CO2 og temperatur

Ole Humlum, Kjell Stordahl og Jan-Erik Solheim (HSS) har nylig publisert artikkelen The phase relation between atmospheric carbon dioxide and global temperature [1]. Et tidligere innlegg har vist at HSS antagelig regner riktig når de sammenligner endringer i global temperatur og atmosfærisk CO2 konsentrasjon, men at de trekker feil konklusjon. Innlegget som du leser nå, bygger på første delen av det tidligere innlegget, og forutsetter at du har lest det t.o.m. dets Figur 3.

Korrelasjonen mellom DIFF12 verdiene til temperatur og CO2 er upåvirket av langtidstrendene, og korrelasjonen sier derfor ikke noe om dem. Men det er ikke noe galt å regne med DIFF12 verdiene, bare en vet hva en gjør. Lineær regresjonsanalyse av sammenhengen mellom DIFF12 verdiene kan brukes til å estimere hvor følsom atmosfærens CO2 innhold er for endringer i global temperatur. Regresjonsanalysen gir også et estimat av hvor stor del av økningen i atmosfærisk CO2 som kan tilskrives økningen i temperatur og hvor stor del som må tilskrives andre ting.

Figur 1: DIFF12 global temperatur (GISTEMP [3]) og global CO2 (ESRL [2]) for 1980 til 2011.

Figur 1 viser sammenhengen mellom DIFF12 verdiene til temperatur og CO2 når CO2 er forsinket 10 måneder relativt temperatur. Lineær trendanalyse gir en trend med helning 2,71 ppm/°C. CO2 endringene kommer etter temperaturendringene. En fysisk forklaring er at varmt hav kan holde på mindre oppløst CO2 enn kaldt hav. Når vanntemperaturen stiger blir det derfor netto utgassing av CO2 til atmosfæren, og omvendt når vanntemperaturen synker.

Følsomheten 2,71 ppm/°C er estimert med GISTEMP, som er global overflatetemperatur over både hav og land. Hvis vi bytter ut GISTEMP med HadSST3 [4], som er overflatetemperatur over hav, blir følsomheten 3,07 ppm/°C, dvs. nesten den samme. Det er stor autokorrelasjon i dataene som brukes i regresjonsanalysen. Det ser vi klart i Figur 1, der punktene etter hverandre i tid er bundet sammen med stiplet strek. De beregnete trendene er langt fra å være statistisk signifikante. Vi har heller ikke prøvd å kompensere for andre fenomener som eksempelvis vulkanutbrudd. Følsomheten er for korttidsvariasjoner, der «kort» er enn i størrelsesorden år. På denne bakgrunnene er det god overenstemmelse mellom verdiene estimert vha. GISTEMP og HadSST3, og det er riktigst å si at estimatet for perioden 1980 til 2011 er ca 3 ppm/°C.

David C Frank et al [5] publiserte i 2010 en artikkel i Nature der de beregnet følsomheten basert på målte verdier fra førindustriell tid. Estimatene deres er langtidsfølsomhet, der «lang» er i størrelsesorden 100 år. De gjør mange beregninger, og medianen av resultatene er 7,7 ppm/°C. Intuitivt virker det riktig at langtidsfølsomheten er større enn korttidsfølsomheten, så estimatet 3 ppm/°C basert på regresjonsanalyse av DIFF12 verdiene passer brukbart med artikkelen i Nature.

Temperaturen har steget ca 0,5°C i perioden 1980 til 2011. Med en følsomhet på 3 ppm/°C gir temperaturøkningen en økning i atmosfærisk CO2 på 1,5 ppm. Med medianverdien i Nature gir temperaturøkningen en CO2 økning på 3,9 ppm. Dvs. at temperaturstigningen forklarer bare en liten del av den totale økningen på 53 ppm mellom 1980 og 2011. Nedenfor går vi litt mere detaljert gjennom dette.

Den lineære regresjonsanalysen resulterer i både en helning og et skjæringspunkt med y aksen. Ligning (1) viser dette med numeriske verdier fra Figur 1.

     Ligning (1)     dCO2 [ppm/år] = 1,65 [ppm/år] + 2,71[ppm/°C] * dT[°C/år]

Ligning (1) gjelder for observasjoner i intervallet 1980 til 2011, dvs. 32 år. Temperaturendringen i disse 32 årene er ca 0,5°C, dvs. at dT er 0,0156 °C/år.

ΔCO2 er endring i atmosfærisk CO2 i disse 32 årene, som vist i Ligning (2). Ligning (2) fremkommer fra Ligning (1) ved å multiplisere inn temperaturstigning per år i det andre leddet, og å multiplisere inn antall år i begge leddene.

     Ligning (2)     ΔCO2 [ppm] = 1,65*32 [ppm] + 2,71*0.0156*32 [ppm]
                                             = 52,8 [ppm]      + 1,35 [ppm]

Det siste leddet 1,35 ppm skyldes temperaturstigningen gjennom de 32 årene. Det første leddet 52,8 ppm er dominerende, og det må skyldes noe annet. Regresjonsanalysen av DIFF12 verdiene sier ingenting om hva dette andre kan være, men det er nærliggende å tenke på menneskeskapte utslipp av drivhusgasser.

Konklusjon

I analysen over har jeg benyttet DIFF12 metodikken til Humlum et al. I det tidligere innlegget som jeg referte til innledningsvis, har jeg vist at jeg får omtrent samme resultater som Humlum et al, noe som tyder på at vi regner riktig. Humlum et al trakk en forhastet konklusjon basert på at kortsiktige temperaturendringer kommer før kortsiktige CO2 endringer. Jeg har gått et steg videre med en regresjonsanalyse av DIFF12 verdiene, og da stemmer resultatene godt med konsensusen blant klimaforskerene. Økningen i atmosfærisk CO2 innhold i de siste dekadene skyldes noe annet enn temperaturstigningen.

Referanser

1. The phase relation between atmospheric carbon dioxide and global temperature
Ole Humlum, Kjell Stordahl og Jan-Erik Solheim

2. NOAA globale CO2 målinger
Earth System Research Laboratory (ESRL) ved National Oceanic & Atmospheric Administration (NOAA)

3. NASA GISS Globale temperaturer GISTEMP
National Aeronautics and Space Administration, Goddard Institute for Space Studies

4. Hadley Centre SST data set (HadSST3)

5. Ensemble reconstruction constraints on the global carbon cycle sensitivity to climate.
David C Frank et al.