Door dr. Rudolph Kalveks.

In een recente lezing legde Nobelprijswinnaar en natuurkundige John Clauser uit hoe de modellen en analyses van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), waarop politici en activisten vertrouwen om beweringen over een ‘klimaatcrisis’ te ondersteunen, niet voldoen aan de basisnormen van wetenschappelijk onderzoek. Clauser ontving zijn Nobelprijs in 2022 voor de observationele meting van kwantumverstrengeling en begrijpt het probleem van het onderscheiden van een fysiek signaal van achtergrondruis goed.

Clauser toont aan dat, wanneer gecorrigeerd voor de foutgevoelige rekenkunde en statistieken van het IPCC, de observatiegegevens de machtsonevenwichtigheid die verantwoordelijk wordt geacht voor de opwarming van de aarde niet ondersteunen. Bovendien zijn de uitkomsten van klimaatmodellen in strijd met de observatiegegevens.

Clauser bespreekt de rol van convectie, wolken en hun variabiliteit bij het bieden van een negatief feedbackmechanisme, en stelt voor dat dit fungeert als een thermostaat die de oppervlaktetemperaturen stabiliseert. Clausers conclusie is dat beweringen over een ‘klimaatcrisis’ geen wetenschappelijke basis hebben en dat Net Zero-beleid een onnodige belemmering vormt.

Figuur 1. Schematische weergave van de wereldwijde gemiddelde energiebalans van de aarde.Getallen geven de beste schattingen aan voor de omvang van de wereldwijd gemiddelde energiebalanscomponenten, samen met hun onzekerheidsbereiken (5%-95% betrouwbaarheid), die de klimaatomstandigheden aan het begin van de 21e eeuw vertegenwoordigen. Merk op dat de cijfers worden uitgedrukt in termen van vermogensflux (Watt per vierkante meter of W/m 2 ), wat gelijk is aan energie per seconde per oppervlakte-eenheid (Joule/s/m 2 ). (Bron: IPCC AR6 WG 1-rapport p.934.)

Clauser’s voordracht is beschikbaar op YouTube. Er is echter wel wat voor te zeggen om de natuurkundige argumenten nog eens te bekijken die gebaseerd zijn op observationele data over atmosferische energiestromen om het idee van een door antropogene opwarming van de aarde (AGW) veroorzaakte klimaatcrisis te weerleggen.

 

Energiestromen in het klimaatsysteem

Het is nuttig om te beginnen met een vereenvoudigde weergave van de zonne-energiestroom die de aarde bereikt, de transformatie ervan door het klimaatsysteem van de aarde en de resulterende (meestal thermische) energiestroom die de atmosfeer van de aarde verlaat. Dit wordt getoond in Figuur 1, afkomstig uit een recent IPCC-rapport.

Het IPCC-diagram toont een energie-onevenwicht, zijnde het verschil tussen de binnenkomende zichtbare en UV-zonnestraling 340 W/m 2, minus de hoeveelheid gereflecteerde (100 W/m 2), minus de uitgaande infrarode (IR) thermische straling (239 W/m 2). Het beweerde onevenwicht aan de bovenkant van de atmosfeer is 0,7 W/m 2 (plus of min 0,2) en het IPCC beweert dat dit de voortdurende opwarming van het klimaatsysteem veroorzaakt.

Tabel. 1. Energiestromen aan de bovenkant van de atmosfeer. Energiestromen aan de bovenkant van de atmosfeer van de aarde, met hun fouten volgens figuur 1. De balans wordt berekend op basis van de componenten.

De stralingsmetingen die nodig zijn voor deze berekening worden uitgevoerd op verschillende golflengten door instrumenten die worden gedragen door satellieten, en observatiefouten zijn onvermijdelijk. Door de onzekerheidsbereiken in de inkomende, gereflecteerde en uitgaande stromen te combineren die in Tabel 1 worden weergegeven, met behulp van de standaard statistische Root Mean Square-regel, blijkt dat de foutmarge in de berekende onbalans in werkelijkheid 3 W/m 2 is , ongeveer 15 keer groter dan de foutmarge van 0,2 W/m 2 die door het IPCC wordt geclaimd. Kortom, er is geen waargenomen energie-onbalans. De geclaimde onbalans van 0,7 W/m 2 wordt gedomineerd door observatiefouten en wordt vanuit een wetenschappelijk perspectief door Clauser beschreven als een “fudge”.

Natuurlijke variabiliteit

Belangrijk is dat de IPCC-behandeling de natuurlijke variabiliteit van de zonne-energiestroom die het klimaatsysteem binnendringt, onderschat. Een belangrijk element dat deze variatie aanstuurt, is ‘albedo’, het deel van het zonlicht dat wordt weerkaatst door wolken of het oppervlak. De mate van bewolking, die doorgaans ongeveer tweederde van het aardoppervlak bedekt, is in feite vrij dynamisch en als gevolg daarvan varieert albedo van maand tot maand in een bereik van 0,275 tot 0,305. Clauser schat dat de resulterende maandelijkse variatie in weerkaatste energie het bereik (95-105 W/m 2 ) beslaat. Clauser merkt op dat dit fluctuerende maandelijkse patroon niet goed wordt gerepliceerd door de computermodellen van het Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) die door het IPCC worden gebruikt, en die daarom belangrijke aspecten van de fysica van wolken moeten missen.

Dit is belangrijk omdat de natuurlijke variabiliteit die door variaties in wolken en albedo in het klimaatsysteem wordt geïntroduceerd, het effect van secundaire broeikasgassen zoals CO2 overschaduwt. Bovendien geeft de relatieve stabiliteit van het klimaatsysteem van de aarde in het licht van deze schommelingen in de invoer van zonne-energie aan dat er negatieve feedbackmechanismen aan het werk zijn.

Oppervlaktewarmtestromen en de aard van het atmosferisch evenwicht

Voordat we terugkeren naar het onderwerp wolken, zijn er nog wat opmerkingen over de energiestromen die in Figuur 1 zijn afgebeeld op hun plaats. In de thermodynamica is het cruciaal om onderscheid te maken tussen energie en warmte. De Eerste Wet van de Thermodynamica stelt dat energie behouden blijft. De Tweede Wet van de Thermodynamica stelt dat de entropie nooit afneemt, en dit houdt op zijn beurt in dat warmte alleen stroomt van warmere naar koudere objecten en nooit andersom.

Om de fysica van atmosferische processen te begrijpen, is het noodzakelijk om rekening te houden met deze richting van warmtestromen. De energiestroom ‘broeikasgassen beneden het oppervlak’ (339-347 W/m 2) die in het IPCC-diagram wordt weergegeven, vertegenwoordigt dus niet echt een warmtestroom; het werkt eerder om een ​​deel van de energiestroom ‘boven het oppervlak’ (395-400 W/m 2) tegen te gaan, met als resultaat dat de snelheid van oppervlaktekoeling door straling wordt bepaald door het verschil (56 +/-5 W/m 2). Met behulp van dit inzicht kunnen we de balans van warmtestromen aan het aardoppervlak in perspectief plaatsen, zoals weergegeven in Tabel 2.

Tabel. 2. Oppervlaktewarmtestromen. Neerwaartse (opwaartse) warmtestromen op het aardoppervlak worden weergegeven, samen met hun fouten. Stralingswarmte is het netto van de oppervlakte-op en oppervlakte-neer energiestromen in Figuur 1.

De algemene circulatieklimaatmodellen die tegenwoordig worden gebruikt, zijn geïnspireerd door het werk van de Nobelprijswinnende natuurkundige Syukuro Manabe, die in 1967 het paradigma van het atmosferische systeem introduceerde als zijnde in een stralingsconvectief evenwicht 1 . Uit Tabel 2 blijkt dat de convectieve stroming van latente en voelbare warmte twee keer zo belangrijk is als straling bij het afkoelen van het aardoppervlak. Manabes opname van convectie markeerde een duidelijke verbetering ten opzichte van de eerdere generatie stralingsmodellen. Men kan zich echter afvragen of er binnen de klimaatmodelleringsgemeenschap nog steeds een voorkeur bestaat om atmosferische dynamiek puur in termen van straling te begrijpen in plaats van convectieve warmtestromen, en of dit de oorzaak is van het voortdurende onvermogen van klimaatmodellen om observaties te evenaren.

Stralingsforcering en negatieve terugkoppelingen

Het vroege werk van Manabe, onlangs bevestigd in verfijnde berekeningen uitgevoerd door Happer en van Wjngaarden 2, beschrijft de impact van broeikasgassen in termen van ‘stralingsforcering’, dat wil zeggen, hun tijdelijke impact op de energiebalans van de Top of Atmosphere (ToA). Beide berekenen dat de stralingsforcering als gevolg van een verdubbeling van CO2 leidt tot een vermindering van ongeveer 3 W/m 2 in de uitgaande thermische straling bij heldere hemel. Toepassing van de wet van Stefan-Boltzmann, volgens welke de straling van zwarte lichamen toeneemt met de vierde macht van de temperatuur (gemeten in graden Kelvin), vertelt ons dat de stralingsbronnen in de atmosfeer ongeveer 0,75 °C in temperatuur zouden moeten toenemen om extra compenserende straling te produceren. De sleutelvraag voor klimaatfysica is: wat is de compenserende grondoppervlaktetemperatuurrespons die nodig is om de thermische straling bij de ToA te herstellen?

De 27 CMIP-klimaatmodellen die door het IPCC worden gebruikt, bevatten een evenwichtsklimaatgevoeligheid (ECS) met een bereik van 1,8 °C tot 5,6 °C toename van de temperatuur van het grondoppervlak per verdubbeling van CO 2 3 . Dit is tussen 2,5 en 7,5 keer hoger dan de temperatuurrespons van 0,75 °C in de atmosfeer, wat impliceert dat er enkele zeer substantiële positieve feedbackmechanismen zijn opgenomen in de CMIP-modellen die de initiële forcering vermenigvuldigen.

Clauser doet de algemene observatie, gebaseerd op het principe van Le Chatelier, dat een complex fysiek systeem in evenwicht doorgaans meerdere negatieve terugkoppelingsmechanismen bevat die de krachten tegenwerken in plaats van versterken. Ook stelt hij de basis van de veronderstelde positieve terugkoppelingen van het IPCC ter discussie.

Het is inderdaad veel gemakkelijker om negatieve feedbackmechanismen te identificeren dan positieve feedbackmechanismen. Tabel 3 geeft de voor de hand liggende negatieve feedbackmechanismen weer als reactie op een oppervlaktetemperatuurstijging van 1°C, die volgen door de toepassing van basisfysica op de warmtestromen in Figuur 1.

Tabel. 3. Feedbackreacties op toename van de oppervlaktetemperatuur. Zonnereflectie door wolken geschat op 7% toename in 75 W/m 2. Verdamping geschat op 7% toename in 82 W/m 2. Oppervlaktethermische toename gebaseerd op de wet van Stefan-Boltzmann toegepast op toename van de oppervlaktetemperatuur van 15°C tot 16°C.

De Clausius-Clapeyron-relatie houdt in dat het verzadigde waterdampgehalte van lucht met 7% toeneemt bij een temperatuurstijging van 1°C ten opzichte van het huidige wereldwijde gemiddelde van ongeveer 15°C. Op basis hiervan schat het IPCC een positieve feedback van 1,3 W/m 2 als gevolg van een verhoogd waterdampgehalte van de atmosfeer en de daaruit voortvloeiende absorptie van oppervlaktestraling.

Echter, zoals Clauser aangeeft, moet de Clausius-Clapeyron-relatie ook leiden tot vergelijkbare toenames in verdamping, wolkenvorming en regenval, samen met de bijbehorende overdracht van latente warmte (van verdamping van water) weg van het grondoppervlak. De daaruit voortvloeiende negatieve feedbacks werken om de stralingsforcering te compenseren. In het bijzonder heeft (a) het effect van verhoogde zonnereflectie door wolken een directe impact op de ToA-energiebalans, en (b) houdt de fysica van convectie in dat verwarmde lucht uitzet, drijfvermogen verkrijgt en opstijgt naar de tropopauze (op ongeveer 11 km hoogte), terwijl de extra warmte wordt afgegeven als thermische straling aan de ruimte.

Hoewel een deel van de thermische straling van het aardoppervlak door de atmosfeer wordt geabsorbeerd, blijkt uit Tabel 3 dat de geïdentificeerde negatieve terugkoppelingen de door het IPCC berekende positieve terugkoppelingen in de schaduw stellen.

Clauser wijst erop dat de hoeveelheid negatieve feedback van wolken niet alleen afhangt van hun omvang, maar ook van hun verdeling over het aardoppervlak en hun reflectiviteit. De meeste wolken worden gevormd door de sterke absorptie van zonlicht door de oceanen, waar de verkoelende impact van reflectie van wolken groter is dan over land. Samen vormen de thermische, convectieve en negatieve feedback van wolken een thermostaatmechanisme dat de temperatuur van het aardoppervlak stabiliseert tegen forcering, ongeacht of dit voortkomt uit variabiliteit in zonnestraling (bijvoorbeeld door veranderingen in de bewolking) of uit het effect van broeikasgassen. Clauser schat een gecombineerde negatieve netto feedbacksterkte in het bereik van 7-14 W/m2 per 1°C, wat overeenkomt met de groottes in Tabel 3.

Als we uitgaan van een algehele netto negatieve feedback van (10) W/m 2 per 1°C aan het oppervlak, in het midden van Clauser’s bereik, zou dit drie keer groter zijn dan de stralingsforcering van een verdubbeling van CO2 bij heldere hemel van 3 W/m 2, dus de oppervlaktetemperatuurstijging die nodig is om de stralingsforcering te compenseren zou een ECS van slechts 0,3°C impliceren. Met dit niveau van negatieve feedback overschat het ECS-bereik van 1,8°C tot 5,6°C dat door het IPCC wordt gebruikt het effect van CO2 met een factor van tussen de 6 en 19 keer.

Equivalent, onder dit bereik van negatieve feedbacks, zou het ECS-bereik van 1,8°C tot 5,6°C impliceren dat een toename in warmtestroom van het oppervlak van tussen de 18-56 W/m2 nodig is om te compenseren voor een stralingsforcering van slechts 3 W/m 2 in de atmosfeer. Waar gaat de rest van de warmtestroom naartoe? De Eerste Wet van de Thermodynamica houdt in dat deze energie niet kan verdwijnen, en de Tweede Wet van de Thermodynamica houdt in dat warmte in de atmosfeer alleen kan worden overgedragen naar een koeler oppervlak (d.w.z. kan uitstralen naar de ruimte). De klimaatmodellen van het IPCC lijken de Eerste of Tweede Wet van de Thermodynamica te schenden, mogelijk beide.

Conclusies

Concluderend betoogt Clauser dat de negatieve feedbackmechanismen in het klimaatsysteem van de aarde temperaturen stabiliseren tegen opwarming door toename van stralingsforcering. Als gevolg hiervan is er geen door CO 2 veroorzaakte antropogene klimaatcrisis. De negatieve feedbackmechanismen dienen op dezelfde manier om oppervlaktetemperaturen te stabiliseren tegen afkoeling. Zo’n thermostatisch mechanisme dat gebruikmaakt van de thermodynamische eigenschappen van water, kan verklaren hoe een waterrijke planeet als de aarde door de geschiedenis heen gastvrij is geweest voor leven.

Het klimaatverhaal dat het IPCC en zijn voorstanders verkondigen, is gebaseerd op slechte statistieken, een gebrekkige selectieve gegevensselectie en een onvolledige behandeling van fysieke mechanismen, waarbij belangrijke negatieve terugkoppelingsmechanismen worden genegeerd.

Uit een analyse van negatieve terugkoppelingen blijkt dat de toename van 50% van CO2 van de pre-industriële tijd (280 ppm) naar het huidige niveau (420 ppm) waarschijnlijk slechts de oorzaak is van ongeveer 0,15°C opwarming van de aarde.


Een natuurkundige verklaring van de waargenomen historische opwarmings- en afkoelingscycli van de aarde en de opwarming die sinds de jaren 70 is waargenomen, moet kijken naar de variabiliteit die wordt veroorzaakt door de vele andere natuurlijke mechanismen die in de klimaatliteratuur worden besproken, zoals zonnecycli, orbitale/maancycli, wolkenvariabiliteit, oceaancycli, vulkanen, ozonvariabiliteit, stedelijke hitte-eilanden enzovoort. Deze vallen buiten het bereik van deze notitie.

***

  1. S. Manabe en RT Wetherald, Thermisch evenwicht van de atmosfeer met een gegeven verdeling van relatieve vochtigheid, J. Atmos. Sci . 24, 241 (1967). ↩︎
  2. van Wijngaarden, WA en Happer, W., 2020. Afhankelijkheid van de thermische straling van de aarde van de vijf meest voorkomende broeikasgassen.  arXiv preprint arXiv:2006.03098 . ↩︎
  3. Zelinka, MD, Myers, TA, McCoy, DT, Po-Chedley, S., Caldwell, PM, Ceppi, P., Klein, SA en Taylor, KE, 2020. Oorzaken van hogere klimaatgevoeligheid in CMIP6-modellen.  Geophysical Research Letters ,  47 (1), p.e2019GL085782. ↩︎

***

Dr. Rudolph Kalveks is een gepensioneerde bestuurder. Zijn PhD was in theoretische fysica.

***

Bron hier.

***