Miten pilvet vaikuttavat Maapallon ilmastoon?

Seuraa 
Viestejä2622
Liittynyt16.3.2005

Pilvet ovat yksi suurimmista epävarmuustekijä ilmastomalleissa. Olen jo pidempään ajatellut, että niitä varten pitäisi avata oma ketju. Sellainen, jossa käsitellään pilvien käyttäytymisestä tehtyjä tutkimuksia ja hypoteeseja. Siis suoria viittauksia tieteellisiin artikkelihin ja keskustelua niistä, eikä viittauksia Wikipediaan tai IPCC:n raporttiin.

Tällainen ketju kaipaa aktiivista vetäjää. Siksi tuc ja MAK saavat kunnian aloittaa.

Sivut

Kommentit (118)

H
Seuraa 
Viestejä2622
Liittynyt16.3.2005
MAK
tuc

Tuossa parikymmentä tutkimusta jotka osoittavat takaisinkytkennän positiiviseksi: http://agwobserver.wordpress.com/2009/1 ... ervations/

Okein, selasin läpi pari. Katson muita myöhemmin. Ensimmäinen on:

The Radiative Signature of Upper Tropospheric Moistening – Soden et al. (2005)

Katsotaan miten Soden on lähestynyt pilviongelmaa:

Because clouds strongly attenuate the infrared radiation, we restrict our analysis to clear-sky radiances in which the upwelling radiation in channel 12 is not affected by clouds (29).

Se siitä. Sodenin mielestä pilvet ikävästi häiritsevät kivoja tuloksia, joten unohdetaan ne ensin tarkastelusta.

Entä sitten:

Observed and Simulated Upper-Tropospheric Water Vapor Feedback – Gettelman & Fu (2008)

This model output is then filtered for locations where the average daily or monthly cloud fraction is less than 0.7, the threshold for successful AIRS retrievals. We compare the effect of averaging and sorting the model output on the results below.

Käsittämätöntä. Kolme vuotta tuoreempi paperi ja edelleen pilvet suodatetaan pois. Se on varmasti tarpeen, jotta saataisiiin järkeviä tuloksia, mutta feedbackin määrittelyn kannalta tämä ei asiaa auta mitenkään.

Uskon aivan täysin, että suodattamalla pilvet pois saadaan tulos: lämpötilaa lisätään --> enemmän kosteutta ja päättely toimii kunnes kosteus tuottaa pilviä.

Pilvet taas vähentävät maahan (mereen) asti pääsevää auringon säteilyä. Yksikään noista takaisinkytkentäpapereista ei pohdi pilvisyyden vaikutusta merien pidempiaikaiseen lämpökertymään. Merien pintalämpötila määrittelee pitkälti maapallon lämpötilan - onhan maapallon pinta-alasta noin 71% merta.

Takaisinkytkennän etumerkkiä ei siis voi mitenkään käsitellä ilman pilvien huomiointia.

H
Seuraa 
Viestejä2622
Liittynyt16.3.2005
gml
MAK

Observed and Simulated Upper-Tropospheric Water Vapor Feedback – Gettelman & Fu (2008)

This model output is then filtered for locations where the average daily or monthly cloud fraction is less than 0.7, the threshold for successful AIRS retrievals. We compare the effect of averaging and sorting the model output on the results below.

Käsittämätöntä. Kolme vuotta tuoreempi paperi ja edelleen pilvet suodatetaan pois. Se on varmasti tarpeen, jotta saataisiiin järkeviä tuloksia, mutta feedbackin määrittelyn kannalta tämä ei asiaa auta mitenkään.

Ottamatta kantaa siihen, löytyykö tuosta paperista mitään vastauksia niihin kysymyksiin, niin siinähän selkeästi lukee, että "AIRS":lla ei voi mitata lämpötilaa tai kosteutta jos pilvipeite on yli 70%, joten tämä on syy siihen filtteröintiin. Käsittämätöntä on vain se, miten tuosta pystyt vetämään sen johtopäätöksen, että "pilvet suodatetaan pois" koska onhan siinä mukana vähintään pilvet siihen 70%:iin asti.


Since
AIRS is a nadir IR sounder, AIRS cannot retrieve profiles
of temperature and humidity in the presence of
more than 70% cloud cover. So we will sort the model
output by a similar criterion, and use tropical averages
from the simulations that include only those points with
cloud cover (total cloud in a column) of less than 70%.
We will perform this sorting on daily data and monthly
averages to explore differences.
H
Seuraa 
Viestejä2622
Liittynyt16.3.2005
mbj
tuc

Tuossa parikymmentä tutkimusta jotka osoittavat takaisinkytkennän positiiviseksi: http://agwobserver.wordpress.com/2009/1 ... ervations/



Ja tuolla heti ensimmäinen paperi (Observational and Model Evidence for Positive Low-Level Cloud Feedback – Clement et al. (2009)) indikoi että suurin osa ilmastomalleista mallintaa pilvien takaisinkytkennän väärin:

http://agwobserver.wordpress.com/2009/10/26/papers-on-cloud-feedback-obs...

Vierailija

Ikävä sanoa, mutta ilmastotutkijat tuskin ovat nähneet päivänvaloa. Jos kesäpäivänä on liian kuuma, kukaan ei kai pelkää lähestyvän pilven aiheuttavan lisää kuumenemista.

Vierailija

Valitettavasti ei ole aikaa pidempään viestiin, mutta lyhyesti:

1) Planckin laista on helposti laskettavissa että n. 40% Auringon säteilyenergiasta tulee maahan näkyvän valon aallonpituudella

2) Pilvien (cumulus) albedo vaihtelee n. 40%-80% välillä

3) Olettaen että pilvisyys vaihtelee n. prosenttiyksikön, muutos Auringon säteilypakotteeseen (wtf mikä suure...) on samaa suuruusluokkaa kuin nykyisen CO2-pitoisuuden aiheuttama säteilypakote

Joku voi sitten kertoa voiko näitä säteilypakotteita vertailla näin suoraan keskenään.

Vierailija

Perustoletus lienee, että jos tarkastellaan globaalia keskilämpötilaa, pilvisyys laskee sitä. Jos pienet leveysasteet saavat pilvisyyden lisääntymisen takia vähemmän "paistetta", lämpöä siirtyy vähemmän kohti polaarialueita ja ne alkavat jäähtyä. Kuitenkin polaarialueilla pilvisyys nostaa lämpötiloja, mutta voiko pilvisyys polaarialueilla lisääntyä jos sinne virtaa tropiikista vähemmän lämpöä?

BTW: Roy Spencer näyttää myöskin pohtivan viileään tyyliinsä pilvisyyden palautevaikutusta otsikolla "kumpi oli ensin, muna vai kana, kohonneet lämpötilat vai vähentynyt pilvisyys"

http://www.drroyspencer.com/2009/12/clo ... u-meeting/

TimoT
Seuraa 
Viestejä1933
Liittynyt15.10.2007

Tässä voisi mainita James Lovelockin ym. 80-luvulla esittämän jännittävän CLAW-hypoteesin. Sen mukaan tietyt levät reagoivat UV-säteilyn voimistumiseen tuottamalla DMS-yhdistettä, joka puolestaan lisää pilvisyyttä eli kyse siis negatiivisesta takaisinkytkennästä. Hypoteesi on sittemmin saanut vahvistusta.

Ilmiön perusidea on siis tässä:

DMS produced by phytoplankton diffuses into the atmosphere where it is transformed by natural chemical reactions into small sulfuric acid particles, which provide nucleation sites for the formation of cloud droplets. The resulting clouds influence global temperatures by reflecting sunlight back into space, thereby lowering solar heating of the earth’s surface. Consequently, factors that regulate DMS production by marine plankton influence global temperatures and climate



Kyse on siis biologispohjaisesta ilmastonsäätelystä, jota yritetään nyt hahmottaa:

scientists have proposed a new conceptual model for biological regulation of global climate. They note that increased global warming increases the thermal stratification of ocean water, which in turn leads to nutrient limitation and increased exposure to solar UV for phytoplankton residing in the surface layer of the ocean. The resultant increase in DMS release to the atmosphere promotes the formation of more reflective clouds, which decrease solar heating of the ocean’s surface. These findings indicate the existence of a negative feedback loop in the global climate system which has important implications to any future warming of global climate



Hypoteesin kehittäjä oli itse vuonna 2007 epäileväinen ilmiön merkityksestä ilmastonlämpenemisen jarruttajana, mutta arvelee että tiedämme vielä hyvin vähän näistä eri vuorovaikutussuhteista.
http://www.publish.csiro.au/?act=view_f ... N07072.pdf

NOAA:n tutkimusprojekti aiheesta (josta yllä olevat lainaukset) tuottanee tuloksia ensi vuonna.
http://www8.nos.noaa.gov/nccos/npe/proj ... 27&fy=2010

Vierailija

Pilvien vaikutus on suurin ilmastotekijä. Niiden muodostuminen vaatii 1/3 osan auringon energiasta. Sademäärä oli kai 503 000 km3. On helppo laskea sen haihduttamiseen tarvittava energia. Tämä lämpömäärä otetaan maan pinnalta ja siirretään 600-20000 mertin korkeuteen jossa lämpö vapautuu ja vielä tulee vähän lisälämpöä veden jäätyessä. Tämä energia säteilee vapaasti vesipisaroista tai jäästä avaruuteen, koska yläpuolella ei ole enää vettä säteilyä absorboimassa. Kiinteät aineethan säteilevät noin 1000 kertaa voimakkaammin kuin kaassut. Kaasujen merkitys ilmaston lämpötilaan on lähes yksinomaa siinä, että ne kuljettavat lämpöä virtausten mukana.

MAK
Seuraa 
Viestejä2299
Liittynyt6.9.2008

Lisää analyysiä noista "positiivisen feedbackin" todistavista papereista:

Trends and variability in column-integrated atmospheric water vapor – Trenberth et al. (2005)

Trenberd tekee hämmästyttävän (!) havainnon: El Nino lisää ilmakehän kosteutta tropiikissa:

It is evident that the analysis of precipitable water variability is dominated by the evolution of ENSO and especially the structures that occurred during and following the 1997–1998 El Nino event. More generally, the links of precipitable water variations with ENSO serve to highlight the strong relationships over the oceans of precipitable water with SSTs and changes in tropical precipitation, as the ITCZ, SPCZ, and monsoon troughs vary.

Mielestäni tämä johtopäätös olisi kuulunut jo muutenkin yleissivistykseen.

Itse palautteista Trenberth toteaa seuraavaa:

Of course as water vapor condenses into clouds, other radiative effects become important and clouds are the greatest source of uncertainty in climate models.

Vastausta palautteen etumerkkiin ja pilvien rooliin siinä emme siis saa.

Enhanced positive water vapor feedback associated with tropical deepconvection: New evidence from Aura MLS
Hui Su,William G. Read,Jonathan H. Jiang,2oe W. Waters, Dong L. Wu and Eric J. Fetzer

Tämä paperi tekee yhtä lailla hämmästyttävän löydön, että pilvien sisältämä kosteus ja jään määrä kasvaa merien SST:n kasvaessa. En olisi osannut arvata etukäteen.

The key elements in this feedback are (1) the rapid increase of cloud ice with SST for Ts > 300 K (Figure 3) and (2) the increase of UTH with cloud ice (Figure 2). This ‘convective UT water vapor feedback’ is about 3 times larger than the feedback expected solely from thermodynamics. Thus it warrants great attention for accurate simulations of climate change.

Eli mallinnuksia tekemään - ehkä ei sittenkään:

On the other hand, tropical SST has been relatively stable over the past 100 million years [Crowley and North, 1991]. There must be a strong regulating mechanism to keep the tropical climate stable. It is still an open question whether cloud feedbacks or large-scale dynamics are predominant in limiting tropical SST. Nevertheless, global observations of cloud profiles and related parameters, such as those presented here from MLS on Aura, will hopefully contribute to identifying the mechanisms and helping improve climate modeling.

Viittaus vahvaan negatiiviseen palautteeseen, joka täytyy kuitenkin olla takana. Tällä nollataan tuo paperin varsinainen löydös: kirjoittajat eivät itsekään usko positiiviseen palautteeseen, sillä käytännön ilmasto on kuitenkin stabiili.

Tämä alkaa jotenkin toistaa itseään. Pilvet jätetään jokaisessa paperissa joko käsittelemättä, viitataan pilvien stabiloivaan vaikutukseen (negatiiviseen palautteeseen) tai vain muuten viitataan pilvien vaikutuksen olevan tuntematon.

Missä se näiden paperien todistus vesihöyryn positiivisesta palautteesta oikein on (pilvet huomioiden)? Ehkä Tuc auttaa ja kaivaa sen näistä irti?

CherryPick
Seuraa 
Viestejä97
Liittynyt2.10.2008
Paco
Pilvien vaikutus on suurin ilmastotekijä. Niiden muodostuminen vaatii 1/3 osan auringon energiasta. Sademäärä oli kai 503 000 km3. On helppo laskea sen haihduttamiseen tarvittava energia. Tämä lämpömäärä otetaan maan pinnalta ja siirretään 600-20000 mertin korkeuteen jossa lämpö vapautuu ja vielä tulee vähän lisälämpöä veden jäätyessä. Tämä energia säteilee vapaasti vesipisaroista tai jäästä avaruuteen, koska yläpuolella ei ole enää vettä säteilyä absorboimassa. Kiinteät aineethan säteilevät noin 1000 kertaa voimakkaammin kuin kaassut. Kaasujen merkitys ilmaston lämpötilaan on lähes yksinomaa siinä, että ne kuljettavat lämpöä virtausten mukana.



Meret säätelevät maapallon ilmastoa toimimalla jättiläismäisenä lämpöputkena ("Heat pipe"). Jos haluaisimme keksiä insinööriratkaisun "lämpenemisongelmaan" tämä tietokoneissakin käytetty systeemi olisi hyvä ehdokas - jollei se olisi jo luonnostaan olemassa. Tälläkin palstalla on laskettu merien lämpökapasiteetteja ja höyrystymislämpöjä ja saatu tuloksia, joiden mukaan säteilypakotteet ovat merkityksettömiä.

Pilvien vaikutus ilmastoon on vaikea tieteellinen ongelma, koska se ei ratkea yksinkertaisilla teoreettisilla malleilla eikä toisaalta riittävän kattavaa ja tarkkaa mittausaineistoa ole olemassa. Tähänastinen ilmastotiede on pystynyt lähinnä rajoittuneisiin kvalitatiivisiin tarkasteluihin. Kvantitatiiviset ilmastomallit taas ovat numeeriseen matematiikkaan perustuvia kokeiluja, joiden parametrit on sovitettu puutteelliseen mittausaineistoon. Ei-lineaaristen systeemien ymmärtäminen käyttämällä karkeita keskiarvolukuja voi helposti johtaa täysin vääriin johtopäätöksiin. Ilmastomallien laskentasolun koko on kilometrejä ja tunteja ei metrejä ja sekunteja jotka kuvaisivat paremmin reaalimaailman pilviä ja niiden käyttäytymistä.

CherryPick
FT - fysiikkaa, sovellettua matematiikkaa ja tietojenkäsittelyä

Vierailija
CherryPick
Paco
Pilvien vaikutus on suurin ilmastotekijä. Niiden muodostuminen vaatii 1/3 osan auringon energiasta. Sademäärä oli kai 503 000 km3. On helppo laskea sen haihduttamiseen tarvittava energia. Tämä lämpömäärä otetaan maan pinnalta ja siirretään 600-20000 mertin korkeuteen jossa lämpö vapautuu ja vielä tulee vähän lisälämpöä veden jäätyessä. Tämä energia säteilee vapaasti vesipisaroista tai jäästä avaruuteen, koska yläpuolella ei ole enää vettä säteilyä absorboimassa. Kiinteät aineethan säteilevät noin 1000 kertaa voimakkaammin kuin kaassut. Kaasujen merkitys ilmaston lämpötilaan on lähes yksinomaa siinä, että ne kuljettavat lämpöä virtausten mukana.



Meret säätelevät maapallon ilmastoa toimimalla jättiläismäisenä lämpöputkena ("Heat pipe"). Jos haluaisimme keksiä insinööriratkaisun "lämpenemisongelmaan" tämä tietokoneissakin käytetty systeemi olisi hyvä ehdokas - jollei se olisi jo luonnostaan olemassa. Tälläkin palstalla on laskettu merien lämpökapasiteetteja ja höyrystymislämpöjä ja saatu tuloksia, joiden mukaan säteilypakotteet ovat merkityksettömiä.

Pilvien vaikutus ilmastoon on vaikea tieteellinen ongelma, koska se ei ratkea yksinkertaisilla teoreettisilla malleilla eikä toisaalta riittävän kattavaa ja tarkkaa mittausaineistoa ole olemassa. Tähänastinen ilmastotiede on pystynyt lähinnä rajoittuneisiin kvalitatiivisiin tarkasteluihin. Kvantitatiiviset ilmastomallit taas ovat numeeriseen matematiikkaan perustuvia kokeiluja, joiden parametrit on sovitettu puutteelliseen mittausaineistoon. Ei-lineaaristen systeemien ymmärtäminen käyttämällä karkeita keskiarvolukuja voi helposti johtaa täysin vääriin johtopäätöksiin. Ilmastomallien laskentasolun koko on kilometrejä ja tunteja ei metrejä ja sekunteja jotka kuvaisivat paremmin reaalimaailman pilviä ja niiden käyttäytymistä.


Filosofista manipulointia sanoisin edellisestä. Ilmastomalleilla ei tee mitään, koska ne ovat liian karkeita. Ovat karkeita siitä syystä, että lähtöarvoja ei tiedetä ja jos "laskentasolut" olisivat riittävän pieniä, mikään tietokone ei pystyisi niitä laskemaan hyödyllisen ajan kuluessa.
Se mitä sanoin edellä ei ole mikään ongelma vaan helposti laskettavissa taskulaskimella.

pmk
Seuraa 
Viestejä1855
Liittynyt1.1.2010
1) Planckin laista on helposti laskettavissa että n. 40% Auringon säteilyenergiasta tulee maahan näkyvän valon aallonpituudella

Toki näin on, mutta koska 6000 K mustan kappaleen (Aurinko) säteilymaksimi on 0,5 um kohdalla ja ilmakehä on vielä suhteellisen läpinäkyvä 1-2 um asti, miksi tarkastelussa rajoittua vain näkyvän valon aallonpituuksille. Kasvihuoneilmiön kannalta merkittävät lämpötilat ovat 300 K ympärillä ja siten niiden mustan kappaleen säteilymaksimi on 10 um kohdalla.

2) Pilvien (cumulus) albedo vaihtelee n. 40%-80% välillä



Kovin alhaiselta tuo alapää vaikuttaa, kun planeetan keskiarvoksi löytyy arvoja 29-39 % välillä. Luotettavan planeetan keskimääräisen albedon selvittäminen on tietysti ensiarvoisen tärkeätä tämän planeetan säteilytasapainon laskemiseksi.

3) Olettaen että pilvisyys vaihtelee n. prosenttiyksikön, muutos Auringon säteilypakotteeseen (wtf mikä suure...) on samaa suuruusluokkaa kuin nykyisen CO2-pitoisuuden aiheuttama säteilypakote



Onko jotain tiettyä perustetta olettaa pilvisyyden vaikka vuosittaista tai vuosikymmenkohtaista vaihtelua noin pieneksi ?

Huonosti heijastavien merien ja metsien päällä olevat pilvet tietysti heijastavat auringonvaloa normaalia tehokkaammin, jolloin maapallon keskimääräinen albedo nousee ja siten itse maanpintaan absorboituu pienempi teho.

Vierailija
pmk


1) Planckin laista on helposti laskettavissa että n. 40% Auringon säteilyenergiasta tulee maahan näkyvän valon aallonpituudella

Toki näin on, mutta koska 6000 K mustan kappaleen (Aurinko) säteilymaksimi on 0,5 um kohdalla ja ilmakehä on vielä suhteellisen läpinäkyvä 1-2 um asti, miksi tarkastelussa rajoittua vain näkyvän valon aallonpituuksille.



Tarkoituksena oli vain tehdä suuruusluokka-arvio ja tein aika monta implisiittistä oletusta, kuten että pilvien albedo on jokseenkin vakio näkyvän valon alueella ja tarkastelin vain yhtä merkittävimmistä spektrin alueista.

pmk

Kasvihuoneilmiön kannalta merkittävät lämpötilat ovat 300 K ympärillä ja siten niiden mustan kappaleen säteilymaksimi on 10 um kohdalla.



Totta, mutta tarkoituksena oli arvioida Auringosta maanpinnalle tulevan säteilyenergian vaihtelua albedon vaihtelun perusteella, jätin kokonaan huomiotta ilmakehän omat prosessit.

pmk


3) Olettaen että pilvisyys vaihtelee n. prosenttiyksikön, muutos Auringon säteilypakotteeseen (wtf mikä suure...) on samaa suuruusluokkaa kuin nykyisen CO2-pitoisuuden aiheuttama säteilypakote

Onko jotain tiettyä perustetta olettaa pilvisyyden vaikka vuosittaista tai vuosikymmenkohtaista vaihtelua noin pieneksi ?



Ei ole. Itse asiassa luulen että vaihtelu voi olla paljonkin suurempi ja riippua niin monesta tekijästä (esim. hurrikaanien määrä/laatu, merenpinnan lämpötila, aerosolit jne.) että mitään valistunutta arviota on mahdotonta tehdä.

Lisäksi albedon vaihtelu ei todennäköisesti ole lineaarinen keskimääräisen pilvisyyden suhteen vaan riippuu myös esim. pilvisyyden alueellisesta jakaumasta. Muuttujia on yksinkertaisesti liikaa jotta mikään yksinkertainen malli antaisi hyvää kuvaa todellisuudesta.

Pelkäänpä että pilvisyyden vaikutuksen mallntamisessa täytyy mennä aika syvälle ilmakehän pienen mittakaavan prosessien simuloimiseen.

Vierailija
pmk

Kovin alhaiselta tuo alapää vaikuttaa, kun planeetan keskiarvoksi löytyy arvoja 29-39 % välillä. Luotettavan planeetan keskimääräisen albedon selvittäminen on tietysti ensiarvoisen tärkeätä tämän planeetan säteilytasapainon laskemiseksi.

Säteilytasapainoa ei ole riittävässä määrin, jotta sillä olisi vaikutusta vähäisiin 1 asteen lämpötilan muutoksiin. Joten säteilytasapainoon perustuvat laskelmat eivät johda tarvittaviin tuloksiin sen enempää kuin albedonkaan tarkka tunteminen. Karkeita arvioita tietenkin voidaan tehdä, mutta niin tarkkoja, että niistä voitaisiin laskea ilmaston vähäisiin lämpötilavaihteluihin (+-1 aste) ennusteita, ei ole mahdollista tehdä.

Vierailija
mbj
Lisäksi albedon vaihtelu ei todennäköisesti ole lineaarinen keskimääräisen pilvisyyden suhteen vaan riippuu myös esim. pilvisyyden alueellisesta jakaumasta. Muuttujia on yksinkertaisesti liikaa jotta mikään yksinkertainen malli antaisi hyvää kuvaa todellisuudesta.

Pelkäänpä että pilvisyyden vaikutuksen mallntamisessa täytyy mennä aika syvälle ilmakehän pienen mittakaavan prosessien simuloimiseen.




Nimimerkki mbj on mielestäni oikeilla jäljillä. Alueellisesti pilvipeitteen jakaantumisessa on rajuja esim. vuorokaudenaikaan liittyviä vaihteluita.

Alueellisestihan energia tulee maapallon pintaan päiväsaikaan. Silloinkin nimenomaan aamupäivä on hallitsevassa roolissa, kun puhutaan pilvipeitteen pienemisestä ja siihen liittyvästä, maan pinnalle tulevan säteilyn kasvusta. Iltapäivällä, auringon kääntyessä laskevaan suuntaan, pilvipeite taas kasvaa.

Eikä myöskään saa unohtaa sitä, että yöaikaan pilvipeitteellä on päinvastainen merkitys kuin päiväsaikaan.

Kaikki tämäkin vielä riippuu siitä, mistä paikallisesta leveys- tai pituusasteesta on kysymys, ja vuorokaudenajan lisäksi asiaan vaikuttaa vuodenaika. Sitten pitää vielä ottaa huomioon ne perustavaa laatua olevat erot, mitä valtamerien ja mantereisten alueiden välillä näissä pilvipeitemuutoksissa on. Jne.

Kaiken tämän päälle pitää sitten vielä laittaa Auringon aktiivisuusmuutosten vaikutus vahvistumismekanismeineen.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat