Og vejret for de kommende årtier...

Publiceret Oktober 2001

Der er udsigt til politisk stormvejr når FN's klimapanel i år udsender sin tredje store rapport om klimaændringer. Men hvor videnskabeligt holdbare er resultaterne af computerberegningerne over drivhuseffekten egentlig  – og hvad kan Københavns Universitets forskning i den grønlandske indlandsis egentlig bruges til i den sammenhæng?

Der er i øjeblikket stor opmærksomhed omkring mulige menneskeskabte klimaændringer. Interessen skyldes dels problemerne omkring ratificering af Kyoto-protokollen, dels at det internationale IPCC (Inter-governmental Panel on Climate Change) i år udsender sin tredje store videnskabelige rapport om klimaændringer.

IPCC, der blev oprettet i 1988 på baggrund af den stigende politiske bekymring for menneskeskabte klimaændringer, udøver ikke selv forskning, men samler og vurderer resultater fra den videnskabelige litteratur. IPCC-rapporterne er opbygget med videnskabelige afsnit som dækker, efter IPCC's udsagn, over 2000 forskeres resultater. Derudover indeholder rapporterne et "summary for policymakers". Dette summary er skrevet af udvalgte forskere som overordnet konklusion på rapporten.

Den stærke politiske interesse for IPCC's konklusioner har gjort hele forskningsfeltet meget følsomt. Forskere som er uenige i konklusionerne, kaldes ved ophidsede møder drivhusskeptikere og rubriceres ufrivilligt i kategori med ?forskere? købt af olieindustrien eller arabiske lande.

Mere betænkeligt er måske den vægt IPCC-rapporterne får som en slags kanoniserede tekster fra økumeniske møder hvor apokryffe tekster (tvivlsomme bibelskrifter som kirken ikke anerkender som ægte, red.) frasorteres, for nu at formulere det lidt polemisk.

Problemet er at uanset at konklusionerne i IPCC-rapporterne er fornuftige, så fremstår de som enige vurderinger fra flere tusinde forskere hvorved usikkerheden og uenighederne i vurderingerne bliver stærkt undervurderet.

Computermodeller med forskellige scenarier

Den videnskabelige vurdering i rapporterne er i høj grad baseret på resultaterne af simuleringer af såkaldte GCM-scenarier. Det er computerberegninger hvori der antages et forhøjet, typisk fordoblet, indhold af kuldioxid i atmosfæren. Modellen beregner så den resulterende temperaturforøgelse.

Den første rapport i 1990 konkluderede på baggrund af resultaterne fra forskellige modeller rundt omkring i verden at der ville ske en væsentlig temperaturstigning inden for de næste fem år. Dette førte til en stor international opmærksomhed omkring drivhuseffekten. Vi oplevede dog ikke i de følgende fem år en så voldsom temperaturstigning som forudsagt af IPCC.

Den følgende rapport nedjusterede derfor også prognosen. Det nye ved denne rapport var at virkningen af en del af den menneskeskabte forurening, nemlig mikroskopiske støvpartikler, også kaldet aerosoler, i atmosfæren blev inkorporeret i modellerne. Disse støvpartikler virker afkølende fordi de tilbagereflekterer den indkommende solstråling.

I de seneste seks år siden den anden IPCC-rapport er den globale temperatur tilsyneladende steget mere end forudsagt i rapporten, og den nye rapport, som er tilgængelig på Internettet, er også endnu engang mere dramatisk i sin prognose. Dette er dog på baggrund af modeller, som er betydeligt mere detaljerede end modellerne rapporteret i 1990.

Menneskeskabt eller naturlig klimaændring

Usikkerheden bunder i at vurdere i hvor høj grad den observerede temperaturstigning på omkring 0,6 grader igennem de seneste 100 år er et naturligt udsving eller skyldes den menneskeskabte drivhuseffekt.

For at få et billede af den naturlige klimavariation må vi kende klimaet i en meget længere periode end de cirka 100 år hvor temperaturen er blevet målt. Vi ved fra historiske beretninger at klimaet har varieret meget før industriel tid. For at få et kvantitativt billede af dette må vi ty til en række forskellige indirekte klimaindikatorer.

En væsentlig indikator er tykkelsen og hårdheden af træernes årringe. Når det er varmt, vokser træerne mere hvorved træringstykkelsen er et indirekte mål for temperaturen i træets vækstsæson.

En anden meget vigtig klimaindikator, som er udviklet af professor Willy Dansgaard ved Københavns Universitet, er målinger i gletscheris.

Den Grønlandske indlandsis udgør et uvurderligt klimaarkiv. Indlandsisen er skabt ved snefald, som igennem titusindvis af år er sammentrykket til et ismassiv. Det kan på denne måde ses som et stort atmosfære-sediment.

Isen er flydende og flyder under sin egen vægt langsomt ud og smelter ved kysten eller brækker af som isbjerge. Men lige på toppen, ved isdeleren, er flydningen lodret og lagene af årlig nedbør bevares.

Ved at optage en borekerne af isen hele vejen ned til grundfjeldet, som ligger tre kilometer under isoverfladen, har man en kontinuert prøve af is som stammer fra nedbør igennem de sidste cirka 250 tusinde år. I isens koncentration af tunge ilt- og brint-isotoper findes et mål for temperaturen på det tidspunkt hvor isen faldt som sne på iskappen. Ved at måle ilt-isotopkoncentrationen igennem iskernen har glaciologerne fået et indirekte mål for variationerne i temperaturen.

Istider og mellemistider

Klimaet har igennem den sidste million år svinget periodisk imellem istider og mellemistider med ca. 100.000 års intervaller. Vi har endnu ikke nogen endelig teori der kan forklare dette.

Den bedste kandidat til en forklaring er at det skyldes ændringerne i jordens bane omkring solen således at solindstrålingen varierer. Istiderne falder så når solindstrålingen er lav.

Problemet med denne forklaring er at de ændringer som sker i solindstrålingen, er minimale i forhold til de store klimatiske forandringer som observeres. Klimasystemet må respondere med en eller anden form for forstærkningsmekanisme som ingen computermodel til dato har været i stand til at efterligne.

Iskernemålingerne går så langt tilbage at vi kan se svingningerne fra mellemistid til istid. I sidste istid observerede glaciologerne til deres store overraskelse at klimaet ikke bare var koldt. Det svingede meget pludseligt imellem et ?mellemvarmt? klima og istidsklimaet.

Disse svingninger svarer til en global temperaturændring på måske 5-7 grader på 10-20 år. Det er unægteligt en stor variation i sammenligning med ændringen på 0,6 grader over de sidste 100 år. Resultatet var så overraskende at det først blev accepteret efter at man havde lavet en ny boring i den anden ende af den Grønlandske indlandsis som bekræftede den første. Disse svingninger er nu også set i oceanbundskerner og kaldes internationalt Dansgaard-Oeschger begivenheder.

Iskernerne indeholder et væld af andre oplysninger. Man kan fx måle støv som stammer fra vulkanudbrud. På denne måde er årstallet for Santorini-vulkanes udbrud bestemt hvilket har ført til revisioner i udforskningen af det antikke Grækenland.

En anden vigtig faktor er indholdet af gasser. I processen hvor sneen sammenpresses til is, indkapsles små luftbobler i isen. Disse bobler indeholder prøver på atmosfæreluften, hvorfra vi har fået information om atmosfærens indhold af kuldioxid igennem istidssvingningerne. Dette indhold har varieret i takt med temperaturen, dog ikke så voldsomt som i de sidste 100 år.

En del af forklaringen på denne variation er at et koldt ocean kan indeholde mere kuldioxid i form af kulsyre end et varmt ocean. Derfor sker der en udveksling af kuldioxid imellem atmosfæren og oceanerne i takt med temperatursvingninger. Dette samspil med oceanerne er en yderligere komplikation når vi vil forstå størrelsen af den menneskeskabte drivhuseffekt.

Gaia-teorien

Vi ved at jorden igennem sin historie har oplevet skiftende klima, og der er er ingen tvivl om at vores aktiviteter på jorden påvirker klimaet. Det gælder lige såvel den øvrige del af biosfæren som er en integreret del af klimaet.

Dette er mest tydeligt formuleret af James Lovelock i hans teori om de kemiske forandringer i atmosfæresammensætningen og reguleringsmekanismerne som følger af det biologiske liv. Teorien er kaldt Gaia-teorien efter jordens gudinde, og har bidraget til den måde vi tænker på klimaet i dag.

Gaia-teorien er, efter sigende til Lovelocks fortrydelse, blevet ganske populær iblandt holister, mystikere og økologister. Gaia-teorien omhandler klimaskift på meget lange geologiske tidsskalaer, og kan ses som en teori om hvad der adskiller Jorden fra vores naboplaneter. 

For at forstå størrelsen og de socio-økonomiske konsekvenser af de eventuelle menneskeskabte klimaændringer er hastigheden hvormed de foregår, af stor betydning. Det er jo ikke specielt relevant i dag at vi måske om titusinde år på trods af drivhusopvarmning er på vej ind i en ny istid.

En del af IPCC's rapport - og adskillige bidrag i den nye bog fra Dansk Klimacenter, 'Climate Change Research, Danish Contributions'- er konsekvensberegninger af regionale ændringer for landbrug og samfund givet model-scenariernes præmisser. Disse beregninger er trods de store usikkerheder vægtige i de politiske klimaforhandlinger landene imellem.

Læs mere om klimaet

Litteraturen omkring klimaændringer er omfattende. For den interesserede med lidt matematisk baggrund findes populære fremstillinger af klimaet i: Kvant 9, november 1998.

Den forestående IPCC-rapport findes på Internettet: www.ipcc.ch/pub/reports.htm

En interessant kritisk røst om drivhuseffekten og IPCC findes på: www.john-daly.com

Iskerneboringerne har en hjemmeside med daglig opdatering fra Indlandsisen: www.glaciology.gfy.ku.dk/ngrip/

Offentliggjort i Universitetsavisen. Gengivet efter aftale.

Hvad er drivhuseffekten?

Bekymringen over menneskeskabte klimaændringer er næsten hundrede år gammel. I begyndelsen af forrige århundrede gjorde den svenske atmosfærekemiker Ahrrenius opmærksom på at den kuldioxid som udsendes til atmosfæren ved afbrænding, bidrager til atmosfærens drivhuseffekt.

Jorden opvarmes af den kortbølgede stråling fra solen og afkøles ved udstråling af langbølget varmestråling. Disse to størrelser er i balance hvis jordens gennemsnitstemperatur er konstant.

Drivhuseffekten skyldes at gasser i atmosfæren absorberer en del af den langbølgede varmestråling fra jorden mens de lader den kortbølgede solstråling passere uhindret ned igennem atmosfæren til opvarmning af jordoverfladen. Den langbølgede varmestråling afhænger af temperaturen på det sted hvorfra udstrålingen sker. Da atmosfæren på grund af absorptionen ikke er ?gennemsigtig? for varmestrålingen, sker den effektive udstråling til verdensrummet et sted oppe i atmosfæren. Det er temperaturen på dette sted, kaldet det effektive udstrålingsniveau, som vil være bestemt af balancen med den indkommende kortbølgede solstråling.

I den nedre del af atmosfæren falder temperaturen med højden. Det erfarer vi når vi bevæger os op i bjergene, under normale omstændigheder falder temperaturen med cirka seks grader Celcius per kilometer. Det effektive udstrålingsniveau er cirka fem kilometer oppe hvor temperaturen er cirka 30 grader koldere end ved jordoverfladen. Hvis ikke der havde været en atmosfære ville det effektive udstrålingsniveau have været ved jordoverfladen og temperaturen havde været 30 grader koldere.

Vi har altså en naturlig drivhuseffekt på omkring 30 grader.

Den naturlige drivhuseffekt

Størstedelen af drivhuseffekten, cirka 98 procent, stammer fra vanddamp, mens de resterende to procent skyldes kuldioxid, metan og andre gasser.

Vanddampen i atmosfæren fremkommer ved fordampning fra oceanerne. Denne fordampning afhænger af overfladetemperaturen som på sin side afhænger af drivhuseffekten som igen afhænger af mængden af vanddamp som afhænger ad fordampningen. Denne form for sammenhæng kaldes, med et låneord fra kybernetikken, et feedback-loop.

En anden væsentlig feedback gør sig gældende igennem skydannelsen. Vanddampen i atmosfæren kan fortætte til skyer, og i sidste ende regne ud af atmosfæren. Skyerne indvirker på temperaturen ved at blokere for den indkommende solstråling. Det mærker vi øjeblikkeligt ved at temperaturen falder når en sky går for solen.

Men skyerne har også en drivhuseffekt ved at blokere for den udgående varmestråling. Det mærker vi om natten, især om vinteren, hvor det bliver betydeligt koldere i stjerneklart vejr end når det er overskyet. Disse to effekter fra skyerne er ganske væsentlige og modsatrettede.

En måde at angive betydningen af forskellige faktorer er at angive opvarmningen per kvadratmeter som følge af de forskellige faktorer. Den direkte solstråling er på over 300 W/m2, en del af denne reflekteres direkte tilbage til verdensrummet så opvarmningen svarer til et par hundrede Watts pærer i gennemsnit per kvadratmeter jordoverflade.

Effekten af skyernes opvarmning og afkøling er henholdsvis plus 30-40 W/m2 og minus 30-40 W/m2 og afhænger hver især af skytype , skyhøjde og andre faktorer. Drivhuseffekten fra det forøgede menneskeskabte indhold af kuldioxid i atmosfæren er i størrelsesorden 1 W/m^2 og altså mere end en størrelsesorden mindre end de naturlige faktorer.

De naturlige faktorer vil ændre sig med temperaturen som følge af feedback-mekanismer som dem der er beskrevet ovenfor, så vi står overfor en uhyre vanskelig opgave når vi vil vurdere effekten af de menneskelige påvirkninger.

Udviklingen af computermodeller

En kvantitativ beskrivelse af klimaet og klimaforandringer fordrer at vi løser de ligninger som beskriver systemet. Allerede i begyndelsen af sidste århundrede var det kendt at vejret i princippet kunne forudsiges ved at løse bevægelsesligningerne for luftstrømmene.

Opgaven var dog komplet umulig før udviklingen af computeren. Det var ligefrem sådan at efter 2. verdenskrig hvor de første regnemaskiner blev udviklet til at bryde nazisternes koder, kastede computeringeniørerne sig over det sværeste problem de kunne finde som fordrede computerkraft. Det var vejrprognoser.

Det tog dog yderligere 30 år før de computerberegnede prognoser blev så pålidelige at de udkonkurrerede de traditionelle håndtegnede meteorologiske vejrkort. Undervejs i processen udvikledes i øvrigt kaosteorien, men det er en anden historie.

Ved et symposium i 1974, arrangeret af World Meteorological Organization under FN, diskuterede nogle af verdens førende meteorologer den teoretiske mulighed for at beregne klimaet ved hjælp af computermodeller for vejrprognoser. Dette blev startskuddet til en lang udvikling af computermodeller, kaldet "generelle cirkulationsmodeller" eller GCM?er i fagjargon. Den sideløbende udvikling af computeren og detaljeringsgraden i modellerne har igennem 25 års udvikling gjort modellerne i stand til at give en realistisk beskrivelse af klimaet.