla samaa mieltä, vaikka sanotaan, että ”climate change science is settled” eli vapaasti käännettynä ”ilmastonmuutostiede on puhunut ja denialistit vaietkoot”.

Valittu aihepiiri on tarkoituksella erittäin suppea, mutta kyllä siitä näköjään meikäläinen sai aikaan ihan riittävän pitkän tekstin, joka perustuu julkaistuun artikkeliini, viite 1. Kyse on siis siitä, mitä tapahtuu stratosfäärissä, kun CO2-pitoisuus nousee ja useimmiten vertailu arvona olen käyttänyt CO2-pitoisuutta 560 ppm, jota on ruvettu tutkimuksissa merkitsemään 2xCO2.

Maapallon emittoiman säteilyn absorptio ilmakehässä

Maallikoillekin on tullut selväksi, että kasvihuoneilmiö johtuu siitä, että maapallo säteilee eli emittoi pitkäaaltoista säteilyä eli silmälle näkymätöntä lämpösäteilyä, jota kutsutaan myös infrapunasäteilyksi aallonpituusalueella 3 – 100 mikrometriä. Wikipedian mukaan infra-sana tarkoittaa alempana olevaa. Auringosta tulevaa näkyvää valoa lyhytaaltoisempaa säteilyä kutsutaan nimellä ultraviolettisäteily. Ultra tarkoittaa Wikipedian mukaan takana olevaa ja äärimmäistä.

Infrapunasäteilyn määrä on noin 395 W/m2, mutta kasvihuonekaasut ja pilvet absorboivat siitä noin 155 W/m2, jolloin avaruuteen menee 240 W/m2, joka on sama kuin maapallon saama lyhytaaltoisen nettosäteilyn määrä. Kasvihuoneilmiön toinen yhtä oleellinen ominaisuus on, että energian häviämättömyyden lain mukaan tuo 155 W/m2 ei katoa jälkiä jättämättä ilmakehään. Säteilyn absorptio tarkoittaa, että se muuttuu lämmöksi ja lämmennyt ilmakehä taasen säteilee energiaa Planckin lain mukaan. Yksinkertaistaen voi sanoa, että tuo 155 W/m2 ei voi poistua avaruuteen, koska sinne ei ”mahdu” muuta kuin 240 W/m2, jonka maapallo saa. Jos tuo 155 W/m2 menisi avaruuteen, niin maapallolle tulisi saman verran lisäenergiaa muualta kuin auringosta, mutta tällaista energialähdettähän ei ole. Niinpä tuo 155 W/m2 tulee takaisin maapallon pinnalle infrapunasäteilyn muodossa ja se on itseasiassa kasvihuoneilmiön ydinominaisuus. Muistutan, että maapallon pinnalle tulee paljon enemmän infrapunasäteilyä eli 345 W/m2, mutta se onkin toinen juttu.

Aikaisemmin on käyty keskustelua siitä, kuinka nopeasti pinnan säteilemä 395 W/m2 absorboituu ilmakehässä korkeuden mukaan niin, että lopulta avaruuteen menee vain se 240 W/m2. Jostain kumman syystä tämä näyttää olevan melkein tabu ilmastotutkijoiden maailmassa, koska tästä on julkaistu tutkimustuloksia ”äärimmäisen” vähän.

Ohmura (viite 2) on julkaissut jo vuonna 2001 artikkelin, jonka mukaan kokonaisabsorptio etenee korkeuden mukaan seuraavasti: 10 metriä 34 %, 100 m 67 %, 1km 89 %, ja 2km 95 %. Omat laskelmani ovat lähes samat eli 1 km 90 %, 2km 95 % ja 11 km (tropopaussi = troposfäärin yläraja) 98 %. Kvantitatiiviset tutkimustulokset CO2:n aiheuttamasta infrapunasäteilyn absorptiosta korkeuden mukaan ovat siis lähes olemattomia. Ramaswamy et al. (viite 7) toteaa, että ”hiilidioksidin osalta tärkein 15 μm:n kaista on kyllästynyt melko lyhyillä etäisyyksillä.” Voidaan olettaa, että ”lyhyet etäisyydet” tarkoittaisivat todennäköisesti satoja metriä kilometrien sijaan.

Tein MODTRAN-sovelluksella (viite 3) mahdollisimman keskimääräisellä ilmakehällä laskelmat korkeuteen 11 km ja 70 km, kuva 1.

Kuva 1. MODTRAN-laskentojen tulokset korkeuteen 70 km ja 11 km. Ilmakehämalli 1976 US Standard Atmosphere, jossa on pilvipeite ”Standard Cirrus Model”, hiilidioksidia 400 ppm ja vettä 2,6 prcm (vedeksi kondensoitua vettä cm:nä ja sen vuoksi Water Vapor Scale 1.8).

Kuvan 1 arvoilla OLR (Outgoing Longwave Radiation eli avaruuteen menevä pitkäaaltoinen säteily) oli 70 km:ssä 240,932 W/m2 ja 11 km:ssä 246,867 W/m2 eli 11km:n korkeudessa OLR oli 2,4 %:n päässä lopullisesta arvostaan. Tämä tulos on yhtäpitävä omien laskelmieni kanssa Spectral Calculatorilla ja LBL-menetelmällä, että kokonaisabsorptio on saavuttanut noin 98 %:n tason jo tropopaussissa. Sen ovat jotkut kommentoijat ovat kieltäneet tämän ja eiköhän joku aktivoidu nytkin. Toistaiseksi en ole huomannut, että kieltäjillä olisi näyttöä jostain muista luvuista, koska he eivät ole niitä itse laskeneet ja muita tutkimuksia ei löydy.

Auringon säteilyn absorptio ilmakehässä

Jopa tieteellisissä artikkelissa väitetään, että ilmakehä olisi läpinäkyvä auringon säteilylle eli sitä ei absorboituisi ilmakehässä lainkaan, vaan auringon kokonaissäteilyn 340 W/m2 ja heijastuneen säteilyn 100 W/m2 ero eli nettosäteily 240 W/m2 tulisi sellaisenaan maanpinnalle. Tämähän ei pidä lainkaan paikkaansa, sillä pilvettömän taivaan olosuhteissakin absorboituu n. 75 W/m2 ja maanpinnalle tulee n. 165 W/m2. Kun olen asiaa selvittänyt, niin tässä kohtaa on sellainen erikoisuus, että normaalitaivaan eli pilvisyyden 67 % olosuhteissa absorboituu sama määrä eli 75 W/m2, mutta nyt pilvet absorboivat n. 17 W/m2 ja kasvihuonekaasut n. 58 W/m2.

Ramaswamy et al. (viite 5) ovat huomanneet, että CO2 absorboi auringon säteilyä, joka pienentää maanpinnalle tulevaa auringonsäteilyä ja aiheuttaa heikon muutoksen ilmakehän ylärajalla eli säteilypakotteen. Tämä kannanotto ei ilmaise kuinka suuri osa tästä auringonsäteilyn absorptiosta tapahtuu stratosfäärissä. Koska en löytänyt oikeastaan mitään tuloksia, että miten auringonsäteilyn absorptio jakaantuu pilvettömällä taivaalla ilmakehässä eri kasvihuonekaasujen kesken, niin olen laskenut sen Spectral Calculatorilla.. Tulokset olivat julkaisemani artikkelin mukaan: vesi 77,3 %, otsoni 19,5 %, CO2 2,3 % ja CH4 & N2O 0,9 %. Otsoni absorboi pääosin stratosfäärissä, jossa sen pitoisuus on paikoittain lähes satakertainen troposfääriin verrattuna, ja vesi absorboi pääosin troposfäärissä. Jos kerran CO2 absorboi ilmakehässä lyhytaaltoista säteilyä, niin sen pitoisuuden kasvaessa myös absorptio lisääntyy ja se nostaa lämpötilaa siellä missä absorptio pääosin tapahtuu.

Näyttää siltä, että Myhre et al. (viite 7)] ovat ainoita, jotka ovat ottaneet huomioon auringonsäteilyn lämmittävän vaikutuksen stratosfäärissä ja osoittaneet ainakin yhden numeerisen arvon.  Hänen arvonsa säteilypakotteelle 2xCO2 (=560 ppm) on noin +0,29 W/m2 (laskettu logaritmisen riippuvuuden mukaan). Kirjallisuuskatsaus ei paljasta yhtään LBL-laskelmilla tehtyä tutkimusta, joka osoittaisi todellisia numeerisia arvoja auringon säteilyn lämmittämisvaikutuksesta stratosfäärissä. Olen suorittanut omat LBL-laskelmani auringonsäteilyn absorptiolle ja minun arvoni 2xCO2-pitoisuudelle on +0,36 W/m2 eli samaa suuruusluokkaa kuin Myhre et al.:n arvo.

Stratosfäärin viilenemisen syyt

Stratosfäärin viilenemisen CO2-pitoisuuden noustessa esittelivät vuonna 1967 Manabe ja Wetherald (viite 4). Säteilypakotekäsitteen historiallisessa tarkastelututkimuksessa Ramaswamy et al. (viite 5) päättelivät, että CO2:n kasvu lisää stratosfäärin emissiota, mikä johtaa jäähtymiseen. Goessling ja Bathiany (viite 6) muotoilivat saman asian näin: ”Emission ylimäärä absorptioon verrattuna johtaa jäähtymiseen.” G&B:n käsityksen mukaan emissiota voisi siis tapahtua enemmän kuin lämpötila edellyttää, jolloin materiaalin olisi pakko jäähtyä. Omasta mielestäni tämä on fysiikan lakien vastaista, koska Planckin lain mukaan materiaali säteilee vain sen lämpötilan mukaan. Toinen tosiasia on, että stratosfäärissä ei tapahdu juuri ollenkaan emissiota, vaan troposfääristä tuleva infrapunasäteily kulkee sen läpi absorboitumatta (englanniksi transmission), koska vain n. 2 % absorboituu ja edelleen aiheuttaa emissiota (englanniksi radiation).

Kun CO2-pitoisuus nousee, niin infrapunasäteily troposfääristä stratosfääriin pienenee ja sen vuoksi infrapunasäteily myös avaruuteen stratosfääristä menevä säteily (=OLR) pienenee; tämähän on kasvihuonekaasujen säteilypakotekäsitteen perusilmiö. Maapallon energiataseen pitää palata siihen tilaan, että maapallolta poistuu yhtä paljon säteilyä kuin auringosta tulee, jonka voidaan olettaa olevan koko ajan lähes vakio. Energiatase tulee automaattisesti kuntoon siten, että pintalämpötila nousee, joka kasvattaa avaruuteen menevää säteilyä. Pintalämpötila nousee automaattisesti sen vuoksi, että poistuva infrapunasäteily vaikeutuu kasvihuoneilmiön kasvun takia.  Kun CO2 aiheuttaa OLR:ään poikkeaman alaspäin -2 W/m2, niin se vastaa vaikutukseltaan samaa, kuin jos maapallo olisi saanut auringosta lisää säteilyä +2 W/m2.  Tämä tuntuu olevan useille kommentoijille vaikea ymmärtää, vaikka se on IPCC:kin raporteissa tarkalleen näin määritelty.

AR6:ssa käytetään nimitystä SARF, jolla tarkoitetaan stratosfäärin lämpötilakorjattua säteilypakotetta eli se on nettosäteilyvuon muutos ilmakehän ylärajalla CO2-muutoksen jälkeen, kun stratosfäärin lämpötilan muutokset on otettu huomioon (AR6, s.941]. Tässä artikkelissa termejä SARF ja stratosfäärin kylmeneminen on käytetty synonyymeinä.

AR6 on viitannut tuoreisiin kahteen tutkimukseen nimittäin Etminan et al. (viite 8)], Meinshausen et al. (viite 9). Nämä tutkimusryhmät ovat laskeneet CO2:n säteilypakotteet suoraan ilmakehän ylärajalla LBL-menetelmillä ja he eivät ilmoita sanallakaan, että stratosfäärin kylmenemisellä olisi joku rooli heidän laskelmissaan; myöskään stratosfäärin lämpenemistä auringonvalon absorptiosta he eivät raportoi. Tutkijoiden käsitykset siis hajoavat merkittävästi.

Uusi säteilypakotteen laskemisen paradigma eli oppirakennelma

IPCC:n raportissa AR6 vuodelta 2013 törmäsin uuteen CO2:n säteilypakotteen laskentatapaan, josta tieteessä käytetään nimitystä paradigma. Kirjoitan tästä siitä syystä, että maallikoille asiasta ei ole hiiskuttu sanaakaan. IPCC:n raportointi paljastaa jotain oleellista IPCC:n tieteen tekemisestä tässä yhteydessä.

Tämä uusi tehollisen säteilypakotteen (ERF) laskentapa on otettu käyttöön ja sitä on sovellettu monissa globaaleissa ilmastomalleissa. Chung ja Soden (11) esittelivät niin kutsutun ydin eli kerneli-menetelmän (kernel method), joka sisältää useita tekijöitä, jotka voidaan lineaarisesti summata ERF:n laskemiseksi:

ERF = IRF + AT + AS + ATS + A+ AA + AC + E     (1)

jossa IRF on säteilypakote ilmakehän ylärajalla ilman tarkennuksia (adjustment), AX on nopea tarkennus, joka johtuu yhtälön (1) mukaan seitsemästä eri tarkennuksesta: alailmakehän lämpötilasta (T), stratosfäärin lämpötilasta (S), pintalämpötilasta (TS), vesihöyrystä (W), pinnan albedosta (A) ja pilvistä (C), ja E on jäännös, joka selittää epälineaarisuudet. Jostain syystä termiä ”GH-vaikutus” ei löydy Chungin ja Sodenin paperista: uusi paradigma, uudet kujeet.

Näitä tarkennuksia voidaan myös kutsua troposfääristä ja maanpinnasta peräisin oleviksi nopeiksi hienokorjauksiksi, ja ne tapahtuvat viikkojen ja kuukausien välisenä aikana. Hitaampia korjauksia kutsutaan ilmaston takaisinkytkennäksi, ja niihin kuuluvat jää/albedo, lämpötilan lämpötilagradientti ilmakehässä, vesihöyryn ja pilvien takaisinkytkentä; ne eivät sisälly säteilypakotteen laskelmiin, vaan ne otetaan huomioon vasta lämpötilavaikutusta laskettaessa. Toivon, että eräs itäsuomalainen ilmastotutkija ei tule esittämään takaisinkytkentöjään tässä yhteydessä.

AR6:n ERF-laskelmat perustuvat Smith et al.:n artikkeliin (viite 10), jotka ovat soveltaneet edellä kuvattua kerneli-menetelmää. Heidän lukuarvonsa on keskiarvot 11 erilaisen tietokonemallin (GCM) luvuista. Numeerisia arvoja ei löydy heidän paperistaan lukuun ottamatta pilvisyyden kerneliä 0,45 W/m2. Olen itse estimoinut yhtälön (2) arvot graafisesta kuvasta (viite 10), ja nämä termit ovat samassa järjestyksessä kuin yhtälössä (2) ERF:n laskennassa:

ERF = 2,60 – 0,58 – 0,22 + 0,22 + 0,11 + 0,44 + 1,12 = 2,60 + 1,1 = 3,7        (2)

Hallitsevaksi tarkennukseksi osoittautuu stratosfäärin lämpötilan tarkennus AS (1,12 W/m2), koska muiden tarkennuksien summa yhtälössä (3) on lähellä nollaa (-0,03 W/m2). Tämän laskentamenetelmän silmiinpistävin piirre on, että IRF on vain 2,6 W/m2, joka perustuu 11 ilmastomallilaskelmaan antamaan säteilypakotteeseen ilmakehän ylärajalla. Smith et al. (10) kutsuu tekijää AS termillä ”Stratospheric cooling” eli stratosfäärin jäähtyminen tai ”Stratospheric temperature adjustment” eli stratosfäärin lämpötilan tarkennus.

IPCC on valinnut Smith et al.:n tulokset lähtökohdaksi lopullisen ERF-arvon laskemiseksi, mutta on tehnyt sen sillä tavalla, että he eivät suoraan osoita stratosfäärisen jäähtymisen suuruutta.

Omat laskelmani stratosfäärin viilenemisestä

Lopuksi esitän omat laskemani stratosfäärin viilenemisestä. Yksi stratosfäärin jäähtymisen avainkysymyksistä on, millä tavalla kyllästynyt CO2: n absorptio troposfäärissä voi vaikuttaa stratosfäärissä tapahtuvaan kokonaisabsorptioon. Yleisen säteilyteorian mukaan stratosfäärissä vähentynyt infrapunasäteilyn absorptio aiheuttaa jäähdytysvaikutuksen ja lisääntynyt auringon säteilynabsorptio aiheuttaa lämmittävän vaikutuksen. Jos näiden vaikutusten summa on viilentävä vaikutus, on olennaista arvioida, mikä on säteilyvuon muutos ilmakehän yläosassa, koska se vaikuttaa CO2:n säteilypakotteen määrään.

Olen suorittanut laskelmani Spectral Calculator – sovelluksella käyttäen HITRAN-tietokantaa ja keskimääräistä ilmakehää. Tulokset ovat Taulukossa 1.

Taulukko 1. Infrapunasäteilyn ja auringon säteilyn absorptiovaikutukset (W/m2) keskimääräisen taivaan olosuhteissa stratosfäärissä kolmelle eri CO2-pitoisuudelle. LW tarkoittaa infrapunasäteily ja SW auringon säteilyä.

Asia 280 ppm 393 ppm 560 ppm
Korkeus, 11 km 248.315 246.865 245.29
Korkeus, 70 km 242.704 241.537 240.304
Infrapunasäteilyn absorptio (11 km – 70 km) 5.611 5.328 4.986
Infrapunasäteilyn absorption muutos 0 -0.283 -0.625
Auringon säteilyn absorption muutos 0 0.168 0.360
Netto jäähdytysvaikutus 0 -0.115 -0.265

Kuten tuloksista näkyy, niin auringon valon absorptio lisää stratosfäärin lämpötilaa ja infrapunasäteilyn absorptio laskee lämpötilaa, ja nettovaikutus on jäähtyminen.  Mitä tapahtuu troposfäärissä ja stratosfäärissä, kun CO2-pitoisuus nousee arvosta 280 ppm arvoon 560 ppm selviää parhaiten kuvasta 2.

Kuva 2. Absorptiokäyrät vedelle, CO2-pitoisuuksille 280 ja 560 ppm, kokonaisabsorptio ja maanpinnan emissiokäyrä.

Kuvasta 2 näkyy tuttu CO2-absorptiokäyrä vihreällä värillä ja kuinka sen absorptiopiikin pinta-ala kasvaa, kun piikin pinta-ala levenee. CO2 voisi absorboida aallonpituusalueella 14-16 mikrometriä paljon enemmän, mutta kun maanpinnan emissio ei tarjoa enempää, sen vuoksi lisäabsorptio voi tapahtua vain piikin levenemisen kautta. Silloin käy niin, että aallonpituusalueen 16 mikrometriä suuremmilla aallonpituuksilla piikin leveneminen menee ns. ketuille, koska siellä vesi ja CO2 ovat jo absorboineet kaiken. Punaisen ja sinisen käyrän ero kertoo sen lisäabsorption, mitä tapahtuu.

Kuvassa 3 on esitetty tiettyjen aallonpituusalueiden absorptiomuutokset CO2-pitoisuuden muuttuessa arvosta 280 ppm arvoon 560 ppm.

Kuva 3. Absorption muuttuminen stratosfäärissä aallonpituusalueilla 1-8 µm, 8-11 µm, 11-18 µm ja 18-100 µm CO2-pitoisuuden muuttuessa arvosta 280 ppm arvon 560 ppm.

Kuvasta 3 on helppo havaita, että stratosfäärissä CO2-pitoisuuden muuttuessa absorptio pienenee CO2 & H2O:n absorptiokaistalla 11-18 mikrometriä ja hieman lisääntyy otsonin absorptiokaistalla 8-11 mikrometriä, mutta muualla pysyy lähes samana. CO2 ei absorboi stratosfäärissä pitoisuuksilla 280…560 ppm. CO2-pitoisuuden kasvaessa arvoon 560 ppm, CO2 absorboi jo troposfäärissä enemmän infrapunasäteilyä aallonpituuskaistalla 12-14 mikrometriä kuvan 2 mukaisesti. Kuva 3 osoittaa, että aallonpituuskaistalla 8-11 µm, absorptio selvästi pienenee stratosfäärissä. Tämä johtuu siitä, että CO2 on troposfäärissä absorboinut aallonpituuskaistalla 12-14 µm enemmän kuin pitoisuudella 280 ppm ja sen vuoksi stratosfäärissä vedelle jää vähemmän absorboitavaa.  Lopputulos on, että kokonaisabsorptio stratosfäärissä pienenee, ja stratosfäärin lämpötila laskee.

Taulukko 2. Yhteenveto tutkijoiden ja IPCC:n tuloksista stratosfäärin lämpenemisestä ja jäähtymisestä.

Tutkija(t) Auringonsäteilyn absorptio, W/m2 Infrapunasäteilyn absorptio, W/m2 Yhteisvaikutus, W/m2
Myhre et al., 1998 0,29 -0,13 0,16
Etminan et al., 2016 0 0 0
Meinshausen et al., 2020 0 0,19* 0,19*
Smith et al., 2018 0 1,12 1,12
AR6/IPCC, 2021 0 (1,12) (1,12)
Ollila, 2023 0,36 -0,63 -0,27

*) Huom!. Meinshausen et al. arvoa on korjattu 18.1.23. klo 15:45.

Taulukon 2 laskentamenetelmissä on oleellisia eroja. Myhre et al. käyttivät absorptiopiikkien pinta-alan laskentaa ja minä olen käyttänyt LBL-laskentaa; erot voivat selittyä pelkästään tästä syystä. Smith et al. sovelsivat kerneli-menetelmää. IPCC esittää asian niin epäselvästi, että heidän kantansa stratosfääriseen jäähtymiseen jää auki, mutta he lopulta käyttivät Smith et al.:n GCM-laskelmia lopullisen ERF-arvon muodostumisessa. Niinpä voi sanoa, että kun IPCC sanoi A (lopullinen ERF-arvo ja sen hajonta), niin se sanoi myös B (kerneli-menetelmä), ja lopulta se sanoi myös C,  että stratosfäärissä tapahtuu merkittävä ERF-arvon kasvu (1,12 W/m2) sen jäähtymisen takia. Palaan tähän asiaan vielä seuraavassa kirjoituksessa.

Stratosfäärin lämpötilaa on mitattu satelliittien avulla noin vuodesta 1980, kuva 4.

Kuva 4 vahvistaa sen seikan, että stratosfäärin alaosa on jäähtynyt sitten vuoden 1978. Jäähtymisen syitä on tutkinut Philopona et al. (13) ja kuva 5 on heidän tutkimuksestaan.

Kuva 5. Stratosfäärin lämpötilatrendejä maapallon eri osissa.

Myös kuva 5 osoittaa, että stratosfääri on jäähtynyt, mutta jäähtyminen on pysähtynyt 2000-luvulla ja kääntynyt erittäin lievään lämpenemiseen Antarktista lukuun ottamatta.

Bekki ja Savarino (12) ovat osoittaneet, että infrapunasäteilyn absorptio stratosfäärissä ei selitä viimeaikaista positiivista lämpötilagradienttia stratosfäärissä. Suurin osa lämmöstä on peräisin happiatomien rekombinaatiosta molekyylihapen kanssa alle 242 nanometrin ultraviolettisäteilyn aiheuttaman fotolyysireaktion vuoksi. Tämä erittäin nopea reaktio vapauttaa 24 kcal lämpöä muodostunutta otsonimoolia kohti. Tästä syystä stratosfäärin lämpötila on korkeampi kuin troposfäärin yläosan lämpötila. Tämä tulos on linjassa Philiponan et al. kanssa, jotka analysoivat stratosfäärin jäähtymistä radiosondi- ja satelliittihavaintojen perusteella. He havaitsivat, että kasvihuonekaasupitoisuuksien nousu ja stratosfäärin otsonin väheneminen 1970-luvulta vuosisadan loppuun jäähdyttivät alempaa stratosfääriä. Samalla kun otsonikerrosta heikentävien aineiden pitoisuudet ovat pienentyneet, otsonin lyhytaaltokuumeneminen otsonipitoisuuden nousun myötä lisää nyt lämpenemistä. Tämä muutos sai jäähtymisen pysähtymään vuoden 2000 tienoilla, ja siitä lähtien alempi stratosfääri on hitaasti lämmennyt lisääntyneiden otsonipitoisuuksien ansiosta. Nämä tutkijaryhmät eivät ole noteeranneet CO2-pitoisuuden lisääntymisen aiheuttavan myös lievää stratosfäärin lämpenemistä.

Loppukaneetti. Vaikuttaako stratosfäärinen jäähtyminen jotenkin epäselvä? Jos jäi sellainen vaikutelma, niin älkää ampuko pianistia. Tutkijat ja IPCC ovat tehneet asiasta melkoista sotkua. Jotkut puhuvat stratosfäärisen lämpötilasovituksen aiheuttamasta jäähtymisestä. Ei luonto tee mitään lämpötilasovitusta.  Itse olen käsitellyt asiaa säteilylakien mukaan, että absorption lisääntyminen aiheuttaa lämpenemistä missä tahansa ilmakehän osassa ja absorption pieneneminen aiheuttaa jäähtymistä. Kun lämpötila näiden tapahtumien takia muuttuu, niin luonnolla ei ole mekanismia palauttaa alkuperäistä lämpötilaa, vaan luonto korjaa vain energiatasapainon ja lämpötilamuutoksia voi aiheutua tästä mekanismista.

Lopuksi ylipitkän juttuni kevennykseksi uskomattoman kaunis kuva ilmakehän kerroksista

Viitteet

  1. Ollila, Radiative forcing and climate sensitivity of carbon dioxide (CO2) fine-tuned with CERES data: https://journalcjast.com/index.php/CJAST/article/view/4300
  2. Ohmura A. Physical Basis for the Temperature-Based Melt-Index Method. J Appl Meteorol Climatol 2001;40:754-761. https://www.researchgate.net/publication/244986167_Physical_Basis_for_the_Temperature-Based_Melt-Index_Method
  3. MODTRAN: https://climatemodels.uchicago.edu/modtran/modtran.doc.html
  4. Manabe S and Wetherald RT. Thermal equilibrium of the atmosphere with the given distribution of relative humidity. J Atm Sci 1967;24(3): 241-259. https://climate-dynamics.org/wp-content/uploads/2016/06/manabe67.pdf
  5. Ramaswamy V, Collins W, Haywood J, Lean J, Mahowald N, Myhre G, et al. Radiative Forcing of Climate: The historical evolution of the radiative forcing concept, the forcing agents and their quantification, and applications. Meteorol Monogr 2019;59(1):14.1-14.101. https://www.researchgate.net/publication/336244758_Radiative_Forcing_of_Climate_The_Historical_Evolution_of_the_Radiative_Forcing_Concept_the_Forcing_Agents_and_their_Quantification_and_Applications
  6. Goessling HF and Bathiany S. Why CO2 cools the middle atmosphere – a consolidating model perspective. Earth Syst Dyn 2016;7(3):697–715. https://www.researchgate.net/publication/307443237_Why_CO2_cools_the_middle_atmosphere_-_a_consolidating_model_perspective
  7. Myhre G, Highwood EJ, Shine KP, Stordal F. New estimates of radiative forcing due to well mixed greenhouse gases. Geophys Res Lett 1998;25:2715-2718. https://www.researchgate.net/profile/Gunnar-Myhre/publication/238498266_New_estimtes_of_raditive_forcing_due_to_well_mixed_greenhouse_gases/links/00463537bc95236afe000000/New-estimtes-of-raditive-forcing-due-to-well-mixed-greenhouse-gases.pdf
  8. Etminan E, Myhre G, Highwood EJ, Shine KP. Radiative forcing of carbon dioxide, methane, and nitrous oxide: A significant revision of methane radiative forcing. Geophys Res Lett 2016;43:12614-12636. https://www.researchgate.net/publication/311939467_Radiative_forcing_of_carbon_dioxide_methane_and_nitrous_oxide_A_significant_revision_of_the_methane_radiative_forcing_GREENHOUSE_GAS_RADIATIVE_FORCING
  9. Meinshausen M, Nicholls MRJ, Lewis J, Gidden MJ, Vogel E et al. The shared socio-economic pathway (SSP) greenhouse gas concentrations and their extensions to 2500. Geosci Model Dev 2020;13:3571–3605. https://www.researchgate.net/publication/343637671_The_shared_socio-economic_pathway_SSP_greenhouse_gas_concentrations_and_their_extensions_to_2500
  10. Smith CJ, Kramer RJ, Myhre G et al. Understanding rapid adjustments to diverse forcing agents. Geophys Res Lett 2018;45:2023–12031. https://doi.org/10.1029/2018GL079826
  11. Chung ES, Soden BJ (2015) An assessment of direct radiative forcing, radiative adjustments, and radiative feedbacks in coupled ocean–atmosphere models. J Clim 2015;28(10):4152–4170. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-14-00436.1
  12. Bekki S and Savarino J. Ozone and stratospheric chemistry. Ed. White WM, Encyclopedia of geochemistry. Springer International Publishing, 12 p,978-3-319-39193-9; 2016.
  13. Philipona R, Mears C, Fujiwara M, Thorne P, Bodeker G, Haimberger L et al. Radiosondes show that after decades of cooling, the lower Stratosphere is now warming. J Geophys Res Atmos 2018;123:12509-12522.  https://doi.org/10.1029/2018JD028901
aveollila1
Porvoo

TkT, dosentti emeritus (Aalto-yliopisto). Uskon demokratiaan ja markkinatalouteen (en kapitalismiin) ja kansallisvaltioon. Olen tutkinut 12 vuotta ilmastonmuutosta, josta julkaisuja on kertynyt 23. Tutkimukseni keskittyvät ilmastonmuutoksen ytimeen eli kasvihuoneilmiöön, hiilidioksidin osuuteen ilmastonmuutoksessa ja hiilen kiertoon. Tulokseni osoittavat oleellisia virheitä IPCC:n tieteessä. Olen kutsuttu norjalaisen järjestön Klimarealistine (Climate realister) tieteelliseen neuvostoon.

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu