Nye trender og gamle sykluser i himmel og på jord

Et gammelt ordtak innen fysikken sier at ”En manns støy er en annen manns signal”. Tilsvarende heter det visstnok innen økonomi-faget at ”En manns trend er en annen manns syklus”. 

I spørsmålet om global oppvarming er signalet fra oss mennesker vevd inn i naturens egne trender, svingninger og støy. Mange publikasjoner utgitt de senere årene kaster lys over dette. I flere av disse artiklene inngår nordiske forskere og målinger gjort i Nord-Europa. 

Her er sommerferiens forsøk på å ”skrive av meg” noen av disse artiklene før jeg går løs på høstens nyheter.

 

Banebevegelsen og temperaturen i Lappland

La oss starte med den lengste syklusen – den som har brakt oss inn og ut av istidene. Jordas bane og helning har de senere årtusener gitt redusert solinnstråling om sommeren her nord. Og i artikkelen ”Orbital forcing of tree-ring data” (Nature Climate Change, 2012) har forfatterne Esper et al. vist nettopp dette ved high-tech målinger av treringer fra furutrær bevart i innsjøer i Lappland.

Man ser en sakte reduksjon i temperaturen her nord siden Romerrikets tidlige dager. I denne kurven ser man også varmeperioden i romertiden, kuldeperioden inn i folkevandringstiden og varmeperioden da vikingene bosatte Grønland.

 

En langsom nedkjøling her i nord, med vekslende varme og kalde perioder som vi kjenner fra verdenshistorien. Utrolig hva man kan måle med gamle furutrær fra Lappland. (Foto: (Esper et al. , Nature Climate Change 2012))
En langsom nedkjøling her i nord, med vekslende varme og kalde perioder som vi kjenner fra verdenshistorien. Utrolig hva man kan måle med gamle furutrær fra Lappland. (Foto: (Esper et al. , Nature Climate Change 2012))

 

Sola, sedimentene og temperaturen i Nord-Europa

Så over til Sejrup et al. sin artikkel ”Response of Norwegian Sea temperature to solar forcing since 1000 A.D. ” (JGR, Vol 115, 2010). Her har forskerne (fra bl a UiB) benyttet det faktum at Storegga-raset (som skjedde for ca 8000 år siden) fungerer som en terskel som vannet fra Golfstrømmen må passerere over. Dermed avsettes det sedimenter der, som man kan hente opp og gjøre kjemisk  analyse av. Slik kan man finne ut hvor varmt eller kaldt havvannet var bakover i tid. Tidsoppløsningen i dataene er meget god – ca 10 år, omtrent som lengden av en solflekksyklus. 

Forfatterne sammenlikner denne proxyen for havtemperaturen i Norskehavet med velkjente proxyer for solaktiviteten. Og svaret er tydelig: Temperaturen i vannet som strømmer over Storegga-raset i ca 50 meters dyp har variert med 1 – 2 grader i takt med solaktiviteten. Dette er overraskende store utslag i temperatur. Forfatterne finner tydelige spor av solas Dalton-minimium, Maunder minimum og Spører minimum i havtemperaturen der.

En variasjon på 1-2 grader er langt mer enn hva variasjonen i solas totale utstråling alene skulle tilsi. De konkluderer derfor at det må være en forsterkningsmekanisme som gjør at sola får så stor innvirkning her.

Målingene sammenholdes med rekonstruert temperatur i Nord-Europa og Island (som er i motfase). Tolkningen deres er at endringer i solaktiviteten gir endringer i det dominerende sirkulasjonsmønsteret i atmosfæren her (Nord-Atlantiske Oscillasjon - NAO). Vindfeltet påvirker varmetransporten nordover i Norskehavet mot Barentshavet og Polhavet.

 

Sola og isen på Rhinen

I denne sammenheng må også nevnes en rykende fersk AGU-artikkel fra Sirocko et al. som kom denne uken. Der fastsås at av de 14 gangene det har vært is på Rhinen siden 1780, har 10 ganger forekommet nær solflekkminimum.

Og ikke bare det: Ved reanalyse av temperaturdata siden 1871 får de følgende figur for temperaturen den første vinteren etter solflekkminimum : 

 

Typisk temperaturavvik for første vinteren etter solflekkminimum, midlet over mange solsykluser. (Foto: (Sirocko et al., AGU 2012))
Typisk temperaturavvik for første vinteren etter solflekkminimum, midlet over mange solsykluser. (Foto: (Sirocko et al., AGU 2012))

 

Ingen tvil om at solaktiviteten betyr noe for NAO-indeksen. Men for global temperatur er nok virkningen mindre.  

 

Månen, nederlenderne og havnivået

En enkel og interessant artikkel om månen er Baart et al. ”The Effect of the 18,6 Year Lunar Nodal Cycle on Regional Sea-Level Rise Estimates” (Journal of Coastal Research, 2012). Månens knutevandring på 18,6 år er en velkjent klassisk oscillasjon. Månebanen vipper 5 grader opp og ned fra ekliptikkplanet, og den genererer derfor en ekstra tidevannskomponent med midlere amplitude på 2,2 cm rundt om på verdenshavene. Effekten har vært målt av nøyaktige tidevannsmålere rundt om langs verdens kyster i mange tiår. Man har god teori og gode kystmålinger for denne tidevannsbølgens utbredelse. 

 

Spektral-analyse av midlere vannstand ved seks tidevannsmålere i Nederland for perioden 1890-2008. Maksimum er tett ved 18,6 år (prikket linje). (Foto: (Fra Baart et al., JCR))
Spektral-analyse av midlere vannstand ved seks tidevannsmålere i Nederland for perioden 1890-2008. Maksimum er tett ved 18,6 år (prikket linje). (Foto: (Fra Baart et al., JCR))

 

Hovedbudskapet fra Baart et al. er at man må huske på månens knutevandring når man vurderer havnivåstigningen i et gitt område. Trender som er beregnet lokalt eller regionalt ut fra bare et fåtall år, risikerer å under- eller overestimere havnivåstigningen, alt avhengig av når på fasen i knutevandringen man gjør målingene. Forfatterne er fra Nederland, der man er svært opptatt av om det blir en akselererende havnivåstigning.

Satellittmåling av globalt havnivå startet for ca 20 år siden.  Forfatterne påpeker at selv om man nå har en full knutevandring med slike altimetermålinger, så har man ikke dekket de arktiske havområdene. En nærmere analyse av teoretiske og målte amplituder og faser, viser imidlertid at denne feilen vil være svært liten. De konkluderer derfor at:

”The nodal cycle can thus be safely ignored for global mean sea-level estimates based on satellite”.

Fint, da vet vi det. 

 

Månens fraktaler

Så over til Harald Yndestads store artikkel ”The influence of the lunar nodal cycle on Arctic climate” fra 2006 (ICES Journal of Marine Science).

Yndestads artikkel er meget velstrukturert: Han regner ut wavelet-spekteret for følgende sett av observasjoner:

  • Polaksens vandring (1846 – 2002)
  • Sjøisen i Grønlandshavet og Barentshavet (1864 - 1998)
  • Havoverflatetemperaturen (SST) i Kola-snittet i Barentshavet (1900 – 2001)
  • Tidevannet målt ved Hammerfest (1957 – 2002)
  • Luft-temperaturen på Røst om vinteren (1880 – 1997)
  • NAO-indeksens vinter-verdi (1822 – 2001)

Dette er svært verdifulle måledata fra generasjoner av geofysikere.

Artikkelen skjemmes noe av at refereene har gjort en slurvete jobb (bl. a. skrives det konsekvent ”arc degrees” der det menes ”arc seconds”). Men jeg har ikke noe å utsette på beregningene.

Yndestad finner klare spor av 18,6 års perioden, og diverse overtoner og sub-harmoniske av denne, i de mange dataseriene. For isen i Barentshavet er f eks de dominante syklusene 6 år, 18 år og 74 år.

At tidevannsbølgen på drøyt 18 år dukker opp i mange måleserier, er rett og rimelig. Den utgjør ca 5 % av vanlig tidevann, og vil derfor vekselvis medføre noe økt eller redusert vertikal omrøring i havet, i tillegg til den rene havnivåvariasjonen.

At en sub-harmonisk ”tone” på 74 år dukker opp så sterkt, forklarer Yndestad med en ”vinglass-teori” for Polhavet: De forskjellige vannmasser (dybdelag) i Polhavet har ulike typiske omløpstider. Dypvannet i det eurasiske bassenget sies å ha en typisk  omløpstid ca 75 år, og det oppstår derfor en resonans med månens knutevandring. Over tid pumpes det da inn mye energi fra månen på denne frekvensen.

Et helt perfekt urverk er dette likevel ikke. Yndestad viser at de kortere periodene av og til får ”faseslipp” og må justere seg inn i forhold til 74-års svingningen med et 180 grader faseskift. Dette begrenser evnen til langtidsprediksjon, i hvert fall inntil man har full forståelse for når/hvordan faseskiftene skjer. Samtidig forklarer dette hvorfor vanlig Fourier-analyse ikke detekterer svingningene like godt som wavelets.

Det har allerede gått 10 år siden slutten på Yndestads datasett, slik det er gjengitt i artikkelen. En svakhet, slik jeg ser det, er at for å forklare oppvarmingen/smeltingen på slutten av sitt datasett, så må nesten alle Yndestads wavelets dra samme vei mot slutten av datasettet. Flere av dem må derfor ha vendt motsatt vei nå. Det rimer dårlig med at vi har fått en enda mer dramatisk reduksjon i sjøis i årene etterpå. Månens virkning er nok der, men det er nok en ny sheriff i byen nå, som heter CO2. 

Dessuten er jeg skeptisk til at man legger så stor vekt på en svingning på hele 74 år fra et støyfylt datasett som bare er ca 150 år langt.

 

Oj, hvor skal dette ende? Kurven for (minst 30%) isdekke i Arktis knuser alle tidligere rekorder nå. (Foto: (DMI basert på EUMETSAT osisaf.met.no))
Oj, hvor skal dette ende? Kurven for (minst 30%) isdekke i Arktis knuser alle tidligere rekorder nå. (Foto: (DMI basert på EUMETSAT osisaf.met.no))

 

Det ville vært svært interessant med en oppdatert wavelet-analyse av Yndestads datasett, og av et datasett hvor det var fratrukket et teoretisk bidrag fra antropogen oppvarming. 

Et viktig budskap fra Yndestad er at med stadig minkende sjøis-dekke i Arktis (pga CO2) vil man trolig få økt amplitude i NAO-indeksen, altså mer ekstreme vær/klima-svingninger her i Nord-Europa.

Variasjoner i solaktiviteten inngår ikke i Yndestads beregninger. Det er også verd å merke seg at mens han finner spor av en 74 år syklus her i nord, så synes AMO-svingningen og den multidekadiske svingningen i global temperatur som ble rapportert av Wu et al. (2011) å ha periode nærmere 60 eller 65 år. Som ikke er noen opplagt resonans med månens knutevandring.

 

Berkeley Earth nr 5

Så har vi den nyeste artikkelen fra Berkeley Earth, nemlig Rohde, Muller et al: ”A New Estimate of the Average Earth Surface Land Temperature Spanning 1753 to 2011”. Denne gjengen har gravd fram globale temperaturmålinger (NB: kun på landjorda!) helt tilbake til årene før den amerikanske uavhengighetserklæringen og den franske revolusjon.  Dog må det sies at man ikke har all verdens målepunkter - man har henholdsvis 10, 25 og 46 målepunkter i årene 1755, 1775 og 1800.

Berkeley-gjengen kommer med følgende enkle budskap: Utviklingen i global temperatur de siste 250 år lar seg godt beskrive som en sum av logaritmen til CO2-nivået og svovelmengden fra noen kraftige vulkanutbrudd, sammen med ENSO og en multidekadisk variasjon som likner svært på Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO).

Kurvetilpasningen blir ikke noe vesentlig bedre om man tar med variasjonene i solas utstråling – og de konkluderer derfor med at sola ikke kan ha bidratt med mer enn 0,08 grader til den globale oppvarmingen på land etter 1750.

Sett fra Berkeley, så er ikke den multidekadiske oscillasjonen veldig regulær, for ser man bakover fra 1940 så blir bildet mer komplisert. Viktigste budskap fra artikkelen er imidlertid at den naturlige variasjonen (utover CO2 og vulkaner) på noen tiårs skala ikke synes å være noe mer enn +/- 0,17 grader. 

Berkeley-gjengen trekker ifra trenden og kjører så korrelasjon mellom den multidekadiske svingningen og AMO-indeksen. De får en bred topp, som indikerer at langvarige endringer i AMO (havtemperaturen) henger noe etter land-temperaturen. Det tyder på at land og hav begge responderer på samme underliggende prosess. Det er i så fall ikke AMO som ”driver” temperaturen på landjorden.

I en tidligere artikkel har Berkeley Earth vist at man ser en ganske tydelig spektraltopp på 9 år i land-temperaturen, AMO og PDO. Denne tolkes som en effekt av tidevannet fra månens knutevandring. Den er tydelig, men ikke dominerende, iflg den fjerde artikkelen fra Berkeley Earth.

 

Wu et al. 2011

La oss også repetere noen utsagn fra Wu et al. ”On the time-varying trend in global-mean surface temperature” (Climate Dynamics, 2011), som jeg har omtalt tidligere her på bloggen. De fant en multidekadisk svingning på ca 65 år, overlagret på en stigende sekulær trend i global temperatur.

Den sekulære trenden fant de spor av overalt på kloden. De konkluderte derfor at den i hovedsak skyldes økningen i klimagasser.

Den multi-dekadiske svingningen synes å være konsentrert til den nordlige halvkule, og særlig over Nord-Atlanteren.

Wu et al. konkluderte med at maksimalt 1/3 av oppvarmingen i det 20. århundre kan tilskrives naturlige variasjoner.  I likhet med den nyeste artikkelen fra Berkeley Earth, sier altså Wu et al. at menneskene nå sitter i førersetet for klimaet.

 

Diskusjon

Lar disse forskjellige artiklene seg forene i et helhetlig syn? Kanskje. Mens Sejrup et al. bare drøfter sola, så skriver Yndestad (og Baart et al.) kun om månen. Det er således mulig at de tolker noe mer inn i sine data enn hva det er grunnlag for. Men begge himmellegemene er bidragsytere til klimaet, og da særlig her i Nord-Europa.

Så både sola og månen er bidragsytere til den globale temperaturens multidekadiske variasjon, som neppe er rent syklisk. Til det er verden altfor komplisert, for månens bane og solflekksyklusen er ikke synkronisert. Og da har jeg ikke engang nevnt ENSO og industrielle svovelutslipp … 

Avslutningsvis, vil det bli noen kalde vintre i Oslo, London, Hamburg og Amsterdam rundt 2020? Ja, det er det all grunn til å tro. Men Rhinen kommer vel neppe til å fryse …?

 

Og ellers: 

Oj, der kom tallene fra NOAA for havets varmeinnhold i andre kvartal i år:

 

Ikke rekordvarmt i havets øvre 700 meter i andre kvartal. Men det ser vel ut til å være konsistent med en svakt stigende kurve? Enheten er 10**22 Joule. (Foto: (NOAA))
Ikke rekordvarmt i havets øvre 700 meter i andre kvartal. Men det ser vel ut til å være konsistent med en svakt stigende kurve? Enheten er 10**22 Joule. (Foto: (NOAA))

 

Vi tar med figuren for 0 - 2000 meter også:

 

Endringer i varmemengden for havets øvre 2000 meter, målt in-situ. (Foto: (NOAA))
Endringer i varmemengden for havets øvre 2000 meter, målt in-situ. (Foto: (NOAA))

 

Det var liv og røre i Barentshavet 23. august. Novaja Zemlja til høyre i bildet: 

 

Østre Barentshav sett i redusert oppløsning fra satellitten Terra 23. august. (Foto: (NASA Terra MODIS))
Østre Barentshav sett i redusert oppløsning fra satellitten Terra 23. august. (Foto: (NASA Terra MODIS))

 

På Mars har nå Curiosity begynt å kjøre litt. Og de som ønsker å se hva man egentlig målte med Curiositys ChemCam etter at de prøveskjøt med laser mot en stein for noen dager siden, kan se på bildet som jeg har linket til her:

http://mars.jpl.nasa.gov/msl/images/PIA16089_Wiens4-br2.jpg

Mange interessante detaljer der om hvor avansert analyseutstyr de har tatt med seg til Mars. 

 

RBSP

Vi krysser fingre for NASAs oppskytning av Radiation Belt Storm Probes i dag. De har litt trøbbel med været i det jeg sender denne bloggen til publisering.