Hva er årsaken til den globale oppvarmingen de siste 40 år, solaktivitet eller drivhusgasser?

Transkript

1 Hva er årsaken til den globale oppvarmingen de siste 40 år, solaktivitet eller drivhusgasser? Kristoffer Rypdal Institutt for fysikk og teknologi Universitetet i Tromsø

2 Lesestoff IPCC: The Physical Science Basis Burroughs: Climate Change Benestad: Solar Activity and Earth s Climate Blogg: Svensmark og Calder: The Chilling Stars

3 Innhold Har vi virkelig en global oppvarming? Hva forteller klimamodellene? Hva er forbindelsen mellom drivhusgassene og global oppvarming? Er det noen sammenheng mellom solaktivitet og klima? Henrik Svensmarks teori om galaktisk kosmisk stråling, solaktivitet og klima.

4 Har vi virkelig en global oppvarming? Det avhenger av hvilken tidsskala vi betrakter

5 Global temperatur siste 2 årnedkjøling av troposfæren?

6 El Niño South Pacific Oscillation (ENSO) Global temperatur

7 Trend i global temperatur ved jordoverflaten (bakkemålinger) og i troposfæren (fra satellitter) Den globale trenden de siste 40 år er en økning på o C per tiår.

8 Global temperatur siste 150 årårlige og femårige middelverdier Avkjøling på nordre halvkule , uklar årsak

9 Instrumentelle temperaturmålinger de siste 300 år Forskjellige rekonstruksjoner og proxy-målinger siste 1300 år

10 Drivhusgasser, temperatur og isdekke de siste år Nåværende konsentrasjoner av drivhugasser: CO 2 økt 35%, N 2 O økt 25%, CH 4 økt 200% de siste 250 år CO 2 : Karbondioxid, drihusgass N 2 O: Nitrogenoksid, drivhusgass δd: Proxy for temperatur Tid før nå (i årtusen)

11 Flere spørsmål Trend i global temperatur de siste 40 år er en økning på o C per tiår. Men hvor sikkert er det at det er en slik trend? Hvor sikkert er det at den er menneskeskapt? Hvor sikkert er det at den vil fortsette hvis vi ikke bremser CO 2 -utslippene? Kan det være at CO 2 -konsentrasjonen øker på grunn av økende temperatur, og ikke omvendt? La oss se på svarene som FNs klimapanel (IPCC) gir i sin 4. rapport (2007)

12 Hva forteller klimamodellene? Man kan leke seg med forskjellige klima-driv og sammenligne med allerede observerte klimatrender

13 Klima-driv (IPCCs definisjon) Endring (siden år 1750) i total innstråling til troposfæren i W/m 2 på grunn av endring eller introduksjon av en påvirkning i klimasystemet. Slike påvirkninger kan eksempelvis være økt konsentrasjon av klimagasser, endring i solens energifluks eller endring i konsentrasjoner av aerosoler i atmosfæren.

14 De viktigste klima-driv i følge IPCC (LOSU=Level of Scientific Understanding)

15

16 Global oppvarming for forskjellige utslipps-scenarier basert på klimamodeller

17 IPCC multi-modell prediksjoner

18 Multimodell simuleringer med og uten menneskelig aktivitet, sammenliknet med observerte endringer Simuleringer med antropogene effekter inkludert, sammenliknet med observert global temperatur Simuleringer uten antropogene effekter inkludert, sammenliknet med observert global temperatur

19 Simuleringer med og uten menneskelig aktivitet, sammenliknet med observerte endringer

20 Modellert temperaturøkning i et tusenårsperspektiv

21 IPCCs sannsynlighets-estimater Fenomen og trend Sannsynlighet for at trenden har funnet sted over siste 50 år Sannsynlighet for at trenden er menneskeskapt Sannsynligheten for at trenden vil fortsette, basert på klimamodeller og IPCCs utslippsscenarier Varmere og færre kalde dager og netter, og varmere og flere varme dager og netter svært sannsynlig (90-99 %) sannsynlig (66-90 %) helt sikkert (>99 %) IPCC er sikrere på menneskelige bidrag til framtidige trender enn på at menneskelig aktivitet har ansvaret for nåværende trender!

22 Hva er forbindelsen mellom drivhusgassene og global oppvarming? Hva kom først? Høna eller egget?

23 CO 2 -økningen i et tusenårsperspektiv

24 Er CO 2 -økningen en følge av oppvarmingen? Til tross for avskoging øker karboninnholdet i biosfæren. Skyldes i hovedsak økt tilvekst på grunn av økt CO 2 konsentrasjon i atmosfæren. Til tross for økt hav-temperatur (som gjør havet mindre i stand til å holde på CO 2 ) så øker CO 2 - konsentrasjonen i overflatelagene. Skyldes også økt CO 2 konsentrasjon i atmosfæren. Siden både biosfære og hav øker sitt CO 2 -innhold, må det være en tredje (antropogen) kilde til økt atmosfærisk CO 2.

25 Halvparten av CO 2 -utslippene blir i atmosfæren, mens den andre halvparten absorberes i hav og biosfære

26 Men kanskje det finnes en ukjent ikkebiologisk CO 2 -kilde? Planter assimilerer lettere isotopen 12 C enn 13 C. Hvis CO 2 -økningen skyldes nedbrytning/forbrenning av biologisk/fossilt materiale, så vil forholdet 12 C/ 13 C øke med en viss rate. Dette er nøyaktig hva som observeres, så det er ingen rimelig tvil om at CO 2 -økningen i atmosfæren siden 1750 skyldes menneskelig aktivitet!

27 Er det noen sammenheng mellom solaktivitet og klima? Observasjon og modeller

28 Variasjoner i innstråling forbundet med solflekksyklusen målt fra satellitter (ca. 0.1 % over en 11 års solflekkperiode)

29 Trend i innstråling siden Maunder minimum i solaktivitet (ca år 1700) Studier av sol-lignende stjerner indikerer at det er en økning i stråling fra sola både direkte knyttet til gradvis økning i amplituden av solflekkaktiviteteten og en generell trend. IPCC AR4 estimerer klimadrivet fra økt innstråling (siden 1750) å ligge i området W/m 2, med beste estimat 0.12 W/m 2. Antropogene driv er estimert til å ligge i området W/m 2, med beste estimat 1.6 W/m 2.

30 Modellert effekt av diverse naturlige og antropogene faktorer på temperatur Drivhusgasser Svovelutslipp Solaktivitet Vulkaner Ozon Alle driv Observert Meehl, G.A., W.M. Washington, C.A. Ammann, J.M. Arblaster, T.M.L. Wigleym and C. Tebaldi (2004). "Combinations of Natural and Anthropogenic Forcings in Twentieth-Century Climate". Journal of Climate 17:

31 Korellasjon mellom lengde av solsyklus og temperatur uredelighet i forskning? E. Friis-Christensen, and K. Lassen (1991), Science 254, 698. K. Lassen, and E. Friis- Christensen (2000), J. Geophys. Res. 105, P. E. Damon, and P. Laut, Eos, 85, 39, Sept. 2004

32 Temperatur og variasjon i solaktivitetmanglende korrelasjon etter 1970 S.K. Solanki, M. Schüssler, M. Flugge, 2002, Astronomy and Astrophysics

33 Tre hypotetiske mekanismer for klimadriv fra variasjoner i solaktiviteten 1. Variasjoner i total innstråling. Siden disse variasjonene er en størrrelsesorden svakere enn antropogene driv, er dette en lite sannsynlig kandidat for å forklare den globale oppvarmingen. 2. Variasjon i ultrafiolett (UV) stråling fra sola modifiserer ozonproduksjonen i stratosfæren, med en hypotetisk (dårlig forstått) kopling til troposfærisk dynamikk og klima. 3. Økning av det interplanetære magnetfeltet på grunn av økning i solaktivitet reduserer galaktisk kosmisk stråling (GCR) til jordoverflaten. Henrik Svensmarks teori: En hypotetisk mekanisme forbinder kosmisk stråling med dannelse av lave skyer. Slike skyer reflekterer sollys og fører til global nedkjøling. Økt solaktivitet reduserer kosmisk stråling og fører til færre skyer og en global temperaturstigning.

34 Henrik Svensmarks teori om galaktisk kosmisk stråling og klima Pro & Contra

35 Sammenheng mellom temperaturstigning og solaktivitet Pro: Den globale temperaturstigningen siden år 1900 er korrelert med økende trend i solaktiviteten. Contra: Nyere data viser at det ikke er noen slik trend i solaktiviteten de siste 40 år, så de siste ti-års temperaturstigning kan ikke forklares på denne måten.

36 Sammenheng mellom kosmisk stråling og klimavariasjoner på geologisk tidsskala Pro: Proxy data ( 10 Be og 14 C i iskjerner etc.) viser sammenheng mellom galaktisk kosmisk stråling og klimasvingninger på geologisk tidsskala, f.eks gjennom siste istid. Contra: Det finnes data som underbygger dette, men det er også motstridende data. Et metodisk problem er at deponering av de nevnte isotopene også er direkte påvirket av klimavariasjonene. Uansett kan ikke en slik eventuell sammenheng forklare de siste 40 års temperaturstigning.

37 Sammenheng mellom skyer og galaktisk kosmisk stråling Pro: Det er en påvist sammenheng mellom økning av lave skyer over hav (målt fra satellitter de siste 20 årene) og økning i galaktisk kosmisk stråling. Contra: Andre og bedre data viser ingen slik sammenheng. Helt ferske norske målinger av sky-dannelse i forbindelse med spesielle utbrudd på sola (Forbush events) viser ingen sammenheng.

38 Skyer og global oppvarming Pro: De siste 40 års globale oppvarming skyldes færre lave skyer, som fører til økt innstråling. Contra: Det har vært større økning av natttemperaturene enn dag-temperaturene. Dette er konsistent med økt konsentrasjon av drivhusgasser. Redusert dannelse av lave skyer, derimot, skulle føre til varmere dager og kaldere netter.

39 Svensmarks SKY-eksperiment The reaction chamber. 1, the chamber; 2, UV array; 3, honeycomb collimator; 4, air inlet; 5, ozone line; 6, SO 2 line; 7, gas and aerosol outlet; 8, electrodes. Kosmisk ståling elektroner UV-stråling svovelsyre (SO 2 +O 3 +H 2 O=H 2 SO 4 ) Svovelsyre+elektroner nanoclusters (aerosoler)

40 Hvilke implikasjoner har eksperimentet? Pro: Laboratorie-eksperiment viser at kosmisk stråling gir opphav til lave skyer over hav. Contra: Hva eksperimentene viser er at man under forhold som er svært forskjellige fra atmosfæren kan produsere nano-cluster bestående av svovelforbindelser ved hjelp av elektroner produsert av kosmisk stråling. Det gjenstår å vise at: I. Dette skjer under atmosfæriske forhold. II. At disse clustrene vil vokse til størrelser som kan virke som kondensasjonkjerner for vanndråper. III. At slike kondensasjonskjerner har større betydning enn saltpartikler og liknede som finnes i lave høyder over hav.

41 Konklusjoner Det aller meste av temperaturøkningen de siste 40 år skyldes menneskelig aktivitet. Dette er basert på en kombinasjon av statistiske trend-analyser og stor-skala numeriske simuleringer av klimamodeller basert på observasjoner og godt underbygde fysiske prinsipper. Det er ikke utelukket at det finnes en kobling mellom solaktivitet og klima, men koblingsmekanismene er ikke godt forstått. Hvis de finns, er slike koblinger svake, og solaktiviteten mangler en trend som kan forklare den globale temperaturstigningen de siste 40 årene.