Vetistelyä MODTRAN:ista


Kuva 1. Maan säteilytase Nasan mukaan. Kuvapohjan tekijäviite: By NASA – https://web.archive.org/web/20140421050855/http://science-edu.larc.nasa.gov/energy_budget/ quoting Loeb et al., J. Clim 2009 & Trenberth et al, BAMS 2009, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=32285340

Mieltäni jäänyt vaivaamaan, mikä asia MODTRAN:issa on se (Linkki), miksei sillä saa näkyviin samanlaisia CO2:n herkkyysarvoja kuin IPCC ilmoittaa ja varsinkin se, ettei hiildioksidin ilmastoherkkyys kaksinkertaistu vesihöyryn vaikutuksesta. Vähän toivoskelin saavani vihjeitä tähän ongelmaan edellisen artikkelini jälkeen, vaan eipä ole kuulunut.

MODTRAN:han on säteilymalli eikä ilmastomalli, mutta oletin tasapainotilojen etsimisen antavan vakaan tilan tuloksia. Siis säädin pintalämpötilaa ja hain tilannetta, jossa ulossäteily vastaa auringon säteilyn tuomaa energiaa. Tässä tasapainotilassa en siis kaivannut takaisinkytkentöjen erillistä huomiointia, koska oletin niiden jo saavuttaneen tasapainon. Kuvasta 1 huomioitiin siis lähinnä vain keskellä oleva leveä punainen nuoli ja muiden tekijöiden oletettiin olevan kohdillaan automaagisesti, kun poistuva energia oli tasapainossa tulevan kanssa.

MODTRAN:issa ei voikaan säätää auringonvaloa eikä kuvan 1 oikean reunan säteilemättömiä energiansiirtoja. Niiden tuloksiakaan ei näy. Sen sijaan näkyy tuo leveä takaisinsäteilynuolen energiamäärä maan pinnalla.

Nytpä sitten yritän säätää MODTRAN:issa pilvet ja ilman kosteuden niin, että (takaisin)säteily ilmakehästä maahan on 85% tietämissä maasta lähteävästä pitkäaaltoisesta säteilystä kun samalla myös aiempi TOA-tasapaino vallitsee. Tässä tilassa sitten katsotaan hiilidioksidin muutoksen vaikutuksia.

Kuva 2. Esimerkkitilanne Modtranista.

Kuvassa 2 näkyy ”märkä ilmakehä” ilman pilviä ja 400 ppm hiilidioksidipitoisuudessa. Vesipitoisuus ilmakehässä on kohotettu skaalauskertoimella 2, joka on suurinpiirtein korkein arvo, mitä voi käyttää, ilman että kosteuden korkeusprofiiliin syntyisi outoja mutkia. Käytössä on suhteellisen kosteuden vakioisuus, mikä tarkoittaa, että ilmakehän mallinnettu kosteus säätyy lämpötilan mukana. Käsitykseni mukaan tässä tulee huomioitua myös hiilidioksidin mahdollisesti aiheuttama vesihöyryn takaisinkytkentä, kun kohotetun CO2-pitoisuuden ilmakehä lasketaan eri lämpötiloissa ja haetaan säteilytasapainolämpötila. MODTRAN:han ei suorita mitään palautetoimia itse, mutta kun uutta pintalämpötilaa vastaava kosteus asettuu ilmakehään välittömästi, niin siinähän se palaute on?

Toinen käyttämäni ilmakehätyyppi erosi kuvan 1 tyypistä vain pilvisyyden osalta. Käytössä oli Altostratus Cloud Base. Sitten laskin keskiarvot kullekin ilmastotyypille lämpötilakohtaisesti vakioisin CO2-pitoisuuksin.

Kuva 3.

Kuvassa 3 on näkyvissä olennainen osa uudesta mallinnuksestani. Se oli sikäli pettymys, etten saanut näkyviin mitään merkittävää CO2-ilmastoherkkyyttä edes märässä ilmakehässä. Milteipä väittäisin, ettei MODTRAN:ista saa ulos yli 1,5°C ilmastoherkkyyttä, kun itse en päässyt edes yli yhden asteen. Toivon toki, että joku kumoaisi väitteeni.

Bill Gray esitti ilmastomallien käyttävän pintatason kosteutta ylempien ilmakehän kerroksissa vesipitoisuuksien laskentaan (Linkki), mikä on virhe. Tarkoitti siis, että yläilmakehässä kosteus voi vaihdella ihan eri tahtiin kuin pinnalla. Tässä tosin MODTRAN toimii juurikin näin, että se laskee kosteusprofiilin.  Muutamat pilvityypit ovat ainoa valinta, millä kosteusprofiilia voi muutella. Joka tapauksessa Grayn ilmastoherkkyys oli 0,3 asteen luokassa, eli alempana kuin mitä MODTRAN:ista saan.

Avaruusfyysikko Sinivirta saa 0-ulotteisella ”ilmastomallilla”, eli kaavoilla, joissa ei ole korkeusulottuvuutta, ”oikean”  IPCC:n mukaisen ilmastoherkkyyden CO2:lle (Linkki).  Ei kait tässä voi olla kuin kateellinen? Ehkä 1-ulotteisesta MODTRAN:ista puuttuvat ne oikeat kertoimet?

Eräs silmään sattuva seikka tämän artikkelin kuvassa 1 on pinnasta lähtevä lämpösäteily, joka on 398,2 W/m2. Tämä vastaa mustankappaleen lämpötilaa 16,3°C, siis 1,3 astetta korkeampaa kuin MODTRAN:in normilämpötila. Lisäksi MODTRAN:issa on huomioitu albedotekijä, ettei pinta säteile aivan mustan kappaleen tahtiin. Tästä johtuen en pystynytkään täysin toisintamaan noita kaikkia säteilylukuja tässä uudessakaan simuloinnissa, mutta koska ilmastoherkkyys ei parantunut, syntyi käsitys, ettei sitä saisi samaksi mitenkään käyttämälläni tavalla.

Toinen huomioitava seikka on, ettei CO2-ilmastoherkkyyden arvo ole olennaisesti täsmentynyt sitten Arrheniuksen päivien. Esimerkiksi IPCC:n raportissa AR4 se käväisi hieman suppeampana, mutta virhe korjattiin sitten raporttiin AR5 (Linkki), jolloin palattiin kutakuinkin viime vuosituhannen arvoihin. Tietokoneohjemistot ovat kehittyneet ja tietokoneiden laskentateho ovat tässä välillä ehtineet tuplaantua jo usempaan kertaan. Joku matohan siinä teoriassa saattaa piileskellä?

Jätän nyt  MODTRAN:in ja ilmastoherkkyyden. Jos tulee riittävän merkittävää korjaavaa tietoa, niin sitten täytyy puuttua uudelleen.

Mainokset

5 responses to “Vetistelyä MODTRAN:ista

  1. No kun tuli vielä mieleen, niin:
    Se vaihtoehto, että MODTRAN olisi tarkoituksellisesti tehty antamaan pieniä arvoja ilmastoherkkyydelle on suljettu pois.
    Jäljelle jää kaksi muuta:
    1) MODTRAN:issa huomiotta jääneet tekijät (auringonvalon maahan kohdistuva osuus, latenttilämpö yms) vaihtelevat siten, että ilmastoherkkyys kohoaa.
    2) Koska MODTRAN:issa ei käytetä etukäteen syötettyä pakotekerrointa yms., ne eivät myöskään aiheuta virheitä säteilytasapainon määrittämiseen.

    Ehkä vielä on hyvä toistaa myös se, että koska käyttämässäni tavassa lämpötila ja kosteus kävivät myös useita asteita korkeammalla kuin määritetty tasapainotila, pakotevaikutusten olisi pitänyt tulla esille, mikäli ne olisivat vastanneet tasapainotilaa. Näin siis palautteiden puuttuminen MODTRAN:ista ei oikein riitä selitykseksi tulokselleni.

    Tykkää

  2. Jos teoria ja alkutiedot on vääriä, niin mikään määrä tietokonetehoa tai jopa ’älyohjelmia’ ei sitä korjaa, korvaa. Paremminkin toisin päin: Lisäteholla vain tuotetaan entistä tehokkaammin kaiken maailman roskaa ja asiain oikea laita katoaa entistä kauemmaksi.

    Tykkää

  3. Näissä malleissa ja kuvaajissa yleensä esitellään tasapainotilaa, jossa sisään- ja ulospäin suuntautuvat säteilyt ovat yhtäsuuria.
    Tuollaisessa tilanteessa myös ”sisällä oleva” energia pysyy kaiken aikaa samana, eli mitään jäähtymistä tai lämpenemistä ei tapahdu.
    Mikäli oletetaan, että olemme lämpenevässä maailmassa niin odottaisin mallien ja kuvaajien näyttävän epätasapainoista tilaa jossa ulospäin suuntautuva säteily on pienempi kuin sisään tuleva.
    Tällöin olisi tärkeää osoittaa/näyttää/kuvata se energian määrä jonka voimalla jotain oletettua/arvioitua/mitattua muutosta aiheutuu.

    Tykkää

  4. Avaruusfyysikko Sinivirta saa 0-ulotteisella ”ilmastomallilla”, eli kaavoilla, joissa ei ole korkeusulottuvuutta, ”oikean” IPCC:n mukaisen ilmastoherkkyyden CO2:lle (Linkki).

    En ymmärrä tästä paljonkaan mutta pikaisen dimensioanalyysin tapaisen näkemyksen mukaan eikö toi Sinivirran kaava ole ikään kuin takaperoinen curvefitting skalaareilla.

    Siis kun käytät sopivia vakioita, niiden avulla laskettu toinen vakio on oikein, kun ne sopivat vakiot on arvioitu käänteisellä menetelmällä?

    Kunhan kysyn, toi on mun palkkaluokan yläpuolella. Eikä oikeastaan kiinnosta, koska menetelmä on joka tapauksessa väärä.

    Tykkää

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

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

Google photo

Olet kommentoimassa Google -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 )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.