Kaikkien aikojen kesä?

Nyt kun median hypettämä mittaushistorian kuumin kesä on ohi, lienee paikallaan tarkastella miten ainutlaatuinen ja kuuma se sitten oikeasti oli.

Kesän kuumin päivä oli  18. heinäkuuta, jolloin Vaasassa mitattiin +33.7°C. Kaikkien aikojen tilastossa tämä oikeuttaa kunniakkaaseen viidenteen sijaan. Alla taulukko muista korkeampaan ennätyslämpöön yltäneistä vuosista. Muitakin saattaisi löytyä, jos jaksaisi arkistoja enemmän penkoa.

       +37.2 °C   Liperi    29.07.2010
       +35.9 °C   Turku      9.07.1914
       +35.6 °C   Lieksa   15.07.1934
       +33.8 °C   Ähtäri    24.06.1935
       +33.7 °C   Vaasa    18.07.2018

Hellepäivien luvussa kesä sijoittui paremmin. Tänä vuonna niitä oli  64 kpl, kun niitä ennätysvuonna 2002 oli 65.

Ennätyksiäkin toki tehtiin. Heinäkuussa koko maan keskilämpötila oli +19.6 °C, mikä oli mittaushistorian korkein ja ylitti edellisen, vuoden 1941 ennätyksen  0.4 asteella. Myös koko kesän keskilämpötila toukokuulla vahvistettuna oli mittaushistorian korkein ja sai mediassa laajasti ansaitsemaansa huomiota. Tällaista vanhaa jäärää valittu tarkasteluväli, 4 kuukautta, alkoi kuitenkin kummastuttaa - miksi näin, kun yleensä kesäkuukausiksi lasketaan vain kesä, heinä ja elokuu, mitä jakoa myös ilmatieteen laitos on vuodenaikatilastoissaan  noudattanut.

Alla kuvapari, mistä selviää arvoituksen syy?  Niissä ilmatieteen laitoksen  kesäkartat vuosilta 1972 ja 2018 esittävät  hilapisteverkon keskilämpötilojen poikkeamia verrattuna vertailukauteen 1981-2010.

 Kuva 1.  FMI:n laskemat keskilämpötilojen poikkeamat vertailukaudesta  1980-2010.   Hilapisteiden  keskiarvo vuonna 1972 oli +2.1°C ja vuonna 2018 +1.9°C.

Karttojen väristä jo voi päätellä, että kesä 1972 on ollut lämpimämpi kuin kesä 2018. Tarkempi lasku hilapisteiden keskiarvoista osoittaa samaa. Vuonna 1972 se oli +2.1°C  mutta vuonna 2018 vain +1.9°C.  Vertailukautena kesä, heinä ja elokuiden keskilämpötilat ovat olleet 12.6, 15.6 ja 13.4°C, jolloin  normaalikesän keskilämmöksi saadaan +13.9°C ja  vuosien 1972 ja 2018 lämmöiksi  +16.0°C ja +15.8°C.  (FMI:n arkistosta löytyy kartat myös suoraan hilapisteiden lämpötiloista mutta valitsin tänne poikkeamat, koska niiden väriero on mielestäni helpompi havaita.)

Voidaan siis todeta, että ainakin yhtenä vuonna kesä on ollut kuumempi kuin  kesä 2018 ja arkistoista saattaisi etsivä löytää niitä vielä lisää (mm. kesä 1937).  Alla yksi ehdokas, vuosi 1901, jonka lämpötiloja kuva 2 alla esittää.

Kuva 2. Kesän 1901 keskilämpötila +16.5 °C.

Kuvassa 2 on kokoomataulukko  FMI:n avoin data  palvelun vuodesta 1901, joka Petsamoa lukuun ottamatta esittää kaikki arkistosta löytyvät kesäkuukausien keskilämpötilat. Tulos ei tietenkään ole täysin vertailukelpoinen hila-aineistoon perustuvan mittaustavan kanssa mutta on kuitenkin suuntaa antava ja todistaa, että on sitä kuumaa saanut ennenkin pidellä. Kuva ei sitä paitsi ole täydellinen. Jostain syystä FMI ei anna tietoja esim. Turun, Tampereen tai Oulun lämpötiloista vaikka näilläkin paikkakunnilla havaintoja on jo tuolloin  suoritettu.

Yhteenvetona voidaan siis todeta, että mennyt kesä (kesä- heinä- ja elokuu) oli kyllä lämmin mutta ennätyksiä syntyi heinäkuun ohella vain paikkakuntakohtaisesti.

****
Ilmatieteen laitoksen virallisten arkistojen lisäksi myös vanhoissa sanomalehdissä on paljon tietoa menneistä säistä. Niitä on helppo etsiä esim. Kansalliskirjaston sanomalehtiarkistosta vaikkapa hakusanalla "lämpömittari". Muitakin hakusanoja kannattaa kokeilla. Tuossa malliksi Joensuun lämpötiloja vuodelta 1882, joita "lämpömittari" haku ei löydä. Pankaa merkille siinä 19.7. päivän hirmuinen keskilämpötila, +24,3°C, mikä tarkoittaa, että maksimilämpötilan on silloin pitänyt olla lähellä +30°C astetta.

Myös kesällä 1914 Suomessa vallitsi ankara helle ja kova kuivuus, josta lehdet paljon kirjoittivat. Silloin mm. Helsingin sanomissa oli 9.7.  asiantunteva katsaus kuluneen vuoden alkukesän säistä. Jutussa ei vielä silloin tiedetty Turun ennätyslämmöstä mutta 12.7. Turun Sanomien tutkiva journalisti pääsi pakinassaan  jo hämmästyttävän lähelle totuutta, kun kertoi tutkimustensa osoittaneen seudun lämpötilaksi +36.01°C.

Virallista ilmoitusta Turun lämpöennätyksestä saatiin kuitenkin  vielä odottaa, vasta
16.8. Uusi Suometar kertoi asiasta kaikelle kansalle.Tosin se, että kyseessä oli mittaushistorian korkein virallinen lämpötila, sitä ei lehti osannut lukijoilleen kertoa. Osittain saattoi syynä olla myös, että lehdissä noina aikoina  oli usein  juttuja paljon korkeammistakin lämpötiloista. Alla kuvakaappaus yhdestä niistä.

Kuva 3.

Kuvan 3 uutinen liittyy lapin kultalöydöstä kertovaan juttuun, jonka  Uusi Suometar  julkaisi 13.8.1901 ja joka myöhemmin ilmestyi monissa muissakin lehdissä ympäri maata. Uutisen sanamuoto "ilmoitettiin" näyttäisi viittaavan, että joku Helsingin herra oli sen antanut toimitukselle tiedoksi, mahdollisesti jopa joku Meteorologisen laitoksen virkamies. Että lämpötila annettiin kymmenesosien tarkkuudella ja että havaintoon liittyi myös ilmanpaine, näyttäisi samoin viittaavan, että kyseessä olisi oikea ammattilaisen tekemä meteorologinen havainto.

Jostain syystä  (katso linkin toinen kommentti) havainto  kuitenkin on hylätty ja Suomen virallinen lämpöennätys edelleen on tuota vanhaa havaintoa alempi. Saattaa myös olla, että tuona aikana havaittu lämpötila oli niin uskomattoman korkea, ettei sitä silloin pidetty mahdollisena tai  lämpöhuippu on voinut kestoltaan olla niin lyhyt, että se siitä syystä on tulkittu vain havaitsijan tekemäksi virheeksi. (Myös nykyinen voimassa oleva lämpöennätys oli kestoltaan vain puolisen tuntia vanhaa ennätystä korkeampi.) Joka tapauksessa olisi mielenkiintoista kuulla, jos jollakin lukijoista on jotain asiaan liittyvää tietoa.

Ilman tuota haamuhavaintoakin kesä 1901 näyttää kuitenkin sanomalehtiuutisten valossa  olleen hyvin lämmin ja kuiva - aivan  kuten tämä nykyinenkin, nyt jo mennyt kesä oli.  Lokakuun 8. 1901 Viipuri lehti ja myöhemmin muutama muu julkaisi artikkelin Kesä Suomessa 1901, jossa kirjoittaja mm. toteaa:

"Äskeinen kuuma ja kuiva kesä on nyt ohitse. Lehdet lakastuvat, koko luonto varustautuu talvea vastaanottamaan. On sentähden aika luode silmäys kuluneen kesän luonteeseen ilmatieteellisten havaintojen perusteella - sitäkin suuremmalla syyllä, kun tämä kesä on ollut kokonaan tavallisista poikkeava. Niinä 55 vuotena, joilta maassamme on luotettavia ilmahavaintoja tehty, ei ainoanakaan edellisenä kesänä ole keski-lämpömäärä ollut näin korkea..."

Artikkelin jatkossa kirjoittaja kertoo Turussa kesän keskilämpötilan 19.9 °C olleen 19 tarkastusaseman joukossa korkein ja antaa  arvoja myös muille paikoille, jotka ao. taulukossa on esitetty sarakkeessa "lämpötila 1901"

  Paikka        lämpötila 1901       lämpötila 2018
  Turku           19.9°C                    18.3
  Viipuri          18.9                        18.2
  Tampere      19.4 (=15.4+4)       17.5
  Helsinki       19.9                        18.3
  Oulu            17.5                        14.9

Taulukossa Tampereen lämpötila on laskettu ilmoitetun poikkeaman (+4°C) avulla, kun keskilämpötilaksi on oletettu +15.4 °C  laskettuna  tilastollisen vuosikirjan ilmoittamista kesä, heinä ja elokuun arvoista. Helsingin korkea lämpötila ei oikein vastaa artikkelin muuta kertomusta ja saattaa olla jossain määrin virheellinen. Sarakkeessa "lämpötila 2018" on vastaavat arvot menneeltä kesältä. Näemme, että ainakaan näillä paikkakunnilla mitään ennätyslämmintä kesää ei saatu kokea.

Artikkelissa on myös mielenkiintoinen tieto kuvaan 3 liittyvästä Lapin korkeasta lämpötilasta.  Sen mukaan Inarin keskilämpötila olisi 23.7.1901 ollut +27°C, jolloin korkein lämpötila olisi hyvinkin saattanut siellä olla jopa 10 astetta tai yli tätä korkeampi.

Muitakin kuumia, jopa polttavan kuumia kesiä arkistojen kätköissä varmaan vielä on. Sellaisiakin, jotka virallinen AGW-leiri mieluusti unohtaisi. Laitetaanpa siksi tähänkin bloggaukseen  muistutukseksi ja siunatuksi lopuksi vielä linkki kertomukseen vuodelta 1891, joka oli niin kuuma, että Nurmeksen kirkkokin syttyi palamaan ja poltti poroksi koko kirkonkylän.



Linkit
Suomen huippuhelteistä
Heinäkuun 2018 kuukausikatsaus
Touko-elokuu oli mittaushistorian lämpimin
Lämpötila- ja sadekarttoja vuodesta 1961
Sanomalehtiarkisto
Suomen säät ennen 60 lukua?
Annual and seasonal mean temperatures in Finland during the last 160 years 
Kesä 2011 harvinaisen lämmin
Laskut ohjelmalla PcCalculator



 

Merenpinnan nousu

Nyt kun olemme jälleen kokeneet vanhan ajan kunnon talven, ei ilmastosäikkyjen arsenaalista enää tahdo löytyä kunnon aseita ihmisten pelotteluun. Yksi kuitenkin on ja pysyy, merenpinnan nousu ja nousun kiihtyminen. Tosin aivan uusimmat tutkimukset ovat tästäkin jo hioneet pahimmat ylilyönnit ja jopa itse  The Guardian tyytyy pelottelemaan enää vain vajaalla metrin pinnan nousulla vuoteen 2100 mennessä. Ja tuokin vain siis sillä edellytyksellä, että pinnan nousu jatkuu samalla kiihtyvällä trendillä, minkä prof. Steve Neremin tutkimusryhmä on onnistunut loihtimaan esiin satelliittihavaintojen 25-vuotisesta historiasta.  Tuossa NASAn  uutinen aiheesta ja itse tutkimus  tuolla.   Alla The Guardianin uutiskuva tutkimuksesta.

Kuva 1.Satellite altimetry data. Illustration: John Fasullo

Kuvaa katsoessa voi todella havaita, ettei muutos näiden 25 vuoden aikana ole ollut tasaista ja mutkiakin on matkalla ollut jatkuvasti milloin mihinkin suuntaan. Alla kuvassa 2 on oma tulokseni  NASAn dataan sovitetuista paraabeleista, jos nousutrendien kiihtyvyydet ovat  +0.097 tai +0.040 mm/vuosi/vuosi. Kuvassa y-akselin lukemiin on lisäksi tehty tasokorjaus, jolla se on saatu yhteneväksi  NASAn nettisivuilla  käytetyn asteikon kanssa. Vaikka kumpikin sovitus näyttäisi istuvan aineistoon hyvin ja vaikka niiden korrelaatiokertoimet ovat lähes samat, ovat niistä lasketut merenpinnan tasot  vuonna 2100 kuitenkin  kovin erilaiset (kuvassa arvot a), mikä jo osoittaa, ettei tällaista ennustetta analyysin aineistosta voi tehdä.

Kuva 2. NASAn satelliittihavaintoihin sovitettu paras paraabeli (sin)  ja toinen lähes yhtä hyvä (pun).

Kuva 3. Trendikäyrien hajonta analyysijakson pituuden muuttuessa. Jakson alkuvuosi on kaikissa sama ja loppuvuosi kuvassa ilmoitettu.

Vielä selvemmin menetelmän heikkous käy ilmi kuvasta 3, johon on merkitty kaikki  paraboliset trendikäyrät, kun analyysin aikajakson pituutta on kasvatettu vuosi kerrallaan vuodesta 2010 vuoteen 2017. Erityisen kiinnostava on siinä vuosi 2011, jolloin trendi oli hidastuva mutta joka jo seuraavana vuonna muuttui "reilusti" kiihtyväksi.

Nasalla on nettisivuillaan  kuva myös merenpinnan pitkäaikaisesta muutoksesta vuosina 1870-2000.  Molemmissa kuvissa korkeusasteikon yksikkönä on mm mutta asteikkojen 0-kohdat ovat jälleen eri tasoissa. Ihmetystä myös herättää, miksi aikaskaala päättyy vuoteen 2000 vaikka  luotaushavaintoja kuitenkin jatkuvasti tehdään.

Kuva 4.

Kuvassa 4 yllä NASAn molemmat aikasarjat on yhdistetty siten, että niiden yhteisten vuosien keskiarvot ovat molemmissa samat.  Koko aikasarjan parabolinen sovitus antaa silloin kiihtyvyyden arvoksi (kuvaajan toinen derivaatta) c=0.0102 mm/vuosi/vuosi, kun vastaava arvo pelkistä satelliittimittauksista tuotti arvon c=0.0972. 

Omassa tutkimuksessaan Nerem et al. ilmoittaa kiihtyvyyden arvoksi c=0.084, kun raakahavaintoihin ensin on tehty muutama hyvin perusteltu korjaus. Kuvaan 4  on merkitty punaisella myös tämä tulos, josta The Guardian ja kumppanit nyt siis ovat nostaneet tämän uusimman kohun. Mutta kuinka ollakaan, tuosta samaisesta NASAn kuvaajasta löytyy myös tuplasti laajempi ajanjakso, vuodet 1902-1952, jolloin nousuvauhdin kiihtyvyys oli jopa suurempi, c=0.105. Tässä valossa tämä uusin alarmi alkaa sittenkin näyttää melko vaatimattomalta.  Vuoden 2100 tasoksi "luvataan" enää vain +714 mm,  kun se tuolla vanhemmalla trendillä olisi ollut hulppeat 1707 mm.

 

Luotausasemien trendikäyrät

Satelliittihavaintojen lisäksi merenpinnan tasoa seurataan myös lukuisilla luotausasemilla eri puolilla maailmaa. Tuossa jokseenkin täydellinen lista niistä. Vanhimmat ovat aloittaneet jo 1800-luvun alussa mutta monilla on ollut toiminnassa katkoja tai niiden sijainti on muuttunut tavalla, mikä ei mahdollista vanhojen ja uusien havaintojen täsmällistä vertailua. Alla olevaan listaan on kerätty joukko pisimpään samalla paikalla toimineita asemia, joiden toiminta edelleen jatkuu.

Taulukko perustuu  vuonna 1991 julkaistuun tutkimukseen,  jossa vakaalla pohjalla olevien 21 luotausaseman tuloksista oli johdettu maapallon merien nousutrendiksi  +1.8±0.1 mm/vuosi. Näistä asemista on edelleen toiminnassa 16 kpl,  jotka  ovat ao. taulukossa ylinnä.  Loput 6 kpl  on valittu samoja periaatteita noudattaen mutta saattaa olla, että listan nuorin, VIGO, ei sittenkään ollut paras mahdollinen valinta. Sitä ei kuitenkaan voinut etukäteen tietää enkä katsonut sen poistoa enää jälkikäteen hyvän tieteellisen tavan (hehe) mukaiseksi.

luotausasema	aloitus   vuosi	linear.    trendi	linear.  h2100	parab. y'1995	parab. y"	parab.  h2100
NORTH SHIELDS	1895	1.903	222	1.788	-0.0030	193
NEWLYN	1915	1.831	217	2.001	0.0057	267
BREST	1807	0.994	96	2.053	0.0128	298
MARSEILLE	1885	1.304	160	1.129	-0.0039	119
TRIESTE	1875	1.376	176	1.348	-0.0006	169
HONOLULU	1905	1.434	158	1.095	-0.0098	68
SAN FRANCISCO	1854	1.460	134	2.276	0.0136	305
BALBOA	1908	1.465	143	1.319	-0.0044	103
KEY WEST	1913	2.385	259	2.784	0.0131	373
CHARLESTON	1921	3.264	342	3.095	-0.0065	286
HAMPTON ROADS	1927	4.606	485	5.030	0.0184	630
BALTIMORE	1902	3.174	331	3.198	0.0007	338
ATLANTIC CITY	1911	4.083	432	4.383	0.0097	517
NEW YORK	1856	2.853	300	3.368	0.0088	409
PORTLAND	1912	1.866	219	1.626	-0.0077	151
EASTPORT	1929	2.150	252	1.637	-0.0234	72
VIGO	1943	2.082	210	1.203	-0.0583	-197
FREMANTLE	1897	1.667	207	1.909	0.0070	272
SYDNEY	1914	1.030	108	1.483	0.0153	240
PORT ADELAIDE	1940	2.308	284	2.028	-0.0172	162
SAN DIEGO	1916	2.162	224	2.415	0.0073	292
SEATTLE	1899	2.025	200	2.337	0.0083	280
	ka.	2.156	234	2.250	-0.0006	243

Taulukon data on koottu aseman nimestä aukeavista linkeistä ja niiden korkeusarvot on skaalattu edellä kuvatulla tavalla NASAn  käyttämään tasoon. (Kunkin aseman  90-luvun lineaarisen trendin arvoksi vuonna  1995 asetettiin +7 mm.) Taulukossa kunkin aseman koko aineistosta laskettu lineaarinen termi on sarakkeessa 3 ja sarakkeessa 4 on tuon termin ennustama merenpinnan korkeus vuonna 2100.  Sarakkeissa 5, 6 ja 7 ovat asemille tehtyjen parabolisten sovitusten vastaavat arvot. Siinä y' on ko. kuvaajan derivaatta vuonna 1995,  y"=kiihtyvyysvakio ja  h₂₁₀₀  laskettu korkeus vuonna 2100.

Taulukon alimmalla rivillä on sarakkeista lasketut  keskiarvot. Näemme, että näillä asemilla ja niiden edustamilla rannoilla merenpinnan nousu on ollut ja on hyvin maltillista. Nousuvauhti näyttäisi jopa  hieman hiipuvan ja vuonna 2100  tämän analyysin ennustama merenpinnan taso  olisi n. +240 mm.

Loppulaskussa  analysoin vielä kaikki muut asemat yhdessä mutta jätin kuitenkin Vigo-aseman varmuuden vuoksi pois. Merenpinnan tasoksi vuonna 2100  näytti tällöin muodostuvan +393±13 mm. (Kuva 5 alla)

Kuva 5.

Kuvan 5 analyysissä paras paraabelisovitus antoi kiihtyvyyden arvoksi  +0.0181 mm/(vuosi)² ja vuosien 1995.5  ja 2018.0 tasoiksi  +11.0  ja +76.6 mm eli nousua tuolla aikavälillä  +65.6 mm ±1.5 mm.  NASAlla vastaavat arvot ovat olleet +11.6  ja +86.5 mm  eli nousua + 74.9 mm  tai  kuvan 2  sovituksella laskien (sin) +8.3 ja +83.2 mm ja nousua +74.9 mm ±1.0 mm.

Aika paljon ovat  NASAn satelliittimittaukset siis edellä tässä tarkastelussa mukana olleiden luotausasemien näyttämästä noususta, sen dramaattisesta kiihtymisestä nyt puhumattakaan, mille tämä tarkastelu ei löytänyt minkään valtakunnan näyttöä.





Links 
Climate-change–driven accelerated sea-level rise detected in the altimeter era
NASA: Vital Signs of the Planet
Global Sea Level Rise
Permanent Service for Mean Sea Level (PSMSL)
Relative sea levels from tide-gauge records 
Pacific Atoll Islands Showing No Sign of Drowning
Analyysit ohjelmilla TableCurve ja PcCalculator




Lisämateriaalit

Kuva 6. Nousutrendin kehitys, kun analyysin aineisto kasvaa asema kerrallaan aloitusvuoden mukaisessa järjestyksessä.

Kartta analyysin asemista. Valtaosa niistä sijaitsee Atlantin rannoilla, joten otos ei välttämättä kuvaa koko maapalloa täydellisesti. Kun tärkein valintakriteeri oli aseman vakaa pohja ja havaintosarjan pituus, ei tuollaisia liki sadan vuoden sarjoja kuitenkaan ollut enää muualta helppo löytää.

Kuva7. Vuosina 1807-1899 aloittaneita asemia kuvasi  yksinkertaisten kuvaajien joukosta parhaiten  paraabeli, jonka toinen derivaatta oli 0.0141 mm/(vuosi)².  Kuvassa näkyvä punainen referenssikäyrä on sama  kuin valkoinen käyrä kuvassa 4.   

Kuva 8. Vuosina 1902-1916 aloittaneita asemia  kuvasi parhaiten pelkkä suora.

Kuva 9. Vuosina 1921-1943 aloittaneita asemia kuvasi parhaiten alaspäin kääntyvä paraabeli!

Kuva 10. NASAn  käyrät  luotausasemien ja  satelliittien  mittaamista  merenpinnan  tasoista päällekkäin.  Kuvan punaista käyrää  ei kuitenkaan laskettu suoraan tästä aineistosta. Siitä oli ensin laskettu  digitaalisella  suodattimella  5000 pisteen ylijoukko, joka seurasi mahdollisimman tarkasti alkuperäistä joukkoa mutta jossa kaiki pisteet olivat ajallisesti tasavälein.

Kuva 11.  Luotausasemien data (kuva 5) ajettuna LOESS suodattimen läpi ja aikavälille 1900-1950 sovitettu paras paraabeli. Tämä on esimerkki siitä,  miten hienolta kuullostavalla  tempulla data-aineistosta voidaan  kaivella esiin ennalta haluttuja tuloksia, tässä tapauksessa vihreää käyrää kuvasta 4.  Jotkut pahat kielet voisivat kutsua temppua myös data-aineiston manipuloinniksi.

Kuva 12. Sama sovitus kuin kuvassa 11 mutta tässä ilman temppuilua. Kuvan 11 tempulla tuloksen tarkkuus on saatu  näyttämään paljon todellista  paremmelta.

Ilmakehän absorptio ja vesihöyryn pakote

Nettiä selatessa törmää usein hokemaan "Fysiikan lakien mukaan CO2 absorboi lämpösäteilyä", jota hokeman esittäjä näyttää pitävän vastaansanomattomana todisteena  AGW-teorian puolesta. Hokema on tietysti totta ja fysiikan lakien mukaan  tuo absorption määräkin voidaan  laskea  vastaansanomattoman tarkasti mutta mikä on sen vaikutus  havaittuun lämpötilaan, se sen sijaan ei ole lainkaan selvää eikä  kiistatonta fysiikan lakeihin perustuvaa teoriaa sen laskemiseksi ole esitetty.

Satelliiteilla voimme toki suoraan havaitta maapallon IR-säteilyä ja sen spektriä ja verrata tulosta teoreettisiin laskelmiin. Alla maan laskettu spektri linkistä, jossa Gavin Schmidt kertoilee, mitä NASAssa vuonna 2010 tiedettiin ilmakehän absorptiosta. (Osoita kuvaa hiirellä nähdäksesi MODTRAN laskelman)

Kuva 1. Ilmakehän absorptio GISS mallin ja MODTRAN ohjelman laskemana

Schmidt'in mukaan maan säteilytehosta n. 150 W/m² jää ilmakehään mutta hänkään ei osaa kertoa, mikä osuus siitä palaa maahan, mikä muuttuu lämmöksi ja mikä tuulia ja ilman pyörteitä aiheuttavaksi kineettiseksi energiaksi. Sen sijaan on kiintoisaa huomata, että jo tuolloin NASAssa oli huomattu pilvien tärkeä merkitys absorptiossa. Hänen mukaansa siinä n. 50% aiheutuu vedestä, 25% pilvistä,  20% hiilidioksidista (siis vain) ja loput muista  kasvihuonekaasuista. Pilvien vaikutus maapallon heijastuskykyyn, albedoon, sen sijaan ei Schmidtiä pahemmin kiinnosta, vaikka joutuukin myöntämään vesihöyryn tärkeän roolin AGW-teorian pakotteissa ja takaisinkytkennöissä.

Kuvasta arvioiden  maan säteily avaruuteen (sinisen alueen pinta-ala) näyttäisi olevan luokkaa 270-290W/m² mutta tarkemman arvion saamiseksi on turvauduttava esim. netistä löytyvään MODTRAN  ohjelmistoon, jonka jotakin versiota myös Schmidt on aikanaan arvattavasti käyttänyt. Kuvassa 1 on nähtävissä myös tällä ohjelmalla laskettu tulos, kun se oli viritetty toistamaan mahdollisimman tarkoin Schmidt'in alkuperäinen tulos. Näemme, että piirrostarkkuuden rajoissa molemmat spektrit ovat lähes identtiset, joten voimme hyvällä syyllä olettaa, että tämä MODTRAN ohjelmiston online versio antaa luotettavia tuloksia myös viritysparametriensa muilla arvoilla.

Hiilidioksidipitoisuuden lisäksi ohjelmalla voi säätää monia muitakin parametrejä, esim. vesi- ozoni- ja metaanipitoisuuksia. Myös käytetyn ilmastomallin voi valita kuudesta eri vaihtoehdosta. Alla on ohjelmalla laadittu taulukko maan säteilytehosta, yksikkönä W/m²,  kun CO2 pitoisuuksiksi on oletettu 400  ja 800 ppm, sarakkeet 1 ja 2. Sarakkeessa 4 on näiden erotus, sarakkeessa 3 on säteilyteho ilman absorptiota sekä tämän ja sarakkeen 1 erotus sarakkeessa 5.

 400 ppm  800 ppm    no abs     ΔW1    ΔW2        ΔK
 298.52      295.19      443.68     3.33    145.16     0.76     Tropical Atmosphere
 289.57      286.56      412.59     3.02    123.02     0.81      Midlatitude Summer
 235.22      232.83      303.36     2.39      68.14     1.16      Midlatitude Winter
 270.73      268.28      374.91     2.45    104.18     0.78      Subartic Summer
 202.06      200.30      242.31     1.76      40.25     1.44      Subartic Winter
 267.84      264.86      380.25     2.98    112.41     0.87      1976 U.S. Standard Atmosphere

Taulukkoon on laskettu myös CO2:n kahdentumisen vaikutus, jos oletamme lämpötilan muutoksen lineaariseksi kasvihuonekaasujen absorption määrään. Käytetty laskukaava on alla
(1)                     ΔK = 33°K*(ΔW1/ΔW2)
missä 33°K on tuo yleisesti käytetty kokonaisvaikutuksen oletusarvo. Tämä ei tietenkään ole itsestään selvää  eikä myöskään se, että muutos olisi lineaarista. Itse asiassa olisi aika erikoista, jos näin olisi, kun muitakin vaihtoehtoja kuitenkin on runsaasti tarjolla.

Taulukosta näemme, että ΔK:n hajonta on suurta mutta ilmastovyöhykkeiden pinta-aloilla painotettu keskiarvo asettuu kuitenkin melko lähelle standardi ilmakehän arvoa +0.87°K. Voimme siis päätellä,  että standardi ilmakehän malli kuvaa varsin hyvin myös koko maapallon ilmastoa.

Kuva 2. Temperature versus CO2

Kuvassa 2  on havaintoihin perustuva esitys CO2-pitoisuuden ja lämpötilan välillä. Siinä
pitoisuuden muutosta 280-400 ppm vastaava lämpötilan muutos näyttäisi olevan +1.2°C. MODTRAN ohjelmalla Standard Atmosphere 280 ppm pitoisuudella antaa säteilytehoksi 269.35W/m², joka kaavalla 1 laskien tuottaa lämpötilan muutokseksi +0.44°C. Ero havaintoihin on siis huomattava ja vaatii vielä paljon adjustointia ja pakoteteorioiden kehittelyä ennen kuin tiede tältä osin on valmis.

Päivitys alkaa:
Vallitsevan AGW-teorian mukaan absorption aiheuttama lämpötilan nousu lisää veden haihtuvuutta, jota lämmennyt ilma pystyy nyt sitomaan itseensä entistä enemmän. Ilman vesihöyrypitoisuus siis nousee ja aiheuttaa lisää absorptiota, jota klimatologia hienostellen kutsuu vesihöyryn takaisinkytkennäksi tai pakotteeksi.

Teoria on tietysti hyvä mutta miten se on toteutunut käytännössä? Eräs NOAAn toimistoista,   Earth System Research Laboratory, ylläpitää  ilmastoon liittyviä aikasarjoja, joista  kuva 3 alla esittää alailmakehän globaalia ominaiskosteutta  paineissa  1000, 950, 850 ja 700mb. Varmuuskopio kuvan datasta on täällä.

Kuva 3. Ilmakehän ominaiskosteuden muutos korkeuksilla 0 - 3 km.

Kuvaan on merkitty myös aineistosta lasketut trendit, jotka  osoittavat vesihöyryn määrän  pintakerroksissa todella kasvaneen mutta pilvien korkeudella trendi onkin jo laskeva ja osoittaa, että siellä pilvien määrä on vähentynyt. Molemmat tekijät voivat periaatteessa aiheuttaa ilmaston lämpenemistä mutta vain tuo vesihöyryn pakote voisi teoreettisesti olla kasvaneen CO2-pitoisuuden aiheuttamaa.

Vuosina 1948-2017 ilmasto on GISSin aikasarjan mukaan lämmennyt +1.01°C  ja CO2-pitoisuus kasvanut arvosta 310 ppm arvoon 407 ppm. Samaan aikaan ilmakehän ominaiskosteus on pinnalla kohonnut trendilaskun mukaan arvosta 7.324 g/kg  arvoon 7.498 g/kg eli kasvua on ollut n. 2.4%. Jos lasketaan pelkillä aikasarjan päätepisteiden arvoilla, tulee kasvuprosentiksi 4.4%.

Alla taulukko näistä arvoista sekä MODTRAN ohjelmalla standardi ilmakehälle lasketut vastaavat absorptioiden arvot. Sarakkeessa H2O on ominaiskosteuksien suhde, jota ohjelma kysyy kohdassa "Water Vapor Scale". Ohjelma käyttää tätä skaalausvakiota koko matkan alhaalta ylös, vaikka havaintojen mukaan kosteuden kasvu rajoittuukin  vain ilmakehän alimpiin kerroksiin. Laskettu absorptio on siis periaatteessa hieman todellista suurempi mikä ei kuitenkaan haittaa, koska pääosa siitä  vesihöyryn suuren määrän vuoksi kuitenkin tapahtuu jo aivan lähellä pintaa.

vuosi    CO2        SH                H2O      MODTRAN     SH               H2O      MODTRAN
1948    310 ppm  7.324 g/kg   1.0000   268.91 W/m²  7.281 g/kg   1.0000   268.91 W/m²
2017    407          7.498           1.0238   267.40           7.603           1.0442   267.12
                                                     ΔK   +0.44°K                                    ΔK   +0.53°K

Taulukon alimmalla rivillä on kaavalla 1 laskettu absorption muutosta vastaava lämpötilan muutos, missä pelkän hiilidioksidin osuus ilman pakotteita on +0.34°K.  Jos taas oletamme Schmidtin tavoin hiilidioksidin osuudeksi koko absorptiosta 20%, voimme laskea kuten edellä ja saamme uusiksi lämpötilojen muutoksiksi  +0.35° K  ja  +0.42°K, missä pelkän CO2-muutoksen osuus on +0.27°K. Jos edelleen hyväksymme myös Schmidtin esittämän ajatuksen pilvien 25% osuudesta maapallon kasvihuoneilmiössä, silloin kaikki edellä lasketut absorption lämpötilavaikutukset putoavat vielä lisää tuolla samalla prosenttimäärällä.

Näemme, että laskimmepa miten päin tahansa, ei se selitä havaittua (ja adjustoitua) lämpötilan globaalia muutosta, josta pääosan on siis pakko aiheutua joistakin muista syistä. Kuten edellä tuli jo kerran todettua, tältä osin tiede ei  vielä ole lähelläkään valmis.

 Juttua päivitetty  11.2.2018

 

 

Linkkejä  

Taking the Measure of the Greenhouse Effect
MODTRAN Infrared Light in the Atmosphere 
Major Portions in Climate Change: Physical Approach
Ilmastonmuutoksen suurimmat aiheuttajat selvitetty
Scrutinizing the atmospheric greenhouse effect and its climatic impact 
Emergent constraint on equilibrium climate sensitivity from global temperature variability
The greenhouse effect and carbon dioxide
Attribution of the present‐day total greenhouse effect
Laskut ohjelmalla Pc Calculator

13.11.2020  Uusi tutkimus  kovan luokan tutkijoilta: 

Dependence of Earth’s Thermal Radiation on Five Most Abundant Greenhouse Gases

Kuvaa varten arvovaltaiset professorit  Wijngaarden  ja  Happer  laskivat yli 1/3 miljoonan spektriviivan vaikutukset ilmakehän absorptiossa ja saattoivat todeta, että ilmakehä on jo nyt H2O:n ja CO2:n osalta niin kylläinen, ettei niiden lisäyksellä absorption määrään enää  ole mitään käytännön merkitystä.