Vedenkierron vaihtelu ilmaston lämpenemisen selittäjänä

Kuva 1: Professori Jyrki Kauppinen

Edellisessä bloggauksessani käsittelin vallitsevan ilmastoparadigman keskeistä perustelua hiilidioksidin osuudesta viime vuosikymmenten ilmaston lämpenemiselle. Tuo Argumentum ad ignorantiam -tyyppiseen perusteluvirheeseen pohjautuva väitehän kuuluu pelkistettynä seuraavasti:

Koska emme keksi mitään muuta syytä alailmakehän lämmön nousuun kuin hiilidioksidipitoisuuden kasvun, sen täytyy olla pääasiallinen syy.

Turun yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitoksen tutkijaryhmä, johon kuuluvat emeritusprofessori Jyrki Kauppinen, laboratorioinsinööri Jorma Heinonen ja yliopistonlehtori Pekka Malmi, esittävät piakkoin Energy & Environment -tiedejulkaisussa ilmestyvässä tutkimuspaperissaan muun pääasiallisen syyn lämpenemiseen, joskin hekin myöntävät hiilidioksidilla olevan pieni - noin 10 %:n - vaikutus viime vuosisadalla havaittuun 0,8 asteen globaaliin lämpenemiseen.

Tutkimuspaperi on otsikoitu  INFLUENCE OF RELATIVE HUMIDITY AND CLOUDS ON THE GLOBAL MEAN SURFACE TEMPERATURES - suomeksi siis "Suhteellisen kosteuden ja pilvien vaikutus globaaleihin keskimääräisiin pintalämpötiloihin". Sen yhteenvedossa Kauppinen et al. (2014) tietysti jo kertovat olennaisen:

Ilmastonmuutoksen selitykselle etsitään edelleen kokeellisia todisteita, ja tärkein kysymys on ilmaston muuttumisen ihmisperäisyys. Hallitusten välisen ilmastopaneelin, IPCC:n, mukaan globaali lämpeneminen on pääosin ihmiskunnan aiheuttama ja johtuu CO2-pitoisuuden kasvusta.

Tässä tutkimuksessa tutkimme kosteuden ja pilvien vaikutusta pintalämpötilaan. Osoitamme, että muutokset suhteellisessa kosteudessa tai alapilvien peittoisuudessa selittävät suurelta osin muutokset globaalissa keskilämpötilassa. Esitämme tämän väitteen todisteeksi havaitut muutokset suhteellisessa kosteudessa vuosina 1970 - 2011 ja havaitut muutokset alapilvien peittoisuudessa vuosina 1983 - 2008. Yhden prosentin kasvu suhteellisessa kosteudessa tai alapilvien peitossa laskee lämpötilaa  vastaavasti  0.15 °C tai 0.11 °C. Edellä mainittuina ajanjaksoina CO2:n pitoisuuden kasvu vaikutti alle 10 prosentilla lämpötilan kokonaismuutokseen.

Kauppisen tutkimuspaperi sisältää kymmenkunta sivua kaavajohdattelua, jota en tässä tarkemmin referoi. Todettakoon kuitenkin, että itse kaava lämpötilamuutosten selittämiseksi on hyvin yksinkertainen sisältäen kaksi termiä:

Lämpötilan muutos ΔT = RΔQ – RΔG(p- p_e), jossa

ilmastonherkkyys kasvihuonekaasuille  R = 0.063 °C/W/m² ja hiilidioksidin säteilypakotteen muutos vuotta kohden ΔQ= 0.022 W/m² vuosi. Lisäksi G = 82W/(m²kPa), kylläisen vesihöyryn keskimääräinen osapaine keskimääräisessä lämpötilassa on p=1.79 kPa ja osapaine lämpötilassa   -18 °C  p_e = 0.14 kPa ( ilman kasvihuonekaasuja ja vettä).

Suhteellisen kosteuden avulla kaava saa seuraavan muodon

ΔT = RΔQ – RGΔØ(p-p_e)/Ø, jossa

suhteellisen kosteus on Ø  ja sen muutokset ΔØ  ilmanpaineissa 700 mb ja 850 mb, eli sillä korkeudella, jossa alapilvet muodostuvat.

Kaavan oikean puolen kahdella termillä - siis kasvihuonekaasujen ilmastoherkkyyden ja niiden pakotteen vuosimuutosten tulolla  (RΔQ) sekä alapilvien muodostumiskorkeuden suhteellisen kosteuden muutoksilla (RGΔØ(p-p_e)/Ø ) - voidaan ratkaista lämpötilamuutos. 

Kuva 2

Ennen kuin mennään Kauppisen tutkimusryhmän tuloksiin, katsotaanpa miten suhteellinen kosteus on muuttunut 700 ja 850 millibaarin korkeudella - siis noin 3 ja 1,5 kilometrin korkeudella vastaavasti. Kuvassa 2 on esitetty ilman suhteellisen kosteuden muutokset Yhdysvaltain ilmatieteen laitoksen, NOAA:n, mukaan vuosina 1950 - 2011. Muutoksethan ovat noissa korkeuksissa aika isoja verrattuna melko stabiiliin suhteelliseen kosteuteen maan pinnalla ja pilvien yläpuolisissa ilmakehän kerroksissa.

Suhteellinen kosteus on molemmissa em. kerroksissa laskenut noin vuodesta 1975 noin vuoteen 2000, mikä tuon viimeisen kaavan jälkimmäisen termin mukaan merkitsisi ilman lämpenemistä. Tiedämme toki, että ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on samana aikana ja ihan viime päiviin asti kasvanut, joten sekin on vaikuttanut alailmakehää lämmittävästi. Näinhän on tosiasiassa tapahtunutkin. Mutta vuodesta 2000 alkaen suhteellinen kosteus on pysynyt alapilvien muodostumiskorkeuksissa liki samana tai hieman kasvanutkin. Tämänhän pitäisi tuon jälkimmäisen termin mukaan hidastaa lämpenemistä tai jopa pysäyttää se, mikäli se saa suuremman arvon kuin ensimmäinen termi.

IPCC:n ilmastoparadigman suurena ongelmana on ollut selittää tuo lämpenemättömyys noin vuosituhannen vaihteesta alkaen. Nimittäin järjestön lämpenemisennusteiden pohjana olevat käsittämättömän kalliit ilmastomallit, jotka yleensä vastoin todellisuutta pitävät alapilvien korkeuden suhteellista kosteutta liki vakiona, eivät pysty jäljittelemään lämpötilamuutoksia viime vuosisadan alkupuolella eivätkä myöskään tällä vuosituhannella. Tai pystyväthän ne, jos niihin ohjelmoidaan sellaisia hurjia parametrimuutoksia esim. merten syvänteisiin kadonneesta lämmöstä tai jäähdyttävistä aerosoleista, joita kukaan ei ole mittauksista vielä löytänyt. 

Kuva 3

Katsotaanpa sitten, miten professori Kauppisen tutkimusryhmän yksinkertainen kaava, jossa ei ole säädettäviä tai empiiristen mittausten ulkopuolelta tuotuja parametreja, pystyy ratkaisemaan ilmaston lämpötilakehityksen viimeisen 40 vuoden ajalta.  Toimisiko se paremmin kuin supertietokoneita vaativat CGM-mallit?

Kuvassa 3 on esitetty kaksi globaalia lämpötilakuvaajaa. Punainen kuvaaja on empiiristen lämpötilamittausten perusteella laskettu keskilämpötila, ja sininen kuvaaja on Kauppisen tutkimusryhmän kaavalla laskettu käyttäen em alapilvikorkeuden suhteellisen kosteuden keskiarvoja. Minun käsitykseni mukaan Kauppisen mukaan laskettu kuvaaja osuu poikkeuksellisen hyvin mittauksiin perustuvaan lämpötilaan, ja siten kaavan selitysvoima on mallinnuksia suurempi. Onhan muistettava, että kokeellisesti mitattuun lämpötilakuvaajaankin sisältyy virheitä ja epävarmuuksia. Kuvassa oleva vihreä viiva kuvaa hiilidioksidipitoisuuden kasvun osuutta lämpenemisessä. 

Kuva 4

Kauppinen et al. (2014) laskee lämpötilan myös pilvisyystilaston (Erlykin A.D. and Wolfendale A.W., Global Cloud Cover and the Earth´s Mean Surface Temperature, 2010) perusteella johon he johdattelevat  kuvalla 4. Havaitulla pilvisyydellä ja lämpötilalla näyttäisi siinä olevan yhteys. Mitä pilvisempää, sitä viileämpää ja päinvastoin. 

Pilvisyyden muutoksiin perustuvalla kaavalla saatu laskettu lämpötila on esitetty sinisellä ja mitattu lämpötila punaisella kuvassa 5. Kuvasta näkyy, että myös muut tekijät, kuten iso Pinatubo-tulivuoren purkaus ja vuoden 1998 superluokan El Nino-ilmiö, vaikuttavat hetkellisesti lämpötilaan joko sitä laskevasti  tai nostavasti, eikä Kauppisen kaava noita ilmiöitä edes yritä selittää. Mutta jälleen kokonaisuutena tuo kaava selittää pilvisyydenkin avulla lämpötilakehityksen mainiosti.

Kuva 5

Todettakoon vielä, että Kauppisen tutkimusryhmä ei tuloksista huolimatta päästä ihmiskuntaa ilmaston lämpenemisen syyllisyydestä. Aiemmassa tutkimuspaperissaan (Major Portions in Climate Change: Physical Approach, International Review of Physics (I.R.E.PHY.), Vol. 5, N. 5 October 2011) he arvioivat noin puolen viime vuosisadan 0,8 asteen lämpenemisestä johtuneen ihmiskunnan aikaansaannoksista. Siitä pääosa johtuu heidän mukaansa trooppisten sademetsien tuhosta ja noin 0,1 astetta hiilidioksidipitoisuuden kasvusta. Enin osa lämpenemisestä on selitettävissä mahdollisesti auringon aktiivisuuden muutoksilla ja sen vaikutuksella kosmiseen säteilyyn, jotka ovat moduloineet juuri veden kiertokulkua (ml. pilvisyys) meren, maanpinnan ja ilmakehän välillä.

Palaan vielä kirjoituksen alussa olevaan tietämättömyyteen vetoavaan argumenttiin. Kauppisen tutkimusryhmän kohta julkaistava paperi iskee juuri siihen, sillä se osoittaa ilmaston lämpenemisen olevan selitettävissä säädettävistä parametreista vapaalla fysikaalisella kaavalla. Kun tuo kaava lisäksi pystyy hämmästyttävällä tarkkuudella toistamaan pienet vaihtelut keskilämpötilassa ml. havaitun lämpenemättömyyden tällä vuosituhannella, jää tietämättömyyteen perustuvalle argumentoinnille ja kasvihuonekaasujen (pl. vesihöyry) pääasialliselle osuudelle hyvin vähän tilaa, ellei pystytä todistamaan Kauppisen ryhmän olleen väärässä. Etten sanoisi olemattomasti.

Kuva 6 (kuva on bloggaajan, ei siis Kauppisen tutkimuksesta)

Pelkistetysti voitaneen Kauppisen ryhmän tutkimuksista sanoa, että pilvisyyden muutoksilla ja sen negatiivisella takaisinkytkennällä on ollut isoin osuus viime vuosisadan aikana havaittuun ilmaston lämpenemiseen. Jotta kuvassa 6 esitetylle CO2-pitoisuuden osalta toteutuneelle ilmastomallillekin (sininen kuvaaja) saataisiin ennustekykyä, olisi kai kaavoja muutettava tuohon suuntaan. Sen ero Kauppisen ryhmän kaavalla laskettuun lämpötilaan on järisyttävän iso. Ja reivattavaa lienee myös ilmastopolitiikassa, joka perustuu lähinnä hiilidioksidipäästöjen verottamiseen. Kauppisen kaavan mukaan niiden verottamisella kenties satojentuhansien miljardien arvosta tulevina vuosikymmeninä ei nimittäin vaikuteta ilmaston lämpötilaan kuin parilla tai kolmella asteen kymmenesosalla. Ylipäätänsä ilmaston merkittävä säätäminen näyttää vaikealta ja turhalta ennen kuin opitaan säätämään vedenkiertoa koko ilmastojärjestelmässä.

Liitän tänne linkin Kauppisen ryhmän tutkimukseen, kunhan Energy & Environment -julkaisun tämän vuoden toinen numero ilmestyy verkkoon. Linkki E&E:n sivulla olevaan abstraktiin lisätty 17.4.2014.