Hurricane Ian över Florida

Först en bakgrund om faktorer som formar väder.

Sedan mycket lång tid och ständigt pågående ökar Jordens samlade upplagring av termisk energi. 90% av solstrålningen som passerar atmosfären och når jordytan absorberas av haven och en avsevärd andel förblir där i form av stigande temperatur.

Vattens albedo [1] varierar beroende på infallsvinkel. När Solen står högt under dagen kan det vara så lågt som 0,03 – 0,10 för att senare under dagen stiga. Det som absorberas överför sin energi till vattnet, adderar till vattenmolekylernas rörelseenergi och höjer temperaturen [2].

Då Jorden både roterar och tiltar över ett år samt att haven har en helt annan upptagnings- och lagringskapacitet (de står för 90% av upptaget av termisk energi) än de stora landmassorna kommer det att uppstå flöden av termisk energi som utjämnar obalanserna.

Någon kommer naturligtvis att påpeka att Jordens avstånd från Solen varierar under året. Alldeles korrekt, för närvarande är vi som närmast den 4 januari och som längst ifrån halvåret senare, på sommaren.

Energiflöden utjämnar lokala, regionala och globala differenser genom havsströmmar, vindar och nederbörd och formar därmed vädret, framför allt lokalt och regionalt.

Orkaner i Atlanten börjar som virvlar i atmosfären utanför Afrikas kust och färdas i huvudsak västerut. Om ytvattnet under den är 26°C eller varmare avdunstar vatten med förhållandevis hög temperatur (rörelseenergi) och ‘matar’ virveln med vind och massa (vattenånga, moln). [3]

Det är Jordens samlade energiupptag och -avgivning i samverkan med upplagring (och avgivning) av termisk energi i samverkan med asymmetrier i Jordklotets fördelning av land och hav (70% av ytan) samt dess bana runt Solen som i det korta perspektivet (sekunder – dagar/veckor) formar lokalt och regionalt väder.

Under de senaste dagarna har orkanen Ian förorsakat förödelse när den tvärat in från Mexikanska Golfen över Fort Myers i Florida, vidare över Cape Canaveral (uppskjutningsplats för Orion) och vidare ut över Atlanten. Där kommer den åter att förstärkas av energi och massa från ytvattnet. Den vidare banan kommer sannolikt att vända norrut och in över kusten igen i höjd med Sydcarolina.

Om den förödelse orkanen Ian har orsakat https://youtu.be/N7ypl8QJgQQ

https://youtu.be/Oku4bdpLxEg

Vidare över Atlanten https://youtu.be/YnNywoFHj9A

Märk väl att väder på kort sikt inte formar klimat. Däremot är vädret starkt beroende av de förutsättningar som klimatet skapar.

[1] Albedo är den andel av en strålning som återkastas av en belyst yta. Värdet varierar från 1 (allt ljus reflekteras) till 0 (allt absorberas) https://sv.wikipedia.org/wiki/Albedo

[2] Fasta kroppars och vätskors temperatur motsvarar de ingående molekylernas rörelseenergi i medeltal.

[3] Rörelseenergin E (kinetisk energi) i ett system med massan m och hastigheten v är E = mv^2/2. https://en.wikipedia.org/wiki/Kinetic_energy

Hur påverkas skördar vid ökande koldioxidhalt?

Högljudda klimatkrisifrågasättare framhåller ofta att en ökande koldioxidhalt leder till större tillväxt. Ur ett snävt perspektiv verkar det logiskt, i växthus ökar man ibland mängden koldioxid avsevärt för att öka skördeutfallet. Men är det hela sanningen, finns fler faktorer att ta hänsyn till?

Mer koldioxid och andra växthusgaser innebär högre temperatur över såväl land som hav. Vatten avdunstar och atmosfären som helhet blir vattenrikare vilket i sig förstärker växthuseffekten ytterligare. Hav och sjöar är i praktiken outtömliga källor till vattenånga och i kombination med lämpliga vindar och bergskedjor kan det åstadkomma allt mellan lagom och katastrofala nederbördsmängder. Längre in över land minskar vanligen tillgången på vatten, temperaturen ökar och marken torkar ut.

Skördar påverkas naturligtvis av tillgång till koldioxid och vatten men även markens makro– och mikronäringsämnen. Om skördens massa ökar (beroende främst på koldioxiden) men övriga näringsämnena som kommer från jorden inte håller samma takt kommer slutresultatet att bli näringsfattigt.

Simon Clark förklarar detta och mer därtill i denna video: https://youtu.be/qFA7Sui8w_g

Mer om Thwaites glaciär i Västantarktis

Thwaites sits in West Antarctica, flowing across a 120km stretch of frozen coastline. A third of the glacier, along its eastern side, flows more slowly than the rest—it’s braced by a floating ice shelf, a floating extension of the glacier that is held in place by an underwater mountain. The ice shelf acts like a brace that prevents faster flow of the upstream ice. But the brace of ice slowing Thwaites won’t last for long, said Erin Petitt, an associate professor at Oregon State University.
https://cires.colorado.edu/news/threat-thwaites-retreat-antarctica’s-riskiest-glacier

En av många bilder som finns i presskonferensens presentationer

Presskonferensen som nämns i föregående länk börjar 5 minuter in i följande video, efter ungefär halva tiden börjar en frågestund. https://youtu.be/uBbgWsR4-aw

**ICEFIN** som dyker under isen https://schmidt.astro.cornell.edu/icefin/

Förskjutningar i Jordens energiförråd

Jordens kortsiktiga väder och långsiktiga klimat beror av in- och utgående energiflöden, omfördelning mellan kortsiktiga energilager samt långsiktiga förråd.

Solen står för inkommande energi. Den domineras av UV och synligt ljus. När det synliga ljuset når mark och vatten (flytande men även vattengas, moln samt snö och is) kommer delar att reflekteras ganska opåverkat (därför kan vi se fotografier av Jorden tagna från rymden).

Resten absorberas varvid strålningens frekvens sjunker avsevärt till IR-området (värme). Denna kan användas, lagras eller stråla vidare ut via atmosfären till rymden.

Värmeenergi kan omfördelas via strålning, ledning och konvektion. I praktiken sker det bland annat via vattenströmmar i hav, avdunstning av vatten till atmosfär och moln som med vindar kan färdas avsevärda sträckor och bilda nederbörd, ibland på betydligt högre belägna platser.

Snö och is representerar värme med låg temperatur. När vatten kristalliserar (fryser) kommer avsevärda mängder värmeenergi att avlägsnas. När nollgradig is smälter åtgår lika mycket energi som för att värma samma massa (‘vikt’) nollgradiga vatten till +80°! Snö och is utgör därför stora förråd av koncentrerad ‘lågtemperaturenergi’ som aktivt påverkar både väder och klimatet.

Review article: Earth’s ice imbalance – Thomas Slater et al.
Abstract
We combine satellite observations and numerical models to show that Earth lost 28 trillion tonnes of ice between 1994 and 2017.
Arctic sea ice (7.6 trillion tonnes), Antarctic ice shelves (6.5 trillion tonnes), mountain glaciers (6.1 trillion tonnes), the Greenland ice sheet (3.8 trillion tonnes), the Antarctic ice sheet (2.5 trillion tonnes), and Southern Ocean sea ice (0.9 trillion tonnes) have all decreased in mass.
Just over half (58 %) of the ice loss was from the Northern Hemisphere, and the remainder (42 %) was from the Southern Hemisphere. The rate of ice loss has risen by 57 % since the 1990s – from 0.8 to 1.2 trillion tonnes per year – owing to increased losses from mountain glaciers, Antarctica, Greenland and from Antarctic ice shelves.
During the same period, the loss of grounded ice from the Antarctic and Greenland ice sheets and mountain glaciers raised the global sea level by 34.6 ± 3.1 mm. The majority of all ice losses were driven by atmospheric melting (68 % from Arctic sea ice, mountain glaciers ice shelf calving and ice sheet surface mass balance), with the remaining losses (32 % from ice sheet discharge and ice shelf thinning) being driven by oceanic melting.
Altogether, these elements of the cryosphere have taken up 3.2 % of the global energy imbalance.
Citat ur fulltexten som finns här: https://tc.copernicus.org/articles/15/233/2021/

För att underlätta läsning av det faktaspäckade citatet har jag glesat ut den till kortare stycken. Tonnes är samma som 1000 kg.

Årets Nobelpris i fysik

Såvitt jag vet har aldrig ett Nobelpris i fysik delats ut till någon/några för en upptäckt som sedan befunnits vara i grunden felaktig. Vanligen går det tiotals år sedan upptäckten gjordes och i mellantiden inkorporeras och används den i vetenskapen utan att falsifieras [1].

Det bör inte ha undgått så många att årets fysikpris till hälften delas mellan två forskare som visat att det pågår klimatförändringar och att människan står bakom den.

All complex systems consist of many different inter-acting parts. They have been studied by physicists for a couple of centuries, and can be difficult to describe mathematically – they may have an enormous number of components or be governed by chance. They could also be chaotic, like the weather, where small deviations in initial values result in huge differences at a later stage. This year’s Laureates have all contributed to us gaining greater knowledge of such systems and their long-term development.
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2021/popular-information/

Vill du ha djupgående information så finns den här: https://www.nobelprize.org/uploads/2021/10/sciback_fy_en_21.pdf

[1] I vetenskapliga sammanhang är absolut ”sanning” svårt, vanligtvis omöjligt, att nå. En enda korrekt formulerad invändning räcker för att förkasta en i övrigt elegant idékonstruktion. Detta kallas falsifiering och är den metod som används för att skilja bort felaktigheter. En förutsättning för att kallas en vetenskaplig teori är att den är möjlig att falsifiera.

Klimatkänslighet; halten av koldioxid vs. temperatur.

One of the most important numbers in climate science is 3°C. This isn’t about a projection of future warming or the impacts that come with it, though. It’s about how much warming you get if you double the amount of greenhouse gases in the atmosphere. That value can be made more general as a metric known as “climate sensitivity,” which describes how much warming you get for a given amount of emissions. If the number is small, we can burn a lot of fossil fuels with minimal consequences. If the number is extremely high, emissions are extraordinarily dangerous.
Källa: https://arstechnica.com/science/2020/07/huge-climate-sensitivity-study-shrinks-uncertainty-on-critical-number/

Kunskap och förståelse är inte allas mål. En minoritet nöjer sig med att sprida osäkerhet och förvirring.

Växthusgaser består av tre eller flera atomer. De kan ”studsa runt” olika frekvenser av värmestrålning (där temperaturen bestämmer frekvensen) med varierande förmåga. De viktigaste växthusgaserna i troposfären [1] är koldioxid (CO₂), metan (CH₃) och kväveoxid (lustgas, N₂O). När de i samverkan höjer temperaturen ökar atmosfärens förmåga att ta upp vattenånga vilken i sin tur beter sig som en växthusgas.

This number (3°, min anmärkning) is commonly defined against a doubling of the concentration of CO₂ in the air, in part because CO₂’s effect is logarithmic and each doubling is roughly equivalent.

Det blir problem när man väljer koldioxiden som enda representant för växthuseffekten. Metan [2,3] och kväveoxid [4] är långt mer potenta men samtidigt relativt sparsamt förekommande i atmosfären. I helheten utgör metanets bidrag ungefär 20% av växthuseffekten. När metan med tiden oxideras bildas koldioxid och vatten. Kväveoxid tär också på det UV-skyddande ozon-lagret.

Det finns flera faktorer som påverkar uppvärmning och avkylning av Jorden och alla är inte välbeforskade. Av det skälet valde IPCC i sin rapport från 2007 att ange klimatkänsligheten till 1,5 – 4,5°. Målet för forskarna är att minska osäkerheten och den senaste rapporten, AR6, gör det. De anger klimatkänsligheten till 3° och sannolikt (likely) ligger den i intervallet 2° – 4°.

[1] Troposfären varierar i höjd från 9 km vid polerna till 17 km vid ekvatorn. I genomsnitt räknar man med 11 km.

[2] ”The Earth’s atmospheric methane concentration has increased by about 150% since 1750, and it accounts for 20% of the total radiative forcing from all of the long-lived and globally mixed greenhouse gases.^{[10]” Wikipedia}

[3] ”Methane is an important greenhouse gas with a global warming potential of 34 compared to CO₂(potential of 1) over a 100-year period, and 72 over a 20-year period.^[47][48]”

[4] Kväveoxid är upp till 265 gånger så potent som koldioxid med en livstid i atmosfären om 120 år. https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrous_oxide

Koldioxid, marknära och högre upp.

Givet att andra faktorer är att lika är det varmare vid markytan än högre upp inom troposfären. En tumregel [3] säger att temperaturen sjunker 6° per 1 000 höjdmeter. Har du funderat över varför det är så? Om inte, ägna tanken någon minut innan du läser vidare.

Atmosfären består av 78% kväve (N₂), 21% syre (O₂), 0,9% argon (Ar) samt cirka 0,042% koldioxid (CO₂).

Inblandningen av koldioxid i atmosfären sker inte ögonblickligen, med högkänsliga sensorer mäter man små differenser som följer vindar från utsläppen. I denna ögonblicksbild anger mörkrött höga och mörkblått lägre koncentrationer.

I medeltal når övre delen av troposfären 11 km höjd.
Då temperaturen påverkar luftens densitet (kyla gör den tätare) når den cirka 9 km vid polerna och upp till 17 km vid ekvatorn trots att lufttrycket på havsnivå är samma. Detta varierar ytterligare beroende på årstid (Jordaxeln ”lutar”) och i någon mån även väder.
I troposfären sjunker lufttrycket närapå linjärt med ökande höjd.
Ungefär 80% av atmosfärens massa finns i troposfären.
Hälften av atmosfärens massa finns under 5.6 km höjd där lufttrycket följaktligen är halverat.
Nästan allt vatten i atmosfären finns i troposfären.
Källa: https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Earth

Alla växthusgaser består av molekyler med tre eller flera atomer till skillnad från kväve, syre och argon som utgör 99,9% av atmosfären. Växthusgaser har förmåga att ”studsa runt” värmestrålning [1] i alla riktningar, effektivare ju fler de är. Till det kommer vattenånga, också den bestående av tre atomer per molekyl. Då vatten dessutom lagrar och transporterar värme och kinetisk energi genom vindar och havsströmmar har det avgörande betydelse för vädret.

Vatten [2] deltar i atmosfärens isolering men dess massa och egenskaper varierar stort beroende på temperaturen. När vattenånga kondenserar till droppar övergår det från att fungera likt en växthusgas till att vara en svartkroppsstrålare. Om den kyls ytterligare kan den bli is och snö, goda reflektor.

Troposfärens gaser blandas väl genom vindar och konvektion och antalet molekyler av växthusgaser kommer därför att bero på lufttrycket. Kyla på hög höjd och värme på låg inom troposfären beror av antalet molekyler av växthusgaser samt även vattenmolekyler. De utgör tillsammans värmeisolering som i samverkan med rotationen räddar oss från temperatursvängningar som annars skulle drabba Jorden.

Medeltemperaturer vid Nordpolen och ekvatorn på Jorden i skydd av atmosfären och på den ‘nakna’ Månens skugg- och solsida.

Högre upp, lägre lufttryck leder till färre isolerande växthusgasmolekyler och följaktligen blir det kallare.

För att få så enhetliga mätningar som möjligt mäter man därför temperaturen om möjligt på en öppen plan plats där marken är täckt med kort gräs och på en höjd av 1,5-2 m över marken.
Många fler krav finns, läs på SMHI: https://www.smhi.se/kunskapsbanken/meteorologi/hur-mats-lufttemperatur-1.3839

Fler parametrar tillkommer. T.ex. förändras inflytandet av en växthusgas inte linjärt med antalet molekyler, de ‘första’ betyder mer än de tillkommande. I samverkan ‘pluggar’ olika växthusgaser energiutsläpp vid fler strålningsfrekvenser och adderar därmed till uppvärmningen.

[1] Temperatur beror av atomers och molekylers kinetiska energi, kort sagt hur de vibrerar och rör sig.

[2] ”Water vapor accounts for roughly 0.25% of the atmosphere by mass. The concentration of water vapor (a greenhouse gas) varies significantly from around 10 ppm by volume in the coldest portions of the atmosphere to as much as 5% by volume in hot, humid air masses, and concentrations of other atmospheric gases are typically quoted in terms of dry air (without water vapor).” Källa: https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Earth

[3] När luften är ‘torr’, alltså ingen dimma eller under eventuell molnbas sjunker temperaturen med 9.8° per 1000 meter höjdvinst. I dimma eller inne i moln sjunker temperaturen 6°/1000 meter. Läs mer här: https://urminsynvinkel.com/2021/08/11/temperaturen-sjunker-med-hojden/