Ilmastoeliitin tutkijat eivät käytä enää kasvihuonetermiä ilmaston muutoksen selittäjänä

Prologi

Tämä juttu on tarkoitettu niille, joita kiinnostaa ilmatonmuutoksen tieteelliset perusteet ja, miten ilmastoeliitti tekee virheellistä ilmastotiedettä eli huijaa tieteen nimissä. Juttu vaatii jossain määrin yleistä fysiikan peruslakien tuntemusta, mutta derivaattoja ja osittaisdifferentiaaliyhtälöitä ei esiinny ja jutussa on yksi ”pakollinen” yhtälö.

***

Eri tieteen aloilla käytetään termiä paradigma, jonka voi kääntää sanoilla teoria tai selitysmalli. Maallikotkin ovat todennäköisesti tietoisia, että IPCC ja ilmastoeliitti ovat selittäneet ilmaston muutoksen eli maapallon vähäisen lämpenemisen johtuvan kasvihuoneilmiön voimistumisesta. Tämä on se voimassa oleva ”virallinen” paradigma ilmastonmuutosta koskien.

Kasvihuonekaasujen (vesi ja hiilidioksidin (CO2) tärkeimpinä) pitoisuudet ilmakehässä aiheuttavat maan pinnan säteilemän infrapunasäteilyn absorptiota ilmakehässä. Tämä näkyy konkreettisesti mitattavissa olevien säteilyiden määrissä. Maanpinta säteilee keskimäärin sen lämpötilansa mukaisesti n. 395 Wm2, mutta avaruuteen säteilyä poistuu vain 240 Wm2 eli yksinkertainen fakta kasvihuoneilmiön olemassaolosta. 240 Wm-2 on keskimäärin sama määrä, jonka maapallo saa auringosta lyhytaaltoisena säteilynä. Ilmakehään absorboituu siis keskimäärin 155 Wm-2, ja tästä tutkijat ovat yhtä mieltä minä mukaan lukien.

Absorboitunut energia 155 Wm-2 muuttaa muotoaan, koska energia ei voi kadota. Tuo energiamäärä on yksi niistä neljästä energiavuosta, jotka ylläpitävät ilmakehän lämpötilaprofiilia. Absorption takia säteilyenergia muuttuu lämmöksi. (Tähän on pakko muistuttaa IPCC:n kasvihuonemääritelmästä, että sen mukaan vain tämä absorptioenergia lämmittää ilmakehää, josta se edelleen säteilee maan pinnalle. Siinä on sellainen ”pieni ongelma”, että maan pinnalle säteilee n. 345 Wm-2, eli jostain ilmakehään on tullut rutkasti lisää energiaa – toinen fakta kasvihuoneilmiön olemassaolosta).

Tähän saakka kaikki on selvää. Mutta nyt on julkaistu viime vuosina uusia tutkimuksia, joissa ei mainita sanaa ”kasvihuoneilmiö” ollenkaan, vaan lasketaan vain eri tekijöiden ilmastopakotteita ja takaisinkytkentöjä. Olen tehnyt tutkimuksen (Viite1), jossa olen selvittänyt tätä uutta ilmiötä ja sitä koskevia seikkoja. Tämän uuden selitysmallin oleellinen seikka on stratosfäärin kylmenemisestä (stratospherific cooling) aiheutuva tilanne, joka koskee käytännössä hiilidioksidia ja vettä. Tilanteen selitystä auttaa ymmärtämään kuva 1.

Kuva 1. Kasvihuonekaasujen aiheuttamat absorptiot ilmakehässä keskimääräisessä ilmakehässä.

Kuvasta 1 havaitaan, että CO2:n absorptioaallonpituudet menevät päällekkäin vesihöyryn kanssa ennen kaikkea alueella 12–19 mikrometriä (µm). Ratkaiseva aallonpituusalue stratosfäärin kylmenemisessä on alue 12–14 µm, koska sitä suuremmilla aallonpituuksilla tapahtuu 100-prosenttinen absorptio jo nykyisellä CO2-pitoisuudella. Kun CO2:n pitoisuus nousee, niin vihreä käyrä siirtyy ylöspäin eli CO2 absorboi enemmän alueella 12–14 µm. Tämä tapahtuu ilmakehässä jo alle yhden kilometrin korkeudessa. Kun CO2 on lisännyt absorptiota, niin vedelle jää vähemmän absorboitavaa energiaa. Energiaa ei edelleenkään synny tyhjästä, vaan käytettävissä on vain se energiamäärä ja niillä aallonpituuksilla, jotka maanpinnalta lähtevät ilmakehään.

Kun CO2 absorboi enemmän, niin ilmakehän lämpötila nousee troposfäärissä ja se säteilee enemmän infrapunasäteilyä maanpinnalle: kasvihuoneilmiö voimistuu ja maanpinnan lämpötila nousee. Tämän kaiken takia infrapunasäteilyn määrä troposfäärin yläpuolella pienenee aallonpituusalueella 12–14 µm, jolloin vesihöyrylle jää vähemmän absorboitavaa, ja se johtaa siihen, että stratosfääri hieman kylmenee. Tähän saakka kaikki on fysiikan lakien mukaista.

***

IPCC on käyttänyt kolmessa viimeisessä raportissaan TAR, AR4 ja AR5 vuodesta 2001 Myhre et al.:n (Viite 2, myöhemmin Myhre)) logaritmista kaavaa CO2:n säteilypakotteen laskemisessa. Ilmeisesti sen vuoksi NASA:n Gavin Schmidt käyttää tästä Myhren kaavasta nimitystä ”kanoninen kaava” eli katolisen kirkon termi tarkoittaen oikeaoppista. Ilmastonmuutostiede on siis poikkitieteellistä (ironiaa). Myhre oli ilmeisesti ensimmäisiä, joka käytti termiä IRF (Instantaneous Radiative Forcing), jonka voisi kääntää suomeksi välitön säteilypakote. Se on sittemmin vakiintunut myös IPCC:n käyttöön ja se lasketaan aina troposfäärin ylärajalla eli keskimäärin 11 km:n korkeudessa. Ilmakehä ulottuu ylemmäksi ja ilmastonmuutostieteessä tyydytään yleensä tekemään laskelmat stratosfäärin ylärajalle asti korkeuteen 50 km. Syy näkyy kuvasta 2. Siitä näkyy, että kokonaisabsorptio kehittyy tavattoman nopeasti: 100 m 67 %, 1 km 90 %, 2 km 95 %, 11 km 98 %, 50 km 100 %. Olen huomannut, että ilmastoeliitti panttaa tätä tietoa, ja sitä ei jostain syystä kerrota suurelle yleisölle. Tämä tieto jo pelkästään asettaa uusimmat tutkimustulokset outoon valoon.

Kuva 2. Kokonaisabsorption kehittyminen korkeuden funktiona.

Myhre halusi olla tarkka ja esitti kaksi tarkennustermiä (adjustments), joiden avulla saadaan lopullinen efektiivinen säteilypakote (Effective RF = ERF) lisäämällä ne IRF:ään. Näin ollen tarkennustermit eli sovitukset huomioivat stratosfäärissä tapahtuvat säteilypakotteen muutokset. Nyt on syytä painaa tarkkaan mieleen, että stratosfäärissä tapahtuu n. 2 % kokonaisabsorption lisäystä, joten tarkennustermien osuus ei pitäisi olla kovin merkittävä. Tulette yllättymään.

Säteilypakote lasketaan vuoden 1750 CO2-pitoisuudesta 280 ppm eteenpäin ja sen kaksinkertainen pitoisuus 560 ppm on nimetty ilmastoherkkyyden antavaksi säteilypakotearvoksi ja siitä aiheutuva lämpötilan muutos on nimeltään ilmastoherkkyys. Käytän tästä eteenpäin ERF-arvoa CO2-pitoisuudelle 560 ppm merkinnällä 2*CO2. Myhren mukaan ERF = 3.86 – 0.29 + 0.13 = 3.71 Wm-2. Paljastan sen verran, että Myhren tulos on siinä mielessä oikea, että IRF-arvo on suurempi kuin ERF eli stratosfäärissä säteilypakote ei tämän esityksen mukaan kasva. Termi -0,29 Wm-2 on CO2:n aiheuttama lyhytaaltoisen säteilyn absorptiovaikutus ja termi +0,13 Wm-2 on stratosfäärissä tapahtuva infrapunasäteilyn absorption muutos, josta Myhre käyttää termiä stratosfäärisen jäähtymisen sovitus.

Tässä kohtaa haluan kommentoida myös tuota lyhytaaltoisen absorption osuutta kasvihuoneilmiössä. Se on ensinnäkin IPCC:n kasvihuoneilmiön määritelmän vastainen, koska se puhuu vain pitkäaaltoisen säteilyn absorptiosta. CO2:n osuus lyhytaaltoisen eli auringon valon absorptiossa on vain 2,3 %. Kun CO2:n pitoisuus kasvaa, niin tämäkin absorptio kasvaa hieman. Samalla maanpinnalle asti tuleva säteilymäärä pienenee. Lopputulos on +/- nolla eli maapallon saama energiamäärä ei kasva lainkaan. Auringon säteilystä absorboituu ilmakehään n. 31 % ja loppu absorboituu pinnalle. Ilmakehässä taas absorboituu lähinnä otsonin ansiosta samoin n. 30 % jo stratosfäärissä ja selittää, miksi sen lämpötila on korkeampi kuin troposfäärissä lähinnä sen takia, että stratosfäärissä on massaa paljon vähemmän kuin troposfäärissä.

Uusimpien tutkimusten mukaan stratosfäärissä tapahtuu erikoinen juttu. Vaikka infrapunasäteilyn absorptio stratosfäärissä pienenee, niin sillä onkin positiivinen vaikutus säteilypakotteeseen: koko ilmiö muuttuukin toisenlaiseksi eli miinus muuttuu plussaksi. Muissa tutkimuksissa tätä selitetään myös niin, että kun stratosfääri kylmenee, niin luonto yrittää jotenkin paikata tämän tilanteen ja siitä aiheutuukin säteilypakotteen kasvu. Todellisuudessa luonto ei reagoi kasvihuoneilmiön aiheuttamiin ilmakehän lämpötilaprofiilin muutoksiin. Se reagoi vain siihen, että maapallon energiatase pitää olla tasapainossa eli maapallon pitää säteillä avaruuteen yhtä paljon energiaa kuin se saa auringosta.

Referoin kolmea muuta tutkimusta, jossa tätä uutta lähestymistapaa on käytetty vuoden 2014 jälkeen. Viitteen 3 (Chung) mukaan on yhteensä 7 sovitusta, jotka pitää lisätä IRF arvoon, jotta saadaan lopullinen säteilypakote ERF

ERF = IRF + AT + AS + ATS + AW + Aa + Ac +E

Nämä sovitukset (voidaan puhua myös takaisinkytkennöistä) ovat troposfäärin lämpötila, stratosfäärin lämpötila, pintalämpötila, vesihöyryn määrä, pinnan heijastavuus, pilvet ja muutokset epälineaarisuuksista. Tässä on siis pyritty äärimmäiseen tarkkuuteen. Viitteen 4 (Smith) mukaan käy kuitenkin niin, että muut sovitukset kumoavat toisensa ja jäljelle jää käytännössä tämä stratosfäärin kylmenemisestä johtuva sovitus.

Olen ottanut mukaan vielä viitteen 5 (Etminan) mukaisen tutkimustuloksen, jossa on suoritettu tarkemmin kasvihuonekaasujen hiilidioksidin, metaanin ja typpioksiduulin säteilypakotteet ja sovitettu niille uudet yhtälöt vuonna 2016. Uusi 2*CO2 – arvo on tämän mukaan 3,82 Wm-2 (vertaa Myhre 3,71 Wm-2). Kuvassa 3 olen tehnyt yhteenvedon näistä tutkimustuloksista mukaan lukien oman tulokseni ilmastoherkkyysarvolle 2*CO2.

Kuva 3. Eri tutkimusten mukaiset säteilypakotteen arvot IRF, ERF ja stratosfäärin kylmenemisestä johtuva sovitus.

Tilanteesta voidaan vetää seuraavia johtopäätöksiä:

1. IPCC:n raportin 5 mukaan CO2:n säteilypakotteen arvon luotettavuus on ”very high” eli erittäin korkea. Kun säteilypakotteen arvo näyttää kuitenkin jatkuvasti muuttuvan, niin ottaako IPCC seuraavaksi käyttöön luotettavuuden ”super high”? IPCC voisi soveltaa Formula 1:n rengasluokittelua soft, super soft ja ultra soft eli vielä jäisi varastoon yksi luotettavuustason termi vastaisen varalle (ironiaa). 2. Stratosfäärin kylmenemisen vaikutus on etumerkiltään väärä eli absorption pieneneminen stratosfäärissä ei voi aiheuttaa lisää säteilypakotetta, vaan se pienentää sitä säteilylakien mukaan. Olen kerännyt alla olevaan taulukkoon stratosfäärissä tapahtuvat muutokset CO2-pitoisuuksilla 280 ppm ja 560 ppm. Laskelmat on tehty vuoden 2015 keskimääräisellä ilmakehällä pilvettömän taivaan olosuhteissa (Viite 1).

Taulukon luvuista nähdään, että stratosfäärissä otsoni on suurin absorboija ja hiilidioksidin osuus on nolla. Kun CO2-pitoisuus nousee arvoon 560 ppm, niin kokonaisabsorptio stratosfäärissä pienenee 0,95 Wm-2 niin kuin teorian mukaan pitääkin tapahtua. Tämän takia IRF eli säteilypakote troposfäärissä on 3,196 Wm-2, joka on jonkin verran suurempi kuin lopullinen ERF 2,689 Wm-2. Koska nämä arvot ovat pilvettömän taivaan olosuhteissa, niin keskimääräisen pilvisyyden olosuhteissa ERF laskelmieni mukaan on 2,16 Wm-2, joka on selvästi pienempi kuin nykyisin käytetty Myhren ja IPCC:n arvo 3,71 Wm-2. Etminan muuten ottaa yhdeksi todisteeksi Shi:n tutkimuksen, joka saanut lähes saman ERF-arvon kuin he. Heiltä jäi vain huomaamatta, että Shi:llä on mukana veden takaisinkytkentä, joka tuplaa ERF-arvon ja sen vuoksi hänen tuloksensa tuleekin hyvin lähelle minun arvoani.

3. Smith (viite 4) stratosfäärinen sovitus on suuruudeltaan n. +1,1 Wm-2, mutta Myhren mukaan se on vain +0,13 Wm-2. Smith ei kommentoi tätä valtavaa eroa millään tavalla, vaikka mukana tässäkin tutkimusryhmässä on Myhre. Myhre ei ilmeisesti tullut muistuttaneeksi asiasta? Mitäs noista pienistä eroista (ironiaa). 4. Smithin tutkimuksesta käy ilmi, että IRF-arvot perustuvat 11 tietokonemallin (GCM) tuloksiin, mutta niistä kaikista ei ole ollut käytettävissä IRF-arvoa. Tilanne ratkaistiin niin, että se laskettiin taaksepäin ERF-arvon ja sovitusten perusteella. Erikoista. Mutta se ei näytä olevan ongelma, kun lopputulos on keskimäärin lähellä haluttua eli n. 3,7 Wm-2. Kun tutkijat tekivät simulointiajoja näillä tietokonemalleilla, niin he kutsuvat näitä simulointeja termillä ”experiment” eli koe ikään kuin tulokset vastaisivat todellisessa ilmastossa tehtyjä kokeita. Tietokonemallit ja todellisuus alkavat tarkoittaa ilmastoeliitin joillakin ilmastotutkijoilla ihan samaa asiaa (ironiaa). Kukaan ulkopuolinen ei kuitenkaan lopulta tiedä, mitä kukin tietokonemalli pitää sisällään. Mutta tämäkään ei ole tutkijoiden mukaan ongelma. Kun näitä ”kokeita” on tehty tarpeeksi monella mallilla, niin keskiarvo edustaa sitten sitä ilmaston todellisuutta. IRF-arvot vaihtelivat nimittäin välillä 2,1–3,1 Wm-2. 5. Etminanin samoin minunkin tutkimukseni osoittavat, että käsitteet IRF ja sovitukset ovat turhia, koska lopputulos voidaan laskea spektrianalyysin avulla lopulliseen stratosfäärin yläpuolella vallitsevan tilanteen mukaan.

6. Viitteiden 3-5 tutkimuksissa, jotka ovat tapahtuneet vuoden 2014 jälkeen, ei mainita termiä ”kasvihuoneilmiö” ollenkaan. Ilmastotiede kehittyy ja kasvihuoneilmiö on ilmeisesti vanhentunut käsite (ironiaa).

***

Itselleni herää jostain syystä kysymys, että miksi kasvihuoneilmiötä ei haluta enää käyttää ilmastotutkijoiden ykkösketjuun kuuluvissa tutkimuksissa. Olisiko syynä se, että jotkut tutkijat tietävät IPCC:n kasvihuonemääritelmän olevan fysiikan lakien vastainen? IPCC on ennenkin aktiivisesti unohtanut virheelliset tutkimustulokset kuten M. Mannin ns. lätkämailatutkimuksen, joka oli joka paikassa esillä vuonna 2001 esiteltäessä silloista arviointiraporttia TAR. Koska tutkimus on kahdella vakavalla tavalla vakavasti virheellinen, IPCC ei enää referoi sitä ja se on IPCC:n mielestä hoidettu sillä tavalla pois häiritsemästä.

Kun katson kristallipallooni, niin ennustan, että lopullisessa arvioinnissa oleva IPCC:n kuudes arviointiraportti AR6 työntää kasvihuoneilmiön periferiaan ja siirtyy käyttämään ilmastonmuutoksen selittävänä tekijänä kasvihuonekaasujen säteilypakotteita IRF ja ERF ja niihin liittyviä sovituksia.

Viitteet

1. Ollila A. The Greenhouse Effect Calculations by An Iteration Method and The Issue of Stratospheric Cooling. Phys Sci Int J 2020;24(7)):1-18.

2. 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.

3. Chung ES, Soden BJ. An assessment of direct radiative forcing, radiative adjustments and radiative feedbacks in coupled ocean–atmosphere models. J Clim. 2015;28(10):4152–4170. 4. 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.

5. Smith CJ, Kramer RJ, Myhre G, Forster PM, Soden BJ, Andrews T, Boucher O, Faluvegi G, Fläschner D, Hodnebrog Ø, Kasoar OM, Kharin V, Kirkevåg VA, Lamarque J-F, Mülmenstädt J, Olivié D, Richardson T, Samset BH, Shindell D, Stier P, Takemura T , Voulgarakis A, Watson-Parris D. Understanding rapid adjustments to diverse forcing agents. Geophys Res Lett 2018;45:12023–12031.