söndag 9 december 2012

Blir klimatet varmare med mer koldioxid?

Att det blivit mer koldioxid i atmosfären de sista hundra åren och att det blivit varmare de sista hundra åren är fakta. Men framtidsscenariorna för klimatet till 2030, 2050 eller 2100 är ändå belastade med betydlig osäkerhet, större än vad de flesta har en aning om. De som tvivlar på prognoserna i högre grad än vad som framgår av rapporternas summeringar jämställs med de som tror att jorden är platt.
Jordens klimat varierar i olika tidskalor. I ett istidsperspektiv verkar variationer på 10 grader förekomma, Vi lever i en relativt kort interglacial då klimatet gått upp till ungeför dagens nivåer och sedan fallit.  Men i ett sekelperspektiv verkar inte  "slumpmässiga" variationerna varit så stora så att den stora temperaturuppgången det sista seklet blivit så stor om inte människan på ett eller annat sätt hjälpt till. Men detta bevisar ju inte att huvudorsaken är just koldioxidökningen, och även om den bidragit kanske bidraget överskattas. Därför är det inte säkert att temperaturen stiger så högt som förutspås om man inte reducerar koldioxidutsläppen och den kanske fortsätter att stiga trots att man lyckas reducera utsläppen.
 Det har funnits epoker i jordens historia som var varmare, och då det fanns mer koldioxid. Men om den globala temperaturen är högre så blir haven varmare och det minskar havens förmåga att hålla koldioxid, så det bevisar inte att mer koldioxid är orsak, det kan lika gärna vara en konsekvens.
Att mer koldioxid inverkar på det framtida klimatet är troligt utgående från koldioxidens egenskaper. Det råder koncensus om att jordens medeltemperatur skulle vara avsevärt lägre idag utan atmosfär med växthusgaser bla koldioxid, det talas om -16 grader.
En enkel modell utgår från svartkroppstrålning som jordytan och atmosfären utbyter. Koldioxid gör att atmosfären blir mer ogenomskinlig för "värmestrålning".  Men det finns bara snäva absorbtionsband så effekten beror inte linjärt med koncentrationen. Atmosfärens strålning som når jordytan ökar med koldioxid och härrör också från i genomsnitt lägre höjd och blir därmed varmare. Den svenska forskaren Svante Arrhenius gjorde redan 1896 beräkningar som indikerade att 1900 talets temperaturökning har den ökande koldioxidhalten som viktigaste förklaring. Men att det finns en gammal beräkning är ju inte bevis, och atmosfärfysiken har utvecklats.
De effekter som har relevans för klimatpåverkan av koldioxid rör sig om nivån någon eller några W/m2, vilket inte är så mycket.
FN rapporterna är inte lättlästa. Det uttrycker utsläppen som GtCO2e (Gigaton CO2 ekvivalenter). Och detta översätts till temperaturökning, inte procent av koldioxid i atmosfären. Det är oklart vilken "växelkurs" som använts, och om denna växelkurs ändrats över tiden och hur en gång utsläppt koldioxiden antages avtaga med tiden i atmosfären. Kanske står, men det är svårt att förstå. Jag får inte klart för mig hur beroendena ser ut men det framgår kanske av de tidigare rapporterna.
Tidigare klimatmodeller har inte lyckats förutsäga det förflutna på ett bra sätt, jag är osäker om hur bra de nuvarande är.  1980 var det lika många som var oroade för en snabbt annalkande istid som för global uppvärmning.
Kanske det "huvudscenario" som borde beräknas är att utsläppen nu är 50  GtCO2e.  Och går att stabilisera på ungefär denna nivå  GtCO2e.  Och sedan stannar där. Redan detta fordrar stora insatser och sänkningar i Sverige.
Den viktigaste "växthusgasen" och viktigast för klimatets utveckling de kommande åren är vatten. I atmosfären finns 3% vatten, men bara 380 ppm koldioxid. Koldioxidens viktigaste effekt är i växelverkan med vatten. Redan samspelet mellan vatten och koldioxid är mycket komplext och det finns utrymme för olika tolkningar och beroende av osäkra antaganden.
Mängden och luftfuktigheten på den vattenånga som återstrålar ökar inte lika snabbt som koldioxiden, vilket är ett skäl att tro att koldioxideffekten överskattas vid framskrivning. Största delen av koldioxiden är löst i haven. Varmt vatten kan lösa mindre koldioxid än kallt så det kan frigöras koldioxid om det blir varmare. I en varmare värld avdunstar mer vatten och bidrar till (förstärker) växthuseffekten. Växthusgaskoncentrationen blir ganska "mättad" av vatten och ytterligare tillskott av koldioxid kanske har ganska begränsad effekt.
Att koldioxiden får så stor effekt i "vanliga" klimatmodeller beror på att man räknar med "återkopplingseffekter" som förstärker effekten av strålningsbalansen, och detta gör resonemangen mindre övertygande än om det var direkta strålningsanalyser.
Moln är mycket viktiga för utstrålningen. Molntäcket kanske strålar ut 100 Watt/kvadratmeter från molnens översida. Den direkta strålningen från marken och havsytan i molnfria områden är mycket större – kanske 300 Watt/kvadratmeter. Molnen absorberar och strålar över hela våglängdsområdet. Detta ska jämföras med den förstärkta växthuseffekt man diskuterar för koldioxiden – kanske 1-2 Watt/kvadratmeter. Notera också molnens dominerande inverkan på graden av återreflektering av solstrålning till världsrymden. Någon eller några procent ändring av molnigheten kan ha lika stor effekt som en fördubbling av koldioxidhalten.
Prognoser bygger på modeller som ger mycket osäkra (+-2 grader) prognoser redan för vädret i övermorgon. Detta är en indikation av osäkerheten när man kalkylerar med effekter i lufthavet. Hur mycket säkrare är modellerna för klimatet om hundra år? Eller ens förändringar i koldioxidens bidrag?
I en blogg anges koldioxidens bidrag till atmosfärens växthuseffekt till 9 eller 25%, beroende på hur man räknar. Samma blogg kommer fram till att koldioxidökningen är en väsentlig del av en antropogen klimatändring. Siffrorna 9 eller 25% beror på om man räknar på vad som hände om man tog bort koldioxiden men lämnade resten, eller tog bort resten och lämnade koldioxiden. Detta belyser hur viktig interaktionen mellan olika komponenter är.
En avgörande fråga är hur mycket en fortsatt ökande koldioxidhalt kan förstärka växthuseffekten. Redan nu tar koldioxid upp en stor del av den totala energin i de våglängdsområden där koldioxid absorberar. Mättnadseffekter gör alltså att inte så mycket mer värme kan upptas. Växthuseffekten fungerar så att värmestrålningen på sin väg ut mot rymden upptas och avges i flera steg i atmosfären av främst vatten i olika former. I atmosfärens nedre del samspelar koldioxid med vatten vid upptaget av värme som där sker över breda våglängdsintervall. Den yttre värmeutstrålningen mot rymden går genom stratosfären där vattenhalten är låg. Då absorberar koldioxid endast i sina smala specifika våglängdsband. Även om huvudbanden är nästan mättade kan sidoband svara för viss ökad absorption. Den globala temperaturhöjningen via koldioxidens växthuseffekt bedöms enligt principer som Beers lag minska logaritmiskt med ökande koldioxidhalt. Detta innebär att en haltökning med 100 ppm från dagens nivå ger mycket lägre temperaturhöjning än den ökning från ca 280 till 380 ppm som hittills antas ha skett.  Fotosyntesens årliga upptag av koldioxid från atmosfären är ca 15 gånger större än de antropogena utsläppen från fossila bränslen. Flödena av koldioxid till och från haven är ca 10 gånger större.
Den är drygt 30 grader varmare än den skulle ha varit utan växthuseffekt. Den globala medeltemperaturen vid jordytan, som i dag uppgår till +14°, skulle utan växthuseffekten ha legat kring -19°.
På egen hand skulle en fördubbling av luftens koldioxidhalt bara kunna värma upp jorden med drygt en grad, men med återkopplingarnas hjälp uppskattas uppvärmningen i själva verket kunna bli omkring 3 grader.
Koldioxiden fånger inte upp all strålning av de våglängder där den absorberar. Det finns våglängder där koldioxiden bara fångar upp en del av värmestrålningen från jordytan och där ett tillskott av ämnet alltså leder till att mer strålning absorberas. Dessutom försvinner värmestrålningen inte för gott ens om koldioxiden fångar upp den helt och hållet. Strålningen sänds ut på nytt och letar sig förr eller senare ut i rymden, men en ökning av koldioxidhalten gör strålningens väg ut i rymden ännu krångligare. Också detta medverkar till att en haltökning faktiskt förstärker växthuseffekten.
En ökning av temperaturen med en grad av någon orsak borde resultera i att mer av klimatgasen vattenånga tillförs atmosfären. Dels blir vatten varmare och kan hålla mindre löst koldioxid. Dels blir luften varmare och kan hålla mer vattenånga innan den kondenseras. Dels ökar avdunstningen. Denna tillförda vattenånga skulle förstärka växthuseffekten kraftigt. En sådan höjning av mängden vattenångan på hög höjd (3-9 km) motsägs av observationer som gör det tveksamt om ökad temperatur verkligen ger ett genomslag i mer vattenånga. En ökning av mängden vattenånga borde åtföljas av högre molnighet som i sin tur borde ha en nedkylande effekt, men detta har inte observerats, snarare verka mer direkt solljus komma ner till jordytan. Dessa två invändningar verkar inte bemötts tillfredställande. Antingen är den grundläggande fysiken och återkopplingsmodellen fel, eller så finns det motverkande oberoende händelser som maskerar effekten. Dessa motverkande effekter kan då antingen vara naturliga eller antropogena. Det kan vara fel att säga att huvudmodellen är fel som en spådom, utan orsaken till att vattenånga och moln inte beter sig som förväntat kan vara något oberoende som inte behöver påverka de framtida effekterna.
In the humid equatorial regions, where there is so much water vapor in the air that the greenhouse effect is very large, adding a small additional amount of CO2 or water vapor has only a small direct impact on downward infrared radiation. However, in the cold, dry polar regions, the effect of a small increase in COor water vapor is much greater. The same is true for the cold, dry upper atmosphere where a small increase in water vapor has a greater influence on the greenhouse effect than the same change in water vapor would have near the surface.
The global temperature change is expected to be proportional to the change in the logarithm of CO2 concentrations.  This is where most such graphs, including all the examples above, fall flat.  They plot CO2 on a linear scale, as though CO2 concentration and temperature ought to be related linearly.  Instead, radiative transfer theory tells us that they ought to be related logarithmically.
Furthermore, mainstream climate science has an estimate for how big an effect a logarithmic CO2 increase ought to have on global temperatures.  Most estimates for equilibrium climate sensitivity are somewhere around 3 C for a doubling of CO2 concentrations, give or take a degree or so.
Jämvikt med oceaner och andra källor tar tid
Enskilda CO2 molekyler har en uppehållstid i atmosfären av storleksordningen ett sekel.  Ökningen av CO2 halten i atmosfären är bara hälften av vad som tillförts antropogent. Den viktigaste faktorn kan vara jämvikt med ytvattnet, Det verkar troligt att en engångsdos av CO2 injicerad i atmosfären har en halveringstid på cirka 50 år eller möjligen 100. Detta borde innebära att koldioxidhalten skulle sjunka till hälften av överskottet mot det förindustriella värdet till 2070 om utsläppen slutade nu.
Vilka krav skall ställas? Jag tycker det verkar rimligt att sätta som krav att i rimliga framtidsscenarior som används till dagens beslut skall det vara klart under 50% chans att till 2100 koldioxidhalten växer över 540 (=2*280) samt att den antropogena nettouppvärmingen stiger över 2 grader, samt en del andra villkor, som jag inte räknar upp här.
SlutsatserMin slutsats hittills är att det inte är orealistiskt att koldioxidökningen kan spela en så stor roll som de internationella klimatmötena visionerar, men att det är ganska osäkert och får nog för mycket uppmärksamhet jämfört med alla andra skäl att känna oro för framtiden. Framför allt den stora "politiska" uppmärksamheten på svårspådda sekundära konsekvenser (som lokal stormfrekvens). Å andra sidan kan mycket klimatgaser leda till att en "tipping point" passeras och att det blir mycket obehagligt.
Man måste anpassa sig också till verkliga observationer och pausen i global uppvärmning sedan 1998 bör medföra en modifiering nedåt i framtidsscenariorna om klimatet.
800 ppm klimatgasekvivalenter skulle knappast ensamt leda till civilisationens  undergång, men dramatiska förändringar som ökar chansen för undergång i samband med andra förändringar, t ex befolkningstillväxt.
Att läsa:
Här listas några klimatorienterade länkar:
http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0809/0809.3762.pdf om hur “vetenskapen” utvecklas av intresset för den.
http://www.skepticalscience.com/
Jag som försöker diskutera är 70 nu, men i den grundläggande universitetsutbildningen var fysik huvudämne och det ingick en halvårskurs i meteorologi. I yrkeslivet har jag haft en viss användning för mina kunskaper i meteorologi. Jag har hela tiden mer eller mindre tagit för givet att koldioxid är en betydelsefull klimatgas. Men eftersom så många tycks förneka den stora betydelsen utgående från fysik så går jag igenom argumenten igen.




Fyra eller två grader

Det går inte att förutsäga med någon grad av exakthet vad klimatet blir i framtiden eller hur stor roll människan har. Men människans roll är stor. Att det blir två eller fyra grader varmare bör ses som ett sätt att pedagogiskt uttrycka hur stor påverkan människan har globalt. Att det blir fyra istället för två grader visar en dubbelt så stor global inverkan i ett läge där påverkan redan är för stor.
Risken med att fokusera så mycket på den globala temperaturen är att andra faktorer som kan vara viktigare får för liten vikt.

tisdag 4 december 2012

Olägenheten kostnadsbeläggs

Det verkar så enkelt. Gör så att olägenheten får betala. Lägg en skatt eller eller avgift.
Det underlättar för stater att motivera en inkomstkälla. Stater vill gärna ha skatteobjekt och inkomstobjekt. Är det något de är ålagda av internationella organ eller genom internationella fördrag är det ett starkt motiv. Miljövänlighet kan i sig vara ett starkt motiv.
Hur man än utformar skatten så hamnar kostnaden så småningom på slutanvändaren. Det blir dyrare för slutanvändaren att använda produkter där miljökostnaden är stor (som gör att det går åt mycket koldioxid). Ofta används produkterna för samhällets tjänster och subventioner, men dessa blir då dyrare så att det blir mindre attraktivt att välja vägar som är negativa för miljön.

tisdag 18 september 2012

Vision 1901 av det kommande århundradet


Jan Guillou lät i sin bok ”brobyggarna” rektorn för en teknisk högskola i ett tal göra en vision för det kommande seklet till år 2000 vid 1900 talets början. Jag tycker talet verkar trovärdigt och säger mycket om svårigheterna och möjligheterna att förutsäga framtiden ett århundrade framåt så jag återger ett redigerat utdrag:
Då är inte längre utmaningen att resa jorden runt på 80 dagar som Jules Verne skrev om. Då kommer vi att resa jorden runt på – åtta dagar!! … Vi kommer att få uppleva lufttrafik inte bara mellan olika länder - utan också mellan olika kontinenter!!!...Vi kommer att kunna se i mörkret, tala med varandra på 1000 mils avstånd, färdas på järnväg i över 200 km i timmen, skapa byggnader hundratals meter höga. Våra räkneapparater kommer att bli hundra - kanske tusen – gånger snabbare än dagens. Vetenskapsmän kommer att stå på månen. Vi kommer att skapa jämlikhet mellan olika folk! Krig som metod att lösa politiska problem kommer inte längre att kunna tillämpas! Krig är primitiva, därför är högteknologiska krig en självmotsägelse!  

Min kommentar:
Det teknikorienterade talet var optimistiskt och ändå har verkligheten ofta överträffat dikten. Men problemen nu förutsågs knappast. Tillväxtens gränser, förorening, resursbrist nämns inte.
 Väpnande våldsamma konflikter är nu ett stort problem och militärutgifter är fortfarande stora, men de stora krigen mellan länder bara var förödande under spådomens första halva, fast då globalare och totalare än förut.

tisdag 11 september 2012

Döda efter Tjernobyl

Radioaktivitet är farligt och detta påverkar världen 2100 på olika sätt. Det finns en oro att vi lämnar kärnkraftavfall efter oss och att radioaktiva utsläpp från kärnkraft som ackumuleras skall förgifta världen. Därför är det bl a viktigt att bedömma hur farlig den radioaktivitet som kom ut vid olyckan i Tjernobyl är för människor. Här diskuteras omkring detta och en egen bedömning jag gjort. Det visar sig att skattningarna varierar mycket och att FN organet som har huvudansvaret (IAEA) utrycker sig på ett sätt, så att risken förefaller liten och att det inte förs vidare via citeringar av IAEAs skattningar att det kan vara en kraftig underskattning. Olika skattningar av dödstalet varierar mycket, mer än en faktor mer än 10 000, där IAEA bidrar till den lägsta skattningen. Det känns ganska oroande för vår förmåga att göra riskbedömningar, joniserande strålning är lätt att mäta jämfört med nästan alla andra risker. Delvis är det en genuin osäkerhet om verkan av låga doser. De psykologiska följderna av de låga doserna är mycket stora, eftersom de bidragit till en mycket begränsad användning av kärnkraft och troligen omotiverat höga kostnader för att reducera riskerna av joniserande strålning. Det verkar som vi är på väg att lämna atomåldern.

De första uppsatser jag fick publicerade för 40 år sedan (med min fru Katarina Lindgren och under ledning av vår mentor Gösta Eriksson) behandlade bl a huruvida även mycket låga doser radioaktiv strålning orsakar genetiska skador. Genom egen forskning och genom lic i strålningsbiologi har jag haft erfarenhet om faran för människor.
När jag pensionerades nalkades 25 års minnet av Tjernobyl och samtidigt aktualiserade härdsmältan i Fukushima riskproblematiken. Nya dosuppskattningar från Tjernobyl kom 2011, så jag kunde göra lite ”originalarbete” publicerat på SLUs forskarblog. Därutöver har jag en egen blogg.
Jag har en kärnkraftblogg där jag skrivit mer i detalj om det här: http://daglindgren.blogspot.se/  Man kan också läsa vad som står om Tjernobyl på Wikopedia
 
Det går knappast att direkt observera effekterna av låga doser i epidemiologiska studier. Man får använda vedertagna relationer mellan dos och döda, som strålskyddsnormerna bygger på.
IAEA har ansvarat för, den i särklass mest auktoritativa (FN) och mest citerade standardrapporten anger 4000. Vad som inte märks är att det bara inkluderar döda för de mest exponerade områdena (storleksordning 5 millioner människor), inte globalt, och bara inkluderar de första 20 årens exponering. Projektioner därutöver ansågs för osäkra.


WHO anger 9000 för hela fd Sovjetunionen. Strålskyddet kom till 300 för Sverige (ej inkluderat i tidigare nämnda skattningar).
Jag kom till 22000 globalt och för ”all framtid” (”publicerat” på SLUsforskarblogg ). Det är ”original”, utnyttjande senare dosuppskattningar än andra studier. Mina beräkningar är i god överenstämmelse med huvuddelen av ”main stream” skattningarna, strider inte heller mot IAEA eller WHO, men kompletterar med vad som inte beaktats för det betraktades som för osäkert. Liknande tidigare försök avfärdades som för spekulativa utan att möjlig storleksordning diskuterats.
Många, inklusive otvivelaktigt välrenommerade forskare, tvivlar på att låga doser har negativa effekter, de kanske till på köpet är nyttiga! Dessa tvivel fanns också för 40 år sedan, men vuxit sig starkare. Detta leder till förmodanden att dödstalet av Tjernobyl inte ligger mycket över 50. Men eftersom detta har inte påverkat strålskyddsnormerna så bör det inte påverka beräkningarna!
Det finns en bok med till synes välrenommerade personer bakom och en välrenommerad utgivare, som framför dödstal av storleksordningen en million.
Det finns en svensk doktorsavhandling, som tycks stödja att dödstalet i Sverige är i storleksordningen tusen, byggd på epidemiologiska observationer. Det svenska vetenskapssamhället skyllde på avhandlingen, men jag tycker inte den var dålig. Försökte ta upp frågan om orsakerna till att en OK avhandling kan ge ganska uppenbart fel resultat på den sk. professorsklubben, men tystades ned. Orsakerna har generellt intresse för kvalitèn av beslutsunderlag.
Det av världen auktoriserade organet, IAEA, ljuger inte direkt och motiverar "finstilt" varför FN organen gör som de gör. Men inte desto mindre förmedlas ett budskap, som underskattar kärnkraftens risker. Det framgår inte av citeringar att det kan vara långt fler än 4000 döda, men däremot citeras det att det bara var säkert 50 döda och därutöver mycket osäkert om det är några. De "säkert döda har nu stigit till 67.
Uppskattningar av antal döda framförda på allvar av formellt kvalificerade personer med ”stöd av forskningsresultat” och ofta IAEA skiljer sig våldsamt, mellan 50 och en million, en faktor 20000! Forskningen verkar varit till häpnadsväckande liten hjälp när det gäller att omsätta resultat till samsyn om en praktisk fråga relaterad till kärnkraftens farlighet.
 
 
Det var en Newsmill artikel om skadorna efter Fukushima
 där jag presenterade mina Tjernobyl-beräkningar.
 
Mina http://www.newsmill.se/node/43729#comment-344540 , beräkningarna kommenterades:
"@Dag Lindgren
Idag finns ny forskning som istället visar på liten eller ingen ökad risk vid låga stråldoser. Bland annat så har man i lab kunnat visa på att lagningsmekanismer för en cells DNA fungerar mycket bättre vid enkla skador snarare än vid fler än en skada, det senare som kan tänkas uppkomma vid höga stråldoser.
När det gäller Tjernobyl så tyder forskningen på relativt få dödsfall pga strålningen. Merparten av de över 6000 fall av sköldkörtelcancer som upptäckts sedan olyckan tros bero på Tjernobyl i kombination med jodbrist och dåliga kontroller för att se till att stoppa mat innehållande radioaktivt jod. Prognosen för de drabbade av sköldkörtelcancer är dock i god och enbart enstaka dösfall har inträffat. Det finns också resultat som tyder på någon ökad risk för leukemi bland de arbetare som utsattes för de högsta doserna (med ett snitt över 100 mSv), samt eventuellt någon ökad risk för bröstcancer.
Dessutom är det rimligt att vi idag redan sett den största ökningen av antalet cancerfall pga olyckan. Trots detta så har ökningarna varit knappt eller inte mätbara, med undantag av ökningen i sköldkörtelcancer."
 
" Dag Lindgren: Men alla dessa beräkningar av möjliga dödsoffer måste ju sättas i relation till vad det handlar om. De 22'000 dödsoffren du räknat fram är ju inte 22'000 individer utan det handlar om en sannolikhetskalkyl för vissa radioaktivitetsinducerade sjukdomar, cancer t ex. Det här betyder ju dels att de 22'000 döda kommer att drunkna i bruset av normala cancerfall som säkert är flera miljoner under samma tidsintervall, dels att det aldrig kommer att gå att peka på en viss person och säga att han/hon dog p g a Fukushima med möjligen ett par undantag. Risken med att publicera siffror som de 22'000 är att journalister aldrig kommer att förstå hur man kan använda dem. Om de mot förmodan skulle förstå skulle de aldrig tveka att missbruka dem. En trolig löpsedel blir istället "Fukushimakatastrofen kostar 22'000 liv!". "