Spencer - De theorie van de opwarming van de aarde
Dr. Roy Spencer - De theorie van de opwarming van de aarde in een notendop (juni 2019)
Bron: www.drroyspencer.com
Dr. Roy W. Spencer
het klimaat is gelijkmatig;
verandert het toch, dan moet menselijk gedrag
de oorzaak zijn.
Elke wetenschappelijke theorie kent aannames. De gangbare theorie van de opwarming van de aarde begint met de aanname, dat de aarde van nature een gelijkblijvende, gemiddelde temperatuur zou handhaven. Dat zou het gevolg zijn van een evenwicht tussen:
1. de hoeveelheid zonlicht (UV) die door de aarde wordt opgenomen en
2. de hoeveelheid infrarode (IR)straling, die de aarde vervolgens naar de ruimte terugzendt.
Met andere woorden, de inkomende is gelijk aan de uitgaande energie. Dit is dezelfde aanname dat het de temperatuur is, die van alles regelt; als energie sneller wordt gewonnen dan verloren gaat, vindt opwarming plaats... maar als energie sneller verloren gaat dan gewonnen, vindt afkoeling plaats.
Gemiddeld over de hele planeet gedurende één jaar, worden de energiestromen in en uit het klimaatsysteem geschat op ongeveer 235 tot 240 watt per vierkante meter. We weten het niet helemaal zeker, omdat onze wereldwijde waarnemingen met satellietinstrumenten in de ruimte, niet nauwkeurig genoeg zijn om die stralingsenergiestromen goed te meten.
'Broeikas'-componenten in de atmosfeer (voornamelijk waterdamp, wolken, koolstofdioxide en methaan) hebben een grote invloed op hoe snel de aarde IR-energie in de ruimte verliest. De verbranding van fossiele brandstoffen door de mensheid, zorgt voor meer koolstofdioxide in de atmosfeer. Naarmate we meer CO2 toevoegen, gaat er iets minder infrarode energie verloren in de ruimte, wat het broeikaseffect van de aarde versterkt. Dit versterkt een opwarmingsneiging in de onderste atmosfeer en aan het oppervlak, en zorgt er tegelijkertijd voor dat de bovenste atmosfeer (vooral de stratosfeer) afkoelt.
Vanuit energie-oogpunt is het vergelijkbaar met het toevoegen van isolatie aan de muren van een verwarmd huis in de winter; voor dezelfde energie-input (geen thermostaat), zal het resultaat zijn dat de muren aan de binnenkant warmer en aan de buitenkant kouder zijn. Dit is analoog aan het broeikaseffect van onze atmosfeer, die het aardoppervlak isoleert van de koude diepten van de ruimte.
Aangenomen wordt (gebaseerd op theoretische berekeningen) dat onze wereldwijde uitstoot van koolstofdioxide het natuurlijke broeikaseffect van de aarde met ongeveer 1% heeft versterkt, waardoor de snelheid waarmee IR-energie verloren gaat in de ruimte, wordt verminderd. De theorie van de opwarming van de aarde (door behoud van energie) zegt, dat de lagere atmosfeer dan moet reageren op deze energie-onbalans (er gaat minder IR-straling verloren dan zonne-energie wordt geabsorbeerd) door een temperatuurstijging te veroorzaken. Deze opwarming verhoogt vervolgens de IR die naar de ruimte ontsnapt, totdat de uitgezonden IR-straling weer een evenwicht bereikt met geabsorbeerd zonlicht en de temperatuur stopt met stijgen. Dit is de basisverklaring van de theorie van de opwarming van de aarde.
Het 'zuivere stralingsenergie-evenwicht'
Manabe en Strickler (1964) berekenden de globale gemiddelde sterkte van het 'broeikaseffect' op oppervlaktetemperaturen, ervan uitgaande dat alle energieoverdrachten straling waren (geen weerprocessen), gebaseerd op de theorie over hoe infrarode energie door de atmosfeer stroomt. Ze ontdekten dat het oppervlak van de aarde gemiddeld maar liefst 75 graden C warmer zou zijn dan wanneer er geen broeikaseffect was. Maar in werkelijkheid is het aardoppervlak gemiddeld ongeveer 33 graden C warmer. Dat komt doordat convectieve luchtstromen (die het weer veroorzaken) overtollige warmte wegvoeren van het oppervlak, waardoor het ver onder de volledige waarde van het broeikaseffect wordt gekoeld, veroorzaakt door hun bedachte aanname van 'zuiver stralingsenergie-evenwicht'.
'Klimaatgevoeligheid'
Het zal je misschien verbazen dat de hoeveelheid opwarming die rechtstreeks wordt veroorzaakt doordat we extra CO2 aan de atmosfeer toevoegen, op zichzelf relatief gering is. Theoretisch is berekend dat, als er geen andere veranderingen in het klimaatsysteem zouden zijn, een verdubbeling van de atmosferische CO2-concentratie ongeveer 1°C oppervlakte-opwarming zou veroorzaken. Dit is geen controversiële uitspraak… dit wordt goed begrepen door klimaatwetenschappers! Begin 2019 waren we ongeveer voor de helft op weg naar een verdubbeling van de CO2-uitstoot in de atmosfeer.
Maar al die andere onderdelen van het klimaatsysteem blijven níet hetzelfde. Van wolken, waterdamp en neerslagsystemen kan bijvoorbeeld worden verwacht, dat ze allemaal op de een of andere manier reageren op de neiging tot opwarming, wat de aan de mens toegeschreven opwarming kan versterken of verminderen. Deze andere temperatuurafhankelijke veranderingen worden 'feedbacks' [beïnvloedingen] genoemd en de som van alle feedbacks in het klimaatsysteem bepaalt wat 'klimaatgevoeligheid' wordt genoemd. Negatieve feedbacks (lage klimaatgevoeligheid) zouden betekenen, dat 'door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde' misschien niet eens meetbaar is en verloren gaat in de ruis van natuurlijke klimaatvariabiliteit. Maar als de feedback voldoende positief is (hoge klimaatgevoeligheid), zou de 'door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde' catastrofaal kunnen zijn.
Het is duidelijk dat het dan van doorslaggevend belang is om de kracht van feedbacks in het klimaatsysteem te kennen en het is het onderwerp van veel van mijn onderzoek. Hier kun je lezen over een deel van mijn werk over dit onderwerp, waarin ik laat zien, dat feedbacks die eerder zijn geschat op basis van satellietwaarnemingen van natuurlijke klimaatvariabiliteit, potentieel grote fouten bevatten.
Een verwarring tussen forceren en feedback (in zekere zin oorzaak en gevolg) bij het waarnemen van wolkengedrag, heeft geleid tot de illusie van een gevoelig klimaatsysteem, terwijl onze beste satellietwaarnemingen (mits zorgvuldig en juist beoordeeld) in feite juist een ongevoelig klimaatsysteem suggereren.
Natuurlijke staat van energiebalans?
Ten slotte, als het klimaatsysteem ongevoelig is, betekent dit, dat de extra kooldioxide die we in de atmosfeer uitstoten niet voldoende is om de waargenomen opwarming van de afgelopen 100 jaar te veroorzaken - er moeten andere, natuurlijke mechanismen bij betrokken zijn.
Hier kun je lezen over één kandidaat: de Pacific Decadal Oscillation, die weergeeft of we ons in een periode van meerdere decennia bevinden met sterkere El Niños (die wereldwijde warmte produceren) of La Niñas (die wereldwijde koelte produceren). Maar er zijn meerdere mogelijkheden voor natuurlijke veranderingen in het klimaatsysteem.
Het belangrijkste om te onthouden over klimaatmodellen, die worden gebruikt om toekomstige opwarming van de aarde te voorspellen, is, dat ze zijn 'afgestemd' met de veronderstelling, waarmee ik dit artikel begon: dat het klimaatsysteem zich in 'een natuurlijke staat van energiebalans' zou bevinden en dat er geen langdurige klimaatverandering optreden, tenzij de méns deze veroorzaakt.
Niet-lineair dynamisch systeem
Dit is echter een willekeurige en onlogische aanname. Het klimaatsysteem is juist een voorbeeld van een 'niet-lineair dynamisch systeem'; dat betekent dat het uit zichzelf kan veranderen. Langzame veranderingen in de snelheid van verticale stromingen van de oceanen van de wereld, kunnen bijvoorbeeld leiden tot opwarming of afkoeling van de aarde, zonder enige 'externe forcering' van het klimaatsysteem.
In plaats daarvan zijn de klimaatmodellen 'afgesteld' om géén natuurlijke klimaatverandering te veroorzaken. Als een 100-jarige run van het model verandering oplevert, wordt het model aangepast om deze (want ongewenste) 'drift' te verwijderen(!).
De modellen produceren geen globale energiebalans op basis van 'eerste fysieke principes', omdat geen van de processen die die balans beheersen, voldoende nauwkeurig bekend zijn. In plaats daarvan worden de modellen ge-'fudged' om een energiebalans te produceren, gebaseerd op de aanname van de modelbouwers dat er geen natuurlijke klimaatverandering is. Vervolgens worden de modellen gebruikt als 'bewijs' dat alleen de toenemende CO2 de recente opwarming heeft veroorzaakt.
Dit is een cirkelredenering
Ik ben niet tegen modellenwerk; modellen zijn nodig om complexe processen in het klimaatsysteem te begrijpen. Maar hoewel de modellen nuttige en noodzakelijke hulpmiddelen zijn voor het bestuderen van klimaatverandering, denk ik niet dat ze betrouwbaar zijn om er een energiebeleid mee te vormen.
Over Roy W. Spencer. Hij ontving zijn Ph.D. in meteorologie aan de University of Wisconsin-Madison in 1981. Voordat hij in 2001 Principal Research Scientist werd aan de University of Alabama in Huntsville, was hij Senior Scientist for Climate Studies bij NASA's Marshall Space Flight Center, waar hij en Dr. John Christy NASA's Exceptional Scientific Achievement Medal voor hun wereldwijde temperatuurbewakingswerk met satellieten ontving. Het werk van dr. Spencer bij NASA gaat door als leider van het Amerikaanse wetenschapsteam voor de Advanced Microwave Scanning Radiometer, dat in NASA's Aqua-satelliet geplaatst. Hij heeft verschillende keren getuigenis afgelegd voor het Amerikaanse Congres over het onderwerp 'opwarming van de aarde'.
Het onderzoek van Dr. Spencer wordt volledig door Amerikaanse overheidsinstanties: NASA, NOAA en DOE gesteund. Hij schreef een populair boek over de opwarming van de aarde: 'Climate Confusion'.
Dr. Roy Spencer - Global Warming Theory in a Nutshell (June, 2019)
Every scientific theory involves assumptions. Global warming theory starts with the assumption that the Earth naturally maintains a constant average temperature, which is the result of a balance between
(1) the amount of sunlight the Earth absorbs, and
(2) the amount of emitted infrared ("IR") radiation that the Earth continuously emits to outer space.
In other words, energy in equals energy out. This is the same concept that governs the temperature of anything; if energy is gained faster than it is lost, warming occurs… but if energy is lost faster than it is gained, cooling occurs.
Averaged over the whole planet for 1 year, the energy flows in and out of the climate system are estimated to be around 235 to 240 watts per square meter. We don't really know for sure because our global observations from spaceborne satellite instruments are not accurate enough to measure those flows of radiant energy.
"Greenhouse" components in the atmosphere (mostly water vapor, clouds, carbon dioxide, and methane) exert strong controls over how fast the Earth loses IR energy to outer space. Mankind's burning of fossil fuels creates more atmospheric carbon dioxide. As we add more CO2, slightly less infrared energy is lost to outer space, strengthening the Earth's greenhouse effect. This causes a warming tendency in the lower atmosphere and at the surface, and at the same time causes the upper atmosphere (especially the stratosphere) to cool. From an energy standpoint, it's similar to adding insulation to the walls of a heated house in the winter; for the same rate of energy input (no thermostat), the result will be that the walls are warmer on the inside, and colder on the outside. This is analogous to the greenhouse effect of our atmosphere insulating the Earth's surface from the "cold" depths of outer space.
It is believed (based upon theoretical calculations) that our global emissions of carbon dioxide have enhanced the Earth's natural greenhouse effect by about 1%, thus reducing the rate at which IR energy is lost to outer space. Global warming theory (through conservation of energy) says that the lower atmosphere must then respond to this energy imbalance (less IR radiation being lost than solar energy being absorbed) by causing an increase in temperature. This warming then increases the IR escaping to space until the emitted IR radiation once again reaches a balance with absorbed sunlight, and the temperature stops rising. This is the basic explanation of global warming theory.
Manabe and Strickler (1964) calculated the global-average strength of the "greenhouse effect" on surface temperatures assuming all energy transfers were radiative (no weather processes), based upon the theory of how infrared energy courses through the atmosphere. They found that the surface of the Earth would average a whopping 75 deg. C warmer than if there was no greenhouse effect. But in reality, the surface of the Earth averages about 33 deg. C warmer, not 75 deg. C warmer than a no-greenhouse Earth. That's because convective air currents (which create weather) carry excess heat away from the surface, cooling it well below its full greenhouse effect value represented by their imagined "pure radiative energy equilibrium" assumption.
Now, you might be surprised to learn that the amount of warming directly caused by us adding extra CO2 to the atmosphere is, by itself, relatively weak. It has been calculated theoretically that, if there are no other changes in the climate system, a doubling of the atmospheric CO2 concentration would cause about 1 deg C of surface warming. This is NOT a controversial statement…it is well understood by climate scientists. As of early 2019, we were about 50% of the way toward a doubling of atmospheric CO2.
But everything else in the climate system probably won't stay the same. For instance, clouds, water vapor, and precipitation systems can all be expected to respond to the warming tendency in some way, which could either amplify or reduce the manmade warming. These other temperature-dependent changes are called "feedbacks," and the sum of all the feedbacks in the climate system determines what is called 'climate sensitivity'. Negative feedbacks (low climate sensitivity) would mean that manmade global warming might not even be measurable, lost in the noise of natural climate variability. But if feedbacks are sufficiently positive (high climate sensitivity), then manmade global warming could be catastrophic.
Obviously, knowing the strength of feedbacks in the climate system is critical, and is the subject of much of my research. Here you can read about some of my work on the subject, in which I show that feedbacks previously estimated from satellite observations of natural climate variability have potentially large errors. A confusion between forcing and feedback (loosely speaking, cause and effect) when observing cloud behavior has led to the illusion of a sensitive climate system, when in fact our best satellite observations (when carefully and properly interpreted) suggest an IN-sensitive climate system.
Finally, if the climate system is insensitive, this means that the extra carbon dioxide we pump into the atmosphere is not enough to cause the observed warming over the last 100 years — some natural mechanism must be involved. Here you can read about one candidate: the Pacific Decadal Oscillation, which reflects whether we are in a multi-decadal period of stronger El Ninos (which produce global warmth) or La Nina (which produces global coolness). Other possibilities for natural changes in the climate system also exist.
The most important thing to remember about climate models which are used to project future global warming is that they were "tuned" with the assumption I started this article with: that the climate system is in a natural state of energy balance, and that there is no long-term climate change unless humans cause it.
This is an arbitrary and illogical assumption. The climate system is an example of a "nonlinear dynamical system", which means it can change all by itself. For example, slow changes in the rate of vertical overturning of the world's oceans can cause global warming (or global cooling) with no "external forcing" of the climate system whatsoever.
Instead, the climate models are "tuned" to not produce natural climate change. If a 100-year run of the model produces change, the model is adjusted to removed the "drift". The models do not produce global energy balance from "first physical principles", because none of the processes controlling that balance are known to sufficient accuracy. Instead, the models are "fudged" to produce energy balance, based upon the modelers' assumption of no natural climate change. Then, the models are used as "proof" that only increasing CO2 has caused recent warming.
This is circular reasoning
I am not against modeling; models are necessary to understand complex processes in the climate system. But, while the models are useful and necessary tools for studying climate change, I do not think they can yet be relied upon for major changes in energy policy.
terug naar de vragenlijst
terug naar het weblog
^