Vulkaner, solsykluser og responstider

Min hovedfagsveileder på Blindern sa ofte at eksakt løsbare matematiske modeller er særdeles verdifulle. Ikke fordi de nødvendigvis gir noen presis beskrivelse av Naturen, men fordi man kan lære veldig mye av å regne ut, og drøfte, likningenes løsninger.

Det er i lys av de gamle visdomsordene at jeg i påsken har lest Kristoffer Rypdals artikkel ”Global temperature response to radiative forcing: Solar cycle versus volcanic eruptions” (Journal of Geophysical Research, publisert 30. mars).

Forenklingens kunst

La det være sagt med en gang: Rypdal, som jobber ved Universitetet i Tromsø, kan regne. Det er et ganske tungt maskineri innen stokastiske differensiallikninger som etter hvert sveives i gang i artikkelen. Men i de innledende kapitlene, og her og der underveis, er det mye både lettlest og interessant stoff å hente.

Klimasystemet vårt er særdeles komplisert. Men hvis man koker det ned til kun et spørsmål om et idealisert hav og en global (luft)temperatur, så går det altså an å regne ut eksakte løsninger for visse typer strålingspådriv. Det gjør Rypdal innledningsvis, og da introduseres man for (idealiserte) systemparametre som gjør det mulig å diskutere løsningene, og lete etter tegn i den globale temperaturserien siden 1880.

Har du egentlig noen gang tenkt på hvordan klimasystemet kan/bør/vil/må respondere dersom det utsettes for et idealisert pådriv som enten er:

  • Periodisk (a la solsyklus)
  • Lineært økende (a la CO2)
  • Step-funksjon (a la brutal geoengineering)
  • Delta-funksjon (a la vulkanutbrudd)

Rypdal viser innledningsvis løsningene for disse idealiserte, men særdeles interessante eksemplene.

Responstid

Klimasystemet er tregt, men hvor tregt? I tillegg til klimasensitiviteten, så er den viktigste parameteren hvor raskt klimasystemet responderer på en endring i strålingspådriv.

I et kort perspektiv kommer man langt ved å regne med kun en responstid, som i hovedsak beskriver hvor lang tid den øverste, godt blandete, delen av havet (typisk ned til 90 eller 100 m) trenger for å oppnå ny likevekt. 6 år har vært et hyppig nevnt tall i denne sammenheng. Held et al. (2010) hevdet at 4 år er et bedre tall. Rypdal argumenterer for at enda lengre responstid stemmer bedre med observert global temperatur, sett gjennom hans enkle modell. Kanskje 20 år?

Et problem er selvsagt den store internstøyen fra ENSO. Og i det lange løp må også dyphavet bringes inn, men der er trolig responstiden flere hundre, eller over tusen, år. Og da er den målte globale temperaturserien fra Hadley (som Rypdal bruker), NOAA eller GISS altfor kort. Men når det gjelder sola og vulkanene, så går det an å regne. Og det gjør Rypdal.

Sola

Rypdals artikkel er i noen grad et angrep mot en artikkel fra Camp & Tung (2007), som hevdet at man tydelig kunne se sterke (0,2 grader) tegn fra den 11-årige solsyklusen i de globale temperaturdataene.

Rypdal viser at pga klimasystemets treghet, så skal ikke solsyklusen kunne vise seg så tydelig i global temperatur. Maksimum 0,02 grader i løpet av en syklus. Og denne lille temperatur-toppen vil typisk komme 2-3 år etter at solar TSI har passert toppen. 

Som en liten avsporing - Rypdals resultat har konsekvenser for de som ser på temperatur-rekorder: 0,02 grader er riktignok ikke mye, men når man ser på de varmeste årene (mine tall er fra NOAA), så er de:
2005: +0,62
2010: +0,62
1998: +0,60
2003: +0,58
2002: +0,58

Solminimum var i 2008. Slik jeg tolker Rypdals likning, så var altså 2010 særdeles ”uheldig” med sin plassering i solsyklusen. Ellers ville det blitt rekord.

Her kan det passe å minne om at også i artikkelen fra danske P. Stauning, som jeg omtalte for noen blogger siden, ble det konkludert at temperaturendringen innen en solsyklus er temmelig liten, og at temperaturmax kommer 2-3 år etter solmax. Men det er kanskje det eneste Rypdal og Stauning er enige om? Stauning nevner jo nesten ikke ordet ”vulkan” i sin artikkel, mens Rypdal antyder at forskere har undervurdert varigheten av nedkjølingsbidraget fra vulkanutbrudd.

Vulkanene

Et av Rypdals hovedpoenger er altså at når man ser på Hadely-dataene i forhold til hans enkle modeller, så får man best tilpasning når responstiden settes betydelig lenger enn de 4 - 6 år som ofte brukes. Dermed blir det nedkjølende bidraget fra en håndfull store vulkanutbrudd siden Krakatau (1883) ”hengende” lenger i systemet. 

Det er verd å merke seg at pådrivet som Rypdal bruker i beregningene, er omtrent flatt i årene 2000 – 2010. Klimasystemet har i så fall hatt et tiår til å tilpasse seg dette nivået, og bør nå ha ”hentet inn” mye av den oppvarmingen som har ligget ”in the pipeline” etter mange tiår med økende pådriv (avbrutt av sporadiske vulkanutbrudd).

Og hva så?

Ikke sikkert at jeg kjøper Rypdals uvanlig lange responstid. Men jeg lærte veldig mye om responstider og ulike typer støy i klimasystemet ved å lese denne artikkelen.

Og: 2013 vil ha både Pinatubo-utbruddet og solminimum tre år lengre bak seg enn hva 2010 hadde. Så en like sterk El Ninjo i 2013 som i 2010 vil kunne løfte global temperatur til desto større høyder. Ikke at jeg ønsker det, men jeg begynner å tro stadig mer på det. 

 

Noen nye tall og bilder

Estimert sjøis-volum i Arktis i år viser seg å være særdeles likt fjorårets verdier:

 

Estimert sjøis-volum i Arktis ved utløpet av mars måned. Omtrent som i fjor. (Foto: (Polar Science Center, Univ of Washington))
Estimert sjøis-volum i Arktis ved utløpet av mars måned. Omtrent som i fjor. (Foto: (Polar Science Center, Univ of Washington))

 

Nordavind på senvinteren dyttet sjøisen i Polhavet nærmere Svalbard. Men helt tett ble det ikke på nordsiden av Spitsbergen: 

 

Satellittbilde fra nordspissen av Spitsbergen, tatt fra NASAs Terra 8. april. (Foto: (NASA MODIS))
Satellittbilde fra nordspissen av Spitsbergen, tatt fra NASAs Terra 8. april. (Foto: (NASA MODIS))

 

Den “offisielle” ONI-indeksen fra NOAA for Stillehavet er på vei oppover, her oppdatert ved utløpet av mars måned:

 

ONI-indeksen fra NOAA er på vei oppover etter mye La Nina de senere årene. Rød og blå stiplet linje angir  /- 0,5 grader, som er grensene for El Ninjo og La Nina. (Foto: (Data fra NOAA, grafikk fra Climate4you))
ONI-indeksen fra NOAA er på vei oppover etter mye La Nina de senere årene. Rød og blå stiplet linje angir /- 0,5 grader, som er grensene for El Ninjo og La Nina. (Foto: (Data fra NOAA, grafikk fra Climate4you))

 

Og global temperatur? Den er på vei oppover, som forventet, etter at La Ninaen har sluppet taket. Sanntids-dataene en drøy uke ut i april synes å indikere at vi får en av de fem varmeste april-månedene som satellittene har målt. Men vi får gjøre oss ferdig med mars-tallene først. 

 

 

9. april 2012. Her er Altafjorden sett fra rommet. (Foto: (NASA MODIS))
9. april 2012. Her er Altafjorden sett fra rommet. (Foto: (NASA MODIS))