print logo

Drivhuset står støtt i sollyset

Det interessante innspillet fra en gruppe danske forskere om sammenhengen mellom solflekker og klima som ble presentert i Apollon 3/98, er ofte blitt tolket dit hen at drivhusgassenes effekt er ubetydelig. Det er ikke vitenskapelig grunnlag for å hevde dette. I klimadebatten er det overraskende få som har sett at drivhus- og solflekkteoriene supplerer hverandre. Det er enighet om at endringer både i solaktivitet og konsentrasjonene av drivhusgasser har innvirkning på klimaet, men den relative betydning av de to faktorene er ikke avklart.

Obs: figurene til denne artikkelen er dessverre ikke publisert på nettet.

I Kyoto ble det i 1997 oppnådd enighet om begrensninger i utslipp av CO2 og andre drivhusgasser. Vedtakene er begrunnet med at en rekke vitenskapelige arbeider, og vurderinger foretatt av FNs klimapanel (IPCC), konkluderer med at menneskeskapte utslipp av disse gassene påvirker jordas klima, sannsynligvis i betydelig grad. Det vakte derfor oppsikt da det ble hevdet at endringer i solaktiviteten spiller en betydelig større rolle, og menneskeskapte utslipp av drivhusgasser dermed en mindre rolle, enn tidligere antatt. Dette var hovedtema i artikkelen «Kritisk sollys på klimadebatten» av astrofysikerne Pål Brekke og Oddbjørn Engvold i forrige nummer av Apollon. Vi er helt enig i at det er meget viktig å få større forståelse for solas rolle i denne sammenheng. Vi har likevel motforestillinger mot artikkelen fordi vi mener den undervurderer styrken i de argumenter som tyder på menneskeskapte klimaeffekter. Vi synes også forfatterne er ukritiske i sin bruk av mangelfullt dokumenterte innvendinger mot resultater fra klimaforskningen. Noe av dette vil vi diskutere nedenfor.

Solstråling og jordas klima

Siden energi fra sola driver klimasystemet på jorda, er det klart at variasjoner på sola kan medføre endringer i vårt klima. Mindre endringer i jordas bane rundt sola har også innflytelse på den strålingen som jorda mottar. I millioner av år har slike endringer i banen påvirket klimaet på jorda og forårsaket en veksling mellom istider og varmere perioder. Endringer i innstrålingen har vært små, men gjennom tilbakekoplingsmekanismer i klimasystemet har dette utløst store klimasvingninger. Det er derfor naturlig å spørre hvilken betydning endringer i utstrålingen fra sola har hatt for det globale klimaet i nyere tid, spesielt i dette århundret. I 1976 påviste den amerikanske astronomen John A. Eddy en samvariasjon mellom solaktivitet og klima over noen hundreår. Han var spesielt opptatt av «The Maunder minimum» (tiden fra ca.1650 til 1715) som Brekke og Engvold omtaler. I denne perioden var det meget få solflekker og lav temperatur. Eddys studier ble fulgt opp av fysikeren George Reid. Han påviste at intensiteten av solstrålingen var relatert til solflekkantallet, som i sin tur viste samvariasjon med global midlere overflatetemperatur i havet. Reid kom til at solintensiteten skulle avta frem mot århundreskiftet, noe som skulle bidra til lavere global temperatur.

I 1991 viste forskerne Eigil Friis-Christensen og Knud Lassen ved Danmarks Meteorologiske Institut at det var bedre samvariasjon mellom midlere temperatur over land på nordlige halvkule og lengden av solflekksyklusen enn med solflekkantallet (se figur 1). Arbeidet vakte oppmerksomhet, men svært mange klimaforskere var skeptiske. Den viktigste innvendingen var, som Brekke og Engvold også nevner, at det bare var påvist en samvariasjon uten at det forelå noen forklaring på hvordan lengden av en solflekksyklus kan påvirke klimaet. Det som ble påvist, var bare at lengden på solflekksyklusen samvarierte med temperaturene over land på den nordlige halvkule. Temperaturmålinger over hav og den sydlige halvkule var holdt utenfor analysen.

Figur 1. Variasjon i solflekksyklusens lengde (*) og i middeltemperatur over land på nordlige halvkule (+) (fra Friis-Christensen og Lassen, 1991). Det er ikke helt enkelt å bestemme eksakt lengde av en solflekksyklus. Det er benyttet en spesiell utglattingsteknikk for å komme frem til kurven i figuren.

I figur 1 er det benyttet middelverdier for temperaturen over glidende elleve-årsperioder, og de siste års data er ikke med. For å få med utviklingen i senere år, har vi beregnet fem-års glidende middel med temperaturdata både for nordlige halvkule (både over land og hav) og for hele kloden fra 1853 til 1997. I figur 2 er avviket fra middeltemperaturen sammenliknet med lengden av solflekksyklusene. (For solflekkene har vi benyttet en kurve fra Lassen som er beregnet med en litt annen utglatting enn benyttet i figur 1.) Samvariasjonen er da ikke så god. Det er for eksempel slående at solflekksyklusen er aller kortest i begynnelsen av 1930-årene, mens middeltemperaturen er klart høyest i de siste ti år. Dette illustrerer at den samvariasjon som er funnet av Friis-Christensen og Lassen, er avhengig av hvordan dataene behandles. Forskjellen i samvariasjonen i de to figurene henger først og fremst sammen med at kurvene går lenger frem i tid i figur 2 og at det er benyttet ulik teknikk for å beregne lengden av solflekksyklusene. At vi har benyttet en annen utglatting av temperaturdataene og inkludert temperaturdata over hav og sydlige halvkule i figur 2, betyr ikke så mye. Vi mener en kan stille spørsmål om det er gode grunner til bare å ta med landtemperaturer på nordlige halvkule og ingen data fra sydlige halvkule som i figur 1.

Figur 2. Avvik i middeltemperatur på nordlige halvkule (blå kurve) og globalt (rød kurve) og lengden av solflekksyklusen (sort kurve, fra Lassen).

Hvordan påvirker sola klimaet?

Målinger og beregninger viser at variasjoner i total strålingsintensitet fra sola bare kan forklare en liten del av de observerte endringer i global temperatur i de senere år (se for eksempel Science, 26.9.97). Dette er også konklusjonen til FNs klimapanel. Spørsmålet blir da om sola kan påvirke klimaet ved mer kompliserte, indirekte mekanismer. Flere mulige mekanismer har vært foreslått, blant annet knyttet til UV-strålingen som varierer mer enn den totale strålingsintensiteten (se for eksempel New Scientist, 11.7.98). Som påpekt av Brekke og Engvold, har hypotesen fremsatt av Henrik Svensmark og Eigil Friis-Christensen fått spesielt stor oppmerksomhet. De hevder at endringer i skydekning kan være "the missing link" mellom variasjoner på sola og i jordas klima. Ved høy solflekkaktivitet mottar jorda mindre kosmisk stråling enn ved lav solflekkaktivitet fordi solvinden avbøyer den kosmiske strålingen. Videre viste Svensmark og Friis-Christensen at total skydekning er størst når jorda mottar mest kosmisk stråling. Følgelig er skydekningen størst ved solflekkminimum. Fra 1987 (nær solflekkminimum) til 1990 (nær solflekkmaksimum) var det en reduksjon i globalt skydekke på ca. 3 % (se figur 3 som også var med i Brekkes og Engvolds artikkel).

Figur 3. Variasjoner i kosmisk stråling (heltrukken linje) og skydekke (symboler); fra Svensmark og Friis-Christensen.

Virkningen av en endring i skydekket på jordas temperatur avhenger av hvor endringen finner sted. Generelt vil en reduksjon i høytliggende skyer føre til lavere temperatur på jordoverflaten, mens en reduksjon i lavere skylag vil gi høyere temperatur. Svensmark og Friis-Christensen antar at avtakende skydekke vil føre til en oppvarming og oppgir at den nevnte 3 % reduksjon i skylaget gir et strålingspådriv (dvs. endring i strålingsbalansen) på 1-1,5 W/m2. Strålingspådrivet fra drivhusgassene CO2, CH4, N2O og halokarboner er ca. 2,5 W/ m2. (En sammenlikning av verdiene er ikke helt relevant da det ene er en syklisk effekt, det andre en akkumulert effekt. Dette kommer vi tilbake til senere.) Svensmark og Friis-Christensen har bare inkludert endring i utbredelsen av skydekket i sine analyser. Det er ikke tatt hensyn til endringer i skyenes egenskaper, noe som også er svært viktig for klimaeffektene av skyendringer.

Zhiming Kuang ved California Institute of Technology har studert endringer i skyenes optiske egenskaper. Resultatene kan tyde på at slike endringer kan oppheve effekten av forandringer i skyenes utbredelse. Hvis dette viser seg å være tilfellet, ser det ikke ut til at den foreslåtte mekanismen utgjør noe «missing link» mellom solflekker og klima.

Etter vår oppfatning illustrerer figur 3 flere problemer med den foreslåtte mekanismen. Selv om skydekningen viser klar variasjon innen en solsyklus, er det ingen tydelig langtidstrend. Det er for eksempel liten forskjell i skydekke (og i kosmisk stråling) i de tre periodene: slutten av 70-årene, i 86-87 og rundt 1996. Dessuten var det økende skymengder utover i 90-årene, noe som skulle bidra til lavere temperatur ifølge Svensmark og Friis-Christensen, mens observasjoner viser en klar oppvarming. For perioden 1990 til 1996 ser det altså ut til at hypotesen gir feil fortegn for temperaturendringen. En skulle også vente å se klarere spor av solflekksyklusen i data for global temperatur, selv om det er mange faktorer som gir variasjoner fra år til år. Dette er en av hovedinnvendingene mot hypotesen. Andre faktorer kan ha maskert virkningen, for eksempel El Niño i de siste par årene. Det er også treghet i klimasystemet på grunn av vekselvirkninger med havet. Men avkjølingen som fulgte etter at store mengder partikler var sendt ut i atmosfæren ved utbruddet av vulkanen Pinatubo (1991), viser at endringer i atmosfæren raskt kan påvirke den globale middeltemperaturen.

Selv om hypotesen om solaktivitetens betydning er interessant, mener vi det er et stort behov for flere undersøkelser. Det er betydelig usikkerhet om mekanismene, om holdbarheten av kritiske antagelser, utvelgelse av temperaturdata, og samvariasjonene finnes bare over en begrenset periode. Det er i denne sammenheng viktig å være klar over at det ikke foreligger noen etablert fysisk forklaring på hvordan endringer i utstrålingen fra sola kan påvirke skyene på en måte som videre påvirker jordas klima, noe også Svensmark og Friis-Christensen bemerker. Brekke og Engvold skriver at målinger tyder på at endringer i utstrålingen fra sola virker som en «av-på»-bryter for jordas skylag, og de antar at kosmiske partikler gir opphav til sekundære partikler som videre stimulerer skydannelse.

Ved CERN (Det europeiske laboratorium for partikkelfysikk i Sveits) undersøker en mulighetene for å utføre eksperimenter som kan bidra til å vurdere holdbarheten av hypotesen. Det er imidlertid et åpent spørsmål om en vil være i stand til å gjenskape forhold som er tilstrekkelig like dem som finnes i atmosfæren.

Dagens klimamodeller

Dersom endringer i solaktiviteten er den dominerende årsak til den temperaturstigningen som er observert de siste hundre år, må det være helt vesentlige feil i dagens klimamodeller. Selvsagt er det mange usikkerheter, blant annet i skyenes betydning og i diverse tilbakekoplingsmekanismer, men den fundamentale virkning av drivhusgassene på strålingsbalansen er vel kjent. Ifølge modellene vil en dobling av CO2-konsentrasjonen gi en økt global middeltemperatur på 1,5-4,5OC ved likevekt. Økningen i global temperatur reproduseres rimelig bra av modellene. IPCC viser for øvrig at en kan få noe bedre overensstemmelse dersom endringen i solintensitet tas med, så denne faktoren er på ingen måte glemt (IPCC, 1996, figur 8.4).

Sola, vulkaner og gasser: Alt har bidratt

Michael E. Mann ved University of Massachusetts og hans medarbeidere publiserte nylig beregnede temperaturer for nordlige halvkule for de siste seks hundre år. De baserte seg på en rekke ulike typer av data (blant annet årringer i trær, iskjerner, informasjon om issmelting, direkte målinger). De så ikke bare på midlere temperatur for nordlige halvkule, men også på det regionale mønsteret. Dette synes å være den grundigste analysen av langtidsendringer i temperaturen til nå. De studerte også, med avanserte statistiske metoder, samvariasjonen mellom temperatur og tre faktorer som antas være viktige for klimaet: total solintensitet, partikler fra vulkanutbrudd og CO2.

Deres konklusjon er at alle tre faktorer har hatt betydning for middeltemperaturen de siste 400 år. Mens solintensiteten har hatt størst betydning i det meste av perioden, blir drivhusgassene den dominerende faktor utover i vårt århundre. I en kommentar til dette arbeidet hevder imidlertid Peter Thejll og Henrik Svensmark ved Danmarks Meteorologiske Institut at solintensitetens betydning blir tydeligere dersom en foretar en utglatting av temperaturdataene før korrelasjonen beregnes.

Temperaturvariasjoner i dette århundret

En av figurene i artikkelen til Brekke og Engvold viser variasjoner i den globale overflatetemperatur for perioden 1900-1985. De sier at den sterkeste temperaturøkningen fant sted før ca. 1940. Uten å referere til noen studier hevder de også at det ikke er registret noen oppvarming de siste 50 år. Dette stemmer ikke med det som foreligger av målinger og analyser. Som det fremgår av vår figur 2, er det klart at en også har hatt en kraftig temperaturstigning etter ca.1975. I denne perioden er dessuten usikkerheten i trenden liten. I flere senere år har den globale middeltemperaturen trolig vært høyere enn noen gang siden 1400-tallet. Andre indikatorer (temperatur i dype borehull, isbreutbredelse) støtter opp under konklusjonen fra de direkte temperaturmålingene.

IPCC angir at jordas midlere overflatetemperatur har økt med mellom 0,3OC og 0,6 OC siden slutten av forrige århundre. Det konkluderes i forsiktige vendinger med at økte utslipp av klimagasser sannsynligvis er årsaken, eller en medvirkende årsak, til dette. Brekke og Engvold hevder at betydningen av naturlige klimaendringer blir undervurdert, og viser til varme perioder i tidligere tider før de menneskeskapte utslippene hadde startet. Det er selvfølgelig ingen uenighet om at det har forekommet store endringer i klimaet før menneskenes virksomhet kan ha vært av betydning, men dette utelukker ikke muligheten for menneskeskapte effekter i tillegg.

Brekke og Engvold trekker frem usikkerheter i IPCCs estimat for global oppvarming, spesielt den såkalte urbaniseringseffekten, dvs. at noen målestasjoner kan vise en oppvarming på grunn av økende befolkningstetthet rundt stasjonen. Dette er imidlertid et problem som IPCC har vært meget opptatt av, og man mener å ha korrigert for effekten. Vi undrer oss over påstanden «I områder med lav befolkningstetthet finner en lite eller ingen økning i temperaturen». At det finnes slike stasjoner, finner vi meget sannsynlig, men hva er belegget for en slik generell påstand? Det er også noe uklart for oss hva Brekke og Engvold egentlig mener. Mener de at det ikke har vært en økning i jordas temperatur? Eller mener de at det har vært en oppvarming som kan forklares ved endringer på sola?

Satellittmålinger, som gir temperaturen i nedre del av troposfæren, har vist et noe annet mønster enn bakkemålingene. Satellittmålingene strekker seg dessverre bare over perioden fra ca. 1979. Instrumentene var opprinnelig ikke beregnet på denne type målinger, og det har vært en del diskusjon om påliteligheten i trenden. Flere ganger er det blitt påpekt at temperaturmålingene fra satellitt må korrigeres på grunn av ulike problemer, blant annet knyttet til kalibrering av serier fra ulike satellitter og på grunn av avtakende høyde på satellittene. Ifølge Science 14.8.98 og 25.9.98 har forskjellen på satellitt- og bakkemålinger blitt mindre. Det synes klart at usikkerheten i temperaturmålingene fra satellitter er større enn tidligere antatt. Det er nok sikrest å vente til debatten om nøyaktigheten er mer avklart og måleserien lengre, før det trekkes konklusjoner.

Akkumulert effekt

Brekke og Engvold nevner at variasjonen i solas utstråling over en aktivitetsperiode (solflekksyklus) er ca 0,24 W/m2. Dette er, sier de, meget nær det samme strålingspådriv som IPCC har beregnet (0,25 W/m2) for å forklare den antatte globale temperaturøkning i samme periode. Men her er det viktig å være klar over at man ikke kan relatere temperaturendringer over en så kort periode til økningen i klimagasser og strålingspådrivet over samme periode. I tillegg til at det er naturlige svingninger slik at en må se på langtidsendringer, kommer det forhold at temperaturen også påvirkes av hva strålingspådrivet var før den aktuelle perioden på grunn av klimasystemets treghet. Det er den akkumulerte effekten av en jevn økning i klimagasser i atmosfæren over lengre tid som betyr noe. Siden førindustriell tid er det snakk om ca 2,5 W/m2, dvs. ti ganger så mye som nevnt ovenfor (uten det negative bidraget fra partikler i atmosfæren). Den sykliske endringen i solaktiviteten har mindre interesse i et langtidsperspektiv.

Supplerende forklaringer

Bedre kunnskap om betydningen av solaktiviteten er viktig. Slik kunnskap vil gi bedre prognoser over forventet klima under ulike antakelser om utslipp av drivhusgasser. Det er mulig at bidraget fra endringer i solaktiviteten er noe større enn IPCC antyder. Det er imidlertid ikke vitenskapelig grunnlag for å tolke solflekkteorien dit hen at drivhusgassenes bidrag til global oppvarming er ubetydelig. Det er overraskende få som har sett at drivhus- og solflekkteoriene supplerer hverandre. Det er store naturlige svingninger i klimasystemet, og mye av dette er vanskelig å forklare. Kanskje kan forskningen omkring solflekkenes betydning gi oss forklaringen på noen av disse klimasvingningene. Det er viktig at vi får en saklig debatt om disse spørsmål. Dessverre har klimadebatten ofte vært preget av sort/hvitt-tenkning der ulike forklaringer blir oppfattet som konkurrerende og ikke utfyllende.

Referanser og supplerende litteratur

  • IPCC, 1996. Climate Change 1995. The Science of Climate Change. Cambridge University Press.
  • Eddy, J.A., 1976. The Maunder minimum. Science, 192, 1189-1202.
  • Artikler av Seip og Fuglestvedt i Norsk Oljerevy, 9/96, 11/96 og 2/97.
  • Reid, G.C. 1987. Influence of solar variability on global sea surface temperatures. Nature, 329, 142-143.
  • Fuglestvedt, J.S. og Seip, H.M. Kronikk i Aftenposten 12.11.1996; Naturen 5/97.
  • Friis-Christensen, E. og Lassen, K., 1991. Length of the solar cycle: an indicator of solar activity closely associated with climate. Science, 254, 698-700.
  • Kuang Z., Jiang, Y., and Yung, Y.L., 1998. Cloud optical thickness variations during 1983-1991: Solar cycle or ENSO? Geophysical Research Letters, 25, 1415-1417.
  • Lassen, K., 1997. Long-term variations in Solar Activity and their Apparent Effect on the Earth's Climate. Technical report 97-11. Danish Meteorological Institute.
  • Mann, M.E., Bradley, R.S. and Hughes, M.K., 1998. Global-scale temperature patterns and climate forcing over the past six centuries. Nature, 392, 779-787.
  • Svensmark, H. and Friis-Christensen, E., 1997. Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage - a missing link in solar - climate relationships. J. Atmos. Solar-Terrestrial Phys., 59, 1225-1232.
  • Thejll, P. and Svensmark, H., 1998. Comments on the paper «Global-scale temperature patterns and climate forcing over the past six centuries», by Mann, Bradley and Hughes, in Nature, 1998, April 23, p. 779. Technical report 98-13. Danish Meteorological Institute.

Temperaturdata:

HYPERLINK: http://www.meto.gov.uk/sec5/CR_div/Tempertr/index.html

Hans M. Seip er professor ved Kjemisk institutt og er tilknyttet CICERO, Senter for klimaforskning ved Universitetet i Oslo. Jan S. Fuglestvedt er atmosfærekjemiker og er ansatt som forsker ved CICERO.

Emneord: Matematikk og naturvitenskap, Fysikk, Astrofysikk, romfysikk, astronomi, Geofag, Meteorologi Av Hans M. SeipTekst: Jan S. Fuglestvedt
Publisert 1. apr. 1998 00:00