Drivhuset st?r st?tt i sollyset

Obs: figurene til denne artikkelen er dessverre ikke publisert p? nettet.

I Kyoto ble det i 1997 oppn?dd enighet om begrensninger i utslipp av CO2 og andre drivhusgasser. Vedtakene er begrunnet med at en rekke vitenskapelige arbeider, og vurderinger foretatt av FNs klimapanel (IPCC), konkluderer med at menneskeskapte utslipp av disse gassene p?virker jordas klima, sannsynligvis i betydelig grad. Det vakte derfor oppsikt da det ble hevdet at endringer i solaktiviteten spiller en betydelig st?rre rolle, og menneskeskapte utslipp av drivhusgasser dermed en mindre rolle, enn tidligere antatt. Dette var hovedtema i artikkelen ?Kritisk sollys p? klimadebatten? av astrofysikerne P?l Brekke og Oddbj?rn Engvold i forrige nummer av Apollon. Vi er helt enig i at det er meget viktig ? f? st?rre forst?else for solas rolle i denne sammenheng. Vi har likevel motforestillinger mot artikkelen fordi vi mener den undervurderer styrken i de argumenter som tyder p? menneskeskapte klimaeffekter. Vi synes ogs? forfatterne er ukritiske i sin bruk av mangelfullt dokumenterte innvendinger mot resultater fra klimaforskningen. Noe av dette vil vi diskutere nedenfor.

Solstr?ling og jordas klima

Siden energi fra sola driver klimasystemet p? jorda, er det klart at variasjoner p? sola kan medf?re endringer i v?rt klima. Mindre endringer i jordas bane rundt sola har ogs? innflytelse p? den str?lingen som jorda mottar. I millioner av ?r har slike endringer i banen p?virket klimaet p? jorda og for?rsaket en veksling mellom istider og varmere perioder. Endringer i innstr?lingen har v?rt sm?, men gjennom tilbakekoplingsmekanismer i klimasystemet har dette utl?st store klimasvingninger. Det er derfor naturlig ? sp?rre hvilken betydning endringer i utstr?lingen fra sola har hatt for det globale klimaet i nyere tid, spesielt i dette ?rhundret. I 1976 p?viste den amerikanske astronomen John A. Eddy en samvariasjon mellom solaktivitet og klima over noen hundre?r. Han var spesielt opptatt av ?The Maunder minimum? (tiden fra ca.1650 til 1715) som Brekke og Engvold omtaler. I denne perioden var det meget f? solflekker og lav temperatur. Eddys studier ble fulgt opp av fysikeren George Reid. Han p?viste at intensiteten av solstr?lingen var relatert til solflekkantallet, som i sin tur viste samvariasjon med global midlere overflatetemperatur i havet. Reid kom til at solintensiteten skulle avta frem mot ?rhundreskiftet, noe som skulle bidra til lavere global temperatur.

I 1991 viste forskerne Eigil Friis-Christensen og Knud Lassen ved Danmarks Meteorologiske Institut at det var bedre samvariasjon mellom midlere temperatur over land p? nordlige halvkule og lengden av solflekksyklusen enn med solflekkantallet (se figur 1). Arbeidet vakte oppmerksomhet, men sv?rt mange klimaforskere var skeptiske. Den viktigste innvendingen var, som Brekke og Engvold ogs? nevner, at det bare var p?vist en samvariasjon uten at det forel? noen forklaring p? hvordan lengden av en solflekksyklus kan p?virke klimaet. Det som ble p?vist, var bare at lengden p? solflekksyklusen samvarierte med temperaturene over land p? den nordlige halvkule. Temperaturm?linger over hav og den sydlige halvkule var holdt utenfor analysen.

Figur 1. Variasjon i solflekksyklusens lengde (*) og i middeltemperatur over land p? nordlige halvkule (+) (fra Friis-Christensen og Lassen, 1991). Det er ikke helt enkelt ? bestemme eksakt lengde av en solflekksyklus. Det er benyttet en spesiell utglattingsteknikk for ? komme frem til kurven i figuren.

I figur 1 er det benyttet middelverdier for temperaturen over glidende elleve-?rsperioder, og de siste ?rs data er ikke med. For ? f? med utviklingen i senere ?r, har vi beregnet fem-?rs glidende middel med temperaturdata b?de for nordlige halvkule (b?de over land og hav) og for hele kloden fra 1853 til 1997. I figur 2 er avviket fra middeltemperaturen sammenliknet med lengden av solflekksyklusene. (For solflekkene har vi benyttet en kurve fra Lassen som er beregnet med en litt annen utglatting enn benyttet i figur 1.) Samvariasjonen er da ikke s? god. Det er for eksempel sl?ende at solflekksyklusen er aller kortest i begynnelsen av 1930-?rene, mens middeltemperaturen er klart h?yest i de siste ti ?r. Dette illustrerer at den samvariasjon som er funnet av Friis-Christensen og Lassen, er avhengig av hvordan dataene behandles. Forskjellen i samvariasjonen i de to figurene henger f?rst og fremst sammen med at kurvene g?r lenger frem i tid i figur 2 og at det er benyttet ulik teknikk for ? beregne lengden av solflekksyklusene. At vi har benyttet en annen utglatting av temperaturdataene og inkludert temperaturdata over hav og sydlige halvkule i figur 2, betyr ikke s? mye. Vi mener en kan stille sp?rsm?l om det er gode grunner til bare ? ta med landtemperaturer p? nordlige halvkule og ingen data fra sydlige halvkule som i figur 1.

Figur 2. Avvik i middeltemperatur p? nordlige halvkule (bl? kurve) og globalt (r?d kurve) og lengden av solflekksyklusen (sort kurve, fra Lassen).

Hvordan p?virker sola klimaet?

M?linger og beregninger viser at variasjoner i total str?lingsintensitet fra sola bare kan forklare en liten del av de observerte endringer i global temperatur i de senere ?r (se for eksempel Science, 26.9.97). Dette er ogs? konklusjonen til FNs klimapanel. Sp?rsm?let blir da om sola kan p?virke klimaet ved mer kompliserte, indirekte mekanismer. Flere mulige mekanismer har v?rt foresl?tt, blant annet knyttet til UV-str?lingen som varierer mer enn den totale str?lingsintensiteten (se for eksempel New Scientist, 11.7.98). Som p?pekt av Brekke og Engvold, har hypotesen fremsatt av Henrik Svensmark og Eigil Friis-Christensen f?tt spesielt stor oppmerksomhet. De hevder at endringer i skydekning kan v?re "the missing link" mellom variasjoner p? sola og i jordas klima. Ved h?y solflekkaktivitet mottar jorda mindre kosmisk str?ling enn ved lav solflekkaktivitet fordi solvinden avb?yer den kosmiske str?lingen. Videre viste Svensmark og Friis-Christensen at total skydekning er st?rst n?r jorda mottar mest kosmisk str?ling. F?lgelig er skydekningen st?rst ved solflekkminimum. Fra 1987 (n?r solflekkminimum) til 1990 (n?r solflekkmaksimum) var det en reduksjon i globalt skydekke p? ca. 3 % (se figur 3 som ogs? var med i Brekkes og Engvolds artikkel).

Figur 3. Variasjoner i kosmisk str?ling (heltrukken linje) og skydekke (symboler); fra Svensmark og Friis-Christensen.

Virkningen av en endring i skydekket p? jordas temperatur avhenger av hvor endringen finner sted. Generelt vil en reduksjon i h?ytliggende skyer f?re til lavere temperatur p? jordoverflaten, mens en reduksjon i lavere skylag vil gi h?yere temperatur. Svensmark og Friis-Christensen antar at avtakende skydekke vil f?re til en oppvarming og oppgir at den nevnte 3 % reduksjon i skylaget gir et str?lingsp?driv (dvs. endring i str?lingsbalansen) p? 1-1,5 W/m2. Str?lingsp?drivet fra drivhusgassene CO2, CH4, N2O og halokarboner er ca. 2,5 W/ m2. (En sammenlikning av verdiene er ikke helt relevant da det ene er en syklisk effekt, det andre en akkumulert effekt. Dette kommer vi tilbake til senere.) Svensmark og Friis-Christensen har bare inkludert endring i utbredelsen av skydekket i sine analyser. Det er ikke tatt hensyn til endringer i skyenes egenskaper, noe som ogs? er sv?rt viktig for klimaeffektene av skyendringer.

Zhiming Kuang ved California Institute of Technology har studert endringer i skyenes optiske egenskaper. Resultatene kan tyde p? at slike endringer kan oppheve effekten av forandringer i skyenes utbredelse. Hvis dette viser seg ? v?re tilfellet, ser det ikke ut til at den foresl?tte mekanismen utgj?r noe ?missing link? mellom solflekker og klima.

Etter v?r oppfatning illustrerer figur 3 flere problemer med den foresl?tte mekanismen. Selv om skydekningen viser klar variasjon innen en solsyklus, er det ingen tydelig langtidstrend. Det er for eksempel liten forskjell i skydekke (og i kosmisk str?ling) i de tre periodene: slutten av 70-?rene, i 86-87 og rundt 1996. Dessuten var det ?kende skymengder utover i 90-?rene, noe som skulle bidra til lavere temperatur if?lge Svensmark og Friis-Christensen, mens observasjoner viser en klar oppvarming. For perioden 1990 til 1996 ser det alts? ut til at hypotesen gir feil fortegn for temperaturendringen. En skulle ogs? vente ? se klarere spor av solflekksyklusen i data for global temperatur, selv om det er mange faktorer som gir variasjoner fra ?r til ?r. Dette er en av hovedinnvendingene mot hypotesen. Andre faktorer kan ha maskert virkningen, for eksempel El Ni?o i de siste par ?rene. Det er ogs? treghet i klimasystemet p? grunn av vekselvirkninger med havet. Men avkj?lingen som fulgte etter at store mengder partikler var sendt ut i atmosf?ren ved utbruddet av vulkanen Pinatubo (1991), viser at endringer i atmosf?ren raskt kan p?virke den globale middeltemperaturen.

Selv om hypotesen om solaktivitetens betydning er interessant, mener vi det er et stort behov for flere unders?kelser. Det er betydelig usikkerhet om mekanismene, om holdbarheten av kritiske antagelser, utvelgelse av temperaturdata, og samvariasjonene finnes bare over en begrenset periode. Det er i denne sammenheng viktig ? v?re klar over at det ikke foreligger noen etablert fysisk forklaring p? hvordan endringer i utstr?lingen fra sola kan p?virke skyene p? en m?te som videre p?virker jordas klima, noe ogs? Svensmark og Friis-Christensen bemerker. Brekke og Engvold skriver at m?linger tyder p? at endringer i utstr?lingen fra sola virker som en ?av-p??-bryter for jordas skylag, og de antar at kosmiske partikler gir opphav til sekund?re partikler som videre stimulerer skydannelse.

Ved CERN (Det europeiske laboratorium for partikkelfysikk i Sveits) unders?ker en mulighetene for ? utf?re eksperimenter som kan bidra til ? vurdere holdbarheten av hypotesen. Det er imidlertid et ?pent sp?rsm?l om en vil v?re i stand til ? gjenskape forhold som er tilstrekkelig like dem som finnes i atmosf?ren.

Dagens klimamodeller

Dersom endringer i solaktiviteten er den dominerende ?rsak til den temperaturstigningen som er observert de siste hundre ?r, m? det v?re helt vesentlige feil i dagens klimamodeller. Selvsagt er det mange usikkerheter, blant annet i skyenes betydning og i diverse tilbakekoplingsmekanismer, men den fundamentale virkning av drivhusgassene p? str?lingsbalansen er vel kjent. If?lge modellene vil en dobling av CO2-konsentrasjonen gi en ?kt global middeltemperatur p? 1,5-4,5OC ved likevekt. ?kningen i global temperatur reproduseres rimelig bra av modellene. IPCC viser for ?vrig at en kan f? noe bedre overensstemmelse dersom endringen i solintensitet tas med, s? denne faktoren er p? ingen m?te glemt (IPCC, 1996, figur 8.4).

Sola, vulkaner og gasser: Alt har bidratt

Michael E. Mann ved University of Massachusetts og hans medarbeidere publiserte nylig beregnede temperaturer for nordlige halvkule for de siste seks hundre ?r. De baserte seg p? en rekke ulike typer av data (blant annet ?rringer i tr?r, iskjerner, informasjon om issmelting, direkte m?linger). De s? ikke bare p? midlere temperatur for nordlige halvkule, men ogs? p? det regionale m?nsteret. Dette synes ? v?re den grundigste analysen av langtidsendringer i temperaturen til n?. De studerte ogs?, med avanserte statistiske metoder, samvariasjonen mellom temperatur og tre faktorer som antas v?re viktige for klimaet: total solintensitet, partikler fra vulkanutbrudd og CO2.

Deres konklusjon er at alle tre faktorer har hatt betydning for middeltemperaturen de siste 400 ?r. Mens solintensiteten har hatt st?rst betydning i det meste av perioden, blir drivhusgassene den dominerende faktor utover i v?rt ?rhundre. I en kommentar til dette arbeidet hevder imidlertid Peter Thejll og Henrik Svensmark ved Danmarks Meteorologiske Institut at solintensitetens betydning blir tydeligere dersom en foretar en utglatting av temperaturdataene f?r korrelasjonen beregnes.

Temperaturvariasjoner i dette ?rhundret

En av figurene i artikkelen til Brekke og Engvold viser variasjoner i den globale overflatetemperatur for perioden 1900-1985. De sier at den sterkeste temperatur?kningen fant sted f?r ca. 1940. Uten ? referere til noen studier hevder de ogs? at det ikke er registret noen oppvarming de siste 50 ?r. Dette stemmer ikke med det som foreligger av m?linger og analyser. Som det fremg?r av v?r figur 2, er det klart at en ogs? har hatt en kraftig temperaturstigning etter ca.1975. I denne perioden er dessuten usikkerheten i trenden liten. I flere senere ?r har den globale middeltemperaturen trolig v?rt h?yere enn noen gang siden 1400-tallet. Andre indikatorer (temperatur i dype borehull, isbreutbredelse) st?tter opp under konklusjonen fra de direkte temperaturm?lingene.

IPCC angir at jordas midlere overflatetemperatur har ?kt med mellom 0,3OC og 0,6 OC siden slutten av forrige ?rhundre. Det konkluderes i forsiktige vendinger med at ?kte utslipp av klimagasser sannsynligvis er ?rsaken, eller en medvirkende ?rsak, til dette. Brekke og Engvold hevder at betydningen av naturlige klimaendringer blir undervurdert, og viser til varme perioder i tidligere tider f?r de menneskeskapte utslippene hadde startet. Det er selvf?lgelig ingen uenighet om at det har forekommet store endringer i klimaet f?r menneskenes virksomhet kan ha v?rt av betydning, men dette utelukker ikke muligheten for menneskeskapte effekter i tillegg.

Brekke og Engvold trekker frem usikkerheter i IPCCs estimat for global oppvarming, spesielt den s?kalte urbaniseringseffekten, dvs. at noen m?lestasjoner kan vise en oppvarming p? grunn av ?kende befolkningstetthet rundt stasjonen. Dette er imidlertid et problem som IPCC har v?rt meget opptatt av, og man mener ? ha korrigert for effekten. Vi undrer oss over p?standen ?I omr?der med lav befolkningstetthet finner en lite eller ingen ?kning i temperaturen?. At det finnes slike stasjoner, finner vi meget sannsynlig, men hva er belegget for en slik generell p?stand? Det er ogs? noe uklart for oss hva Brekke og Engvold egentlig mener. Mener de at det ikke har v?rt en ?kning i jordas temperatur? Eller mener de at det har v?rt en oppvarming som kan forklares ved endringer p? sola?

Satellittm?linger, som gir temperaturen i nedre del av troposf?ren, har vist et noe annet m?nster enn bakkem?lingene. Satellittm?lingene strekker seg dessverre bare over perioden fra ca. 1979. Instrumentene var opprinnelig ikke beregnet p? denne type m?linger, og det har v?rt en del diskusjon om p?liteligheten i trenden. Flere ganger er det blitt p?pekt at temperaturm?lingene fra satellitt m? korrigeres p? grunn av ulike problemer, blant annet knyttet til kalibrering av serier fra ulike satellitter og p? grunn av avtakende h?yde p? satellittene. If?lge Science 14.8.98 og 25.9.98 har forskjellen p? satellitt- og bakkem?linger blitt mindre. Det synes klart at usikkerheten i temperaturm?lingene fra satellitter er st?rre enn tidligere antatt. Det er nok sikrest ? vente til debatten om n?yaktigheten er mer avklart og m?leserien lengre, f?r det trekkes konklusjoner.

Akkumulert effekt

Brekke og Engvold nevner at variasjonen i solas utstr?ling over en aktivitetsperiode (solflekksyklus) er ca 0,24 W/m2. Dette er, sier de, meget n?r det samme str?lingsp?driv som IPCC har beregnet (0,25 W/m2) for ? forklare den antatte globale temperatur?kning i samme periode. Men her er det viktig ? v?re klar over at man ikke kan relatere temperaturendringer over en s? kort periode til ?kningen i klimagasser og str?lingsp?drivet over samme periode. I tillegg til at det er naturlige svingninger slik at en m? se p? langtidsendringer, kommer det forhold at temperaturen ogs? p?virkes av hva str?lingsp?drivet var f?r den aktuelle perioden p? grunn av klimasystemets treghet. Det er den akkumulerte effekten av en jevn ?kning i klimagasser i atmosf?ren over lengre tid som betyr noe. Siden f?rindustriell tid er det snakk om ca 2,5 W/m2, dvs. ti ganger s? mye som nevnt ovenfor (uten det negative bidraget fra partikler i atmosf?ren). Den sykliske endringen i solaktiviteten har mindre interesse i et langtidsperspektiv.

Supplerende forklaringer

Bedre kunnskap om betydningen av solaktiviteten er viktig. Slik kunnskap vil gi bedre prognoser over forventet klima under ulike antakelser om utslipp av drivhusgasser. Det er mulig at bidraget fra endringer i solaktiviteten er noe st?rre enn IPCC antyder. Det er imidlertid ikke vitenskapelig grunnlag for ? tolke solflekkteorien dit hen at drivhusgassenes bidrag til global oppvarming er ubetydelig. Det er overraskende f? som har sett at drivhus- og solflekkteoriene supplerer hverandre. Det er store naturlige svingninger i klimasystemet, og mye av dette er vanskelig ? forklare. Kanskje kan forskningen omkring solflekkenes betydning gi oss forklaringen p? noen av disse klimasvingningene. Det er viktig at vi f?r en saklig debatt om disse sp?rsm?l. Dessverre har klimadebatten ofte v?rt preget av sort/hvitt-tenkning der ulike forklaringer blir oppfattet som konkurrerende og ikke utfyllende.