Ilmastopolitiikka perustuu epäeksaktiin tieteeseen


Keskilämpö

Kuva 1. Havaintoesitys keskilämmöstä. (Black feather/beakman)

Tämän vaatimattoman blogiartikkelin tarkoitus on kertoa, ettei ilmastotiede ole periaatteellisesti eksaktia siltä osin, kuin sitä käytetään ilmastopolitiikassa. Ja tässä erityisesti eksaktisuuteen sisältyy myös yksikäsitteisyys. Enkä halo hiuksia mittaustarkkuudesta vaatien ääretöntä tarkkuutta, vaan hyväksyn lämpötilamittausten tarkkuuden ilmoitettujen virherajojen puitteissa. Eikä tässä ole kyse varsinaisesti puutteellisesta laskentatehostakaan. Kumottava käsitys voitaneen tiivistää tähänkin: ilmastotiede on puhdasta fysiikkaa. Fysiikkahan taas on taas eksakti tiede, vaikka kvanttifysiikan todennäköisyysjakaumat eivät yksittäistapahtumien osalta olekaan tarkasti ennustuskykyisiä. Hyväksyn fysiikan eksaktiksi tieteeksi.

Nykyään kansainvälisen ilmastopolitiikan tavoitteet on asetettu ensisijaisesti lämpötilamuutoksen mukaan, milloin 2 °C muutoksen kohdalle, milloin johonkin toiseen kohtaan maapallon keskimääräistä pintalämpötilaa. Ja tämän lämpötilatavoitteen pohjalta sitten on asetettu tavoitteet mm. hiilidioksidipäästöille. Ja lämpötilahan on perussuure, joten missä vika?

Lähtökohtanani on Stefanin-Boltzmannin pinnan säteilytehon ja lämpötilan välistä suhdetta kuvaava laki(Linkki). Huomioiden pinta-ala ja emissiivisyys päästään pintatehoon:

P = AI = AεσT4

missä

  • A = pinta-ala
  • I = teho
  • ε = emissiivisyys
  • σ = Stefanin–Boltzmannin vakio = 56,704 nW/(m2K4)
  • T = absoluuttinen lämpötila

Tarkastelemme vain maan pintaa ja teemme tässä oletuksen emissiivisyyden vakioisuudesta ( alueittainkaan se ei vaihtele maan pinnassa kuin pääosin välillä 0,96…0,99) (Linkki) ja pyöristämme emissiivisyyden yksinkertaisuuden vuoksi arvoon 1. Samoin tarkasteltavat pinta-alat yksinkertaistetaan 1 m2 :ksi.

Oletamme siis yhden kylmähkön alueen, jossa lämpötila muuttuu arvosta -12°C arvoon -8°C ja toisen kuumahkon alueen, jossa lämpötila muuttuu samaan aikaan arvosta 34,55°C arvoon 32,02°C. Eihän tässä mitään olisikaan, kylmemmällä alueella lämpeni 4 astetta ja kuumemmalla jäähtyi 2,53 astetta, yhteistuloksena lämpenemistä 0,73 °C:sta, ellei samaan aikaan säteilymäärä muuttuisi kylmällä alueella arvosta 263,72 W/m2  arvoon 280,25 W/m2 ja  kuumalla alueella arvosta 508,28 W/m2 arvoon 491,75 W/m2 kokonaismuutoksen ollessa pinnan säteilynergiassa 0,00 W/m2. Ja tässä on se ongelma, ettei keskilämpötila ole yksikäsitteinen suhteessa keskimääräiseen lämpömäärään, jota tässä esittää keskimääräinen säteilyenergia.
Tämä on käsittääkseni sellainen teoreettinen puutos, ettei se häviä siirtymällä absoluuttisista tai suhteellisista lämpötiloista poikkeama-arvoihin, joka menetelmä sentään karsii joitain virhelähteitäkin. Eikä tämä puutos häviä edes pitkän ajan kuluessa, jos napa-alueet lämpenevät reippaasti enemmän kuin tropiikki, eli esiintyy trendimäisiä eroja alueiden lämpötiloissa. Itse asiassa siis lämpösäteilyerojen tasaantuminen napojen ja tropiikin välillä näkyisi globaalin keskimääräisen lämpötilan kohoamisena. Nurinkurista.

Lienee tässä vielä vastaväitteiden vähentämiseksi syytä sanoa, että ilmastomalleissa käytetty ε=0,612 kuvastaa tilannetta ilmakehän ylärajalla. Tässä tarkasteltiin pintalämpöjä ja säteilyä pinnasta.
Pinta on periaatteessa massaton, mutta massa mukaan otto ei välttämättä helpota yksikäsitteisyysongelmaa. Tätä mallintaa kuva 1, jossa yhden kevyen ja lämpimän höyhenen ja yhden kylmän kilogramman kappaleen keskilämpötila on 15 astetta kappaleittain laskettuna. Jokainen kuitenkin jo kokemuksestakin ymmärtää, ettei kevyt kappale voi lämmittää painavaa kylmää kappaletta noin paljon. Käsittelyyn mukaan tulee lämpömäärä, eli energiamäärä, joka on keskiarvoistettavissa kappaleiden välillä, jos tunnetaan massat ja ominaislämpökapasiteetit. Tässä lopputuloksena lämpötilaerojen tasaannuttua olisi keskilämpötila n. 0,001 °C, riippuen kappaleiden ominaislämpökapasiteettien suhteesta.

Jopa ilmastotieteen edustajat ovat havainneet tämän massaongelman (Linkki). Tästä jo aiemmin mainitsinkin Maapallo lämmennyt kaksinkertaisesti?-kirjoituksessani. Merien lämpötilan mittaus olisi sillä tavalla järkevää, että meriveden keskilämpötila antaa samalla varsin tarkan kuvan merien lämpösisällöstä.

Ja otsikkoon palatakseni voidaan jälleen toistaa se havainto, että miljardit ovat vaihtaneet taskua periaatteellisesti epäeksaktien tieteen väitteiden pohjalta samalla kun ainakin miljoonien ihmisten elinoloja on juuri Euroopassa kurjistettu. Voitaneen edes toivoa, että vastaava määrä ihmisiä jossain muualla olisi kokenut taloudellista helpotusta elämäänsä. Vaikkapa ihan niin paljon, että olisi vara ostaa hengityssuojaimia.

Advertisements

2 responses to “Ilmastopolitiikka perustuu epäeksaktiin tieteeseen

  1. On keskilämpötilojen laskennassa muitakin ongelmia. Jos ajatellaan maapallon pintaa, jolla on harvahko mittauspisteverkosto, niin miten eri mittausasemien lämpötilatiedot pitäisi painottaa? Jokainen mittauspistehän edustaa tietynkokoista pinta-alaa. Onko olemassa jotain kaavaa tai menetelmää painokertoimille?

    Tykkää

    • Kysymyshän on ihan hyvä. Mallien sielunelämään en ole vielä syvällisemmin perehtynyt, vaan ongelma ei äkkipäätä ajatellen ole siellä, missä asemia on runsaasti (niitähän on joistakin ohjelmista karsittukin), vaan siellä, missä niitä on vähän. Silloin lienee vaikeaa estää yhden aseman mittausten painotuksen leviämistä viereisille tyhjille ruuduille, ellei niitä sitten jätä tyhjiksi.
      Tässä eräs artikkeli, josta ainakin selvinnee, että ei se ihan yksinkertaista ole:
      http://www.tau.ac.il/~pinhas/papers/2013/Samuels_et_al_CR_2013.pdf

      Tykkää

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s