Macht die logarithmische Natur der globalen Erwärmung Behauptungen über den Klimawandel ungültig?

Die Behauptung, dass "... die Wirksamkeit von CO2 als Treibhausgas mit steigender Konzentration logarithmisch abnimmt und ab dem derzeitigen Niveau von ~390 ppmv, ..." und dass "unbequeme Tatsache" "für jeden Laienleser gut getarnt" ist eine der lächerlicheren Behauptungen von Klimaskeptikern, die ich gesehen habe. Die wichtigste Metrik, die von Klimawissenschaftlern verwendet wird, um die Wirkung von Kohlendioxid zu beschreiben, wird „Klimasensitivität“ genannt . Die Gleichgewichts-Klimasensitivität ist die Menge an Erwärmung, die wir aufgrund einer Verdopplung erwartendes atmosphärischen CO2. Dies sagt Ihnen direkt (vorausgesetzt, Sie verstehen Logarithmen), dass es eine logarithmische Beziehung zwischen Kohlendioxidkonzentrationen gibt. Wenn ECS 2 °C pro Verdopplung beträgt, bedeutet dies, dass wir, wenn wir die CO2-Konzentration von der vorindustriellen Gleichgewichtskonzentration (dh von 280 ppm auf 560 ppm) erhöhen, einen Temperaturanstieg von 2 °C erwarten würden, sobald sich das Klimasystem vollständig wieder ins Gleichgewicht gebracht hat . Um jedoch den nächsten 2°C-Anstieg zu erreichen, müssten Sie das atmosphärische CO2 erneut verdoppeln (dh bis zu 1120 ppm) und um einen dritten Anstieg um 2°C zu erreichen, müssten Sie es erneut verdoppeln, bis zu 2240 ppm.

Beachten Sie, dass log ₂ (280) = 8,1293, log ₂ (560) = 9,1293, log ₂ (1120) = 10,1293 und log ₂ (2240) = 11,1293, also wenn wir jedes Mal y=c*log ₂ (x) haben wir verdoppeln x, y erhöht um c, weshalb die Angabe der Klimasensitivität in °C pro Verdopplung nur besagt, dass die Beziehung logarithmisch ist, und zwar auf eine Weise, die selbst jemandem klar sein sollte, der nicht weiß, was ein Logarithmus ist. Die Konstante c in dieser Gleichung ist ECS, wenn Sie einen Logarithmus zu einer anderen Basis verwenden (z. B. ln oder log ₁₀ ), dann wird der numerische Wert von c anders sein, aber die Beziehung ist die gleiche, es ist nur einfacher in Begriffen zu erklären von Protokoll ₂ . Das ist kaum Raketenwissenschaft!

Hier gibt es eindeutig einen Effekt „abnehmender Renditen“, aber (i) weit davon entfernt, ihn zu verbergen, weisen die Klimatologen ausdrücklich in einer Form darauf hin, die sogar leichter verständlich ist als Logarithmen (ii), um einen Anstieg von 2 °C zu erhalten, würden Sie müssen nur die CO2-Werte vom vorindustriellen Niveau von 280 ppm verdoppeln, und wir haben sie bereits auf 400 ppm angehoben, so dass dies alles andere als unmöglich ist, wenn man bedenkt, dass die ECS-Schätzungen bei etwa 1,5 bis 4,5 °C pro Verdoppelung liegen.

„Es besteht hohes Vertrauen, dass ECS extrem unwahrscheinlich unter 1 °C liegt, und mittleres Vertrauen, dass ECS wahrscheinlich zwischen 1,5 °C und 4,5 °C und sehr unwahrscheinlich über 6 °C liegt.“ IPCC AR5 WG1, Seite 924

Führen Sie eine Google-Gelehrten-Suche nach "Klimasensitivität" durch oder suchen Sie im Index der IPCC-Berichte danach und lesen Sie die relevanten Abschnitte, weit davon entfernt, totgeschwiegen zu werden, Klimatologen sprechen viel darüber .

Nun ist der Treibhauseffekt natürlich selbstbegrenzend, damit das nicht der Fall wäre, müsste die Leuchtkraft der Sonne unendlich sein (da CO2 das Strahlungsgleichgewicht der Erde beeinflusst, aber letztendlich die Energie von der Sonne kommt), oder äquivalent, um eine unendliche Zeitskala zu ermöglichen (was auch nicht möglich ist ) . Auch das Stefan-Boltzman-Gesetz , dass die pro Flächeneinheit abgestrahlte Leistung mit der vierten Potenz der Temperatur ansteigt, ist ein stark limitierender Faktor (was aber nicht ausschließt, dass die Temperaturen durch den Treibhauseffekt sehr hoch sind, z. B. Venus, also nicht kein Trost ;o).

Kurz gesagt, eine logarithmische Beziehung schließt einen Anstieg der globalen mittleren Oberflächentemperaturen um 2 °C, eine Verdoppelung der atmosphärischen CO2-Konzentration ausreichend oft nicht aus, und es wird passieren (sobald das Strahlungsgleichgewicht wiederhergestellt ist, was nicht sofort passiert). Wie viele Verdopplungen dies erfordert, hängt von der Gleichgewichtsklimasensitivität ab, und nach dem derzeitigen wissenschaftlichen Verständnis (wie im IPCC AR5 WG1-Bericht artikuliert) lautet die Antwort höchstwahrscheinlich eine Verdopplung (da der wahrscheinlichste Wert etwas über 2 °C pro Verdopplung liegt ), aber es könnte weniger sein, aber es ist sehr unwahrscheinlich, dass die Zahl zwei oder mehr Verdopplungen beträgt (da ECS unter 1 °C im Wesentlichen ausgeschlossen wurde).

Ja, es ist logarithmisch (allerdings relativ zur CO ₂ -Menge in einem Gasprobenvolumen, nicht zu seiner Konzentration). Nein, das macht den Klimawandel nicht ungültig. Wenn Sie eine detaillierte Erklärung für beide Antworten lesen möchten, lesen Sie bitte Skeptical Science - Ist der CO ₂ -Effekt gesättigt? .

Die falsche Vorstellung, dass der Treibhauseffekt „gesättigt“ ist, dass das Hinzufügen von mehr CO ₂ praktisch keine Wirkung hat, basiert auf einem einfachen Missverständnis darüber, wie der Treibhauseffekt funktioniert.

Dies ist eine Zusammenfassung, aber ich lasse einige Details aus Platzgründen weg (und dieser Beitrag ist schon ziemlich lang).

Es stimmt, dass die Wirkung von CO ₂ logarithmisch mit der Anzahl der Atome von CO ₂ in einem gegebenen Gasvolumen zusammenhängt. Dabei wird jedoch die kritische Tatsache übersehen, dass die CO ₂ -Menge aufgrund von Änderungen des Luftdrucks mit der Höhe variiert. Ein gegebenes Gasvolumen bei niedrigem Druck enthält weniger CO ₂ -Atome als ein gleiches Gasvolumen bei höherem Druck, selbst wenn die Konzentration gleich ist. Das Endergebnis dieser Tatsache ist, dass das, was die Erwärmung der Erde direkt verursacht, nicht der Anstieg des CO ₂ -Gehalts am Boden ist, sondern der Anstieg des CO ₂ -Gehalts in der oberen Atmosphäre, wo der CO ₂ -Gehalt viel niedriger ist daher haben kleine Änderungen eine viel größere Wirkung.

Genauer gesagt, was die globale Erwärmung wirklich verursacht, ist eine Zunahme der Höhe, in der die Energie in den Weltraum abgestrahlt wird. Energie kommt von der Sonne auf die Erde, wo sie vom Land und der Luft absorbiert wird. Dadurch erhitzen sich beide. Wärmere Materialien strahlen Energie aus, die zurück in den Weltraum geht. Ein Teil davon wird wieder von der Luft aufgenommen, die sich dann weiter erwärmt und mehr Energie abstrahlt. Dies setzt sich fort, bis Sie die obersten Schichten der Atmosphäre erreichen, wo so wenig Gas vorhanden ist, dass die in den Weltraum abgestrahlte Energie absorbiert wird und in den Weltraum entweicht. CO ₂ erhöht die von der Atmosphäre absorbierte Energiemenge, ändert aber nicht die abgestrahlte Menge.

Die abgestrahlte Energiemenge ist umgekehrt proportional zur Höhe, in der sie abgestrahlt wird. Denn in höheren Lagen ist es kälter und kältere Luft strahlt weniger Energie ab. Je höher also die Höhe, in der die Energie in den Weltraum entweicht, desto weniger Gesamtenergie wird freigesetzt und desto mehr Gesamtenergie wird eingeschlossen, was die Temperaturen erhöht. Die Höhe, die die Menge an verlorener Energie bestimmt, wird als effektives Strahlungsniveau bezeichnet (oder eine Variante von "effektive (Strahlung|Strahlung|Emission) (Niveau|Höhe|Höhe)").

Eine Erhöhung des CO ₂ -Gehalts erhöht den effektiven Strahlungspegel. Dies liegt daran, dass in einer bestimmten Höhe mehr Energie absorbiert wird und Sie daher umso höher steigen müssen, bevor die Energie entweichen kann. Und da diese höheren Lagen kälter sind, entweicht weniger Energie und erwärmt den Planeten. Und in diesen großen Höhen ist das CO ₂ nicht nur nicht gesättigt, sondern auf niedrigen Niveaus sind kleine Veränderungen besonders bedeutsam.

Dies ist nicht nur eine Vermutung, es gibt bestimmte Dinge, die Sie erwarten würden, wenn dies passiert. Ein Schlüsselfaktor ist die stratosphärische Abkühlung. Da weniger Energie in den Weltraum abgestrahlt wird, erhalten die höchsten Schichten der Atmosphäre auch weniger Strahlung (weil diese Energie auf niedrigeren Schichten eingefangen wird, wie ich im vorherigen Absatz erklärt habe). Wir würden also erwarten, dass sich diese Schichten der Atmosphäre abkühlen, während sich niedrigere Schichten erwärmen. Genau das sehen wir .

Darüber hinaus können wir Satelliten verwenden, um die ausgehende Strahlung direkt zu messen, um zu sehen, ob sie mit dem übereinstimmt, was wir von CO ₂ erwarten würden, das die Energie am Entweichen hindert. Alle Moleküle haben ein bestimmtes Muster, wie viel Licht sie bei einer bestimmten Frequenz absorbieren, ihr Absorptionsspektrum . Wenn CO ₂ wirklich verhindert, dass Energie entweicht, sollte sich dies als eine Verringerung der entweichenden Energie zeigen, die dem Absorptionsspektrum von CO 2 entspricht (weil CO _{2 diese} Energie blockiert). Dies wurde überprüft und ist genau das, was wir von einer CO ₂ -verursachten Erwärmung erwarten.

Nein, es ist nicht wahr, dass es Behauptungen über den Klimawandel oder die Notwendigkeit, den weiteren Anstieg der CO ₂ -Konzentration speziell in Bezug auf die Erwärmung zu begrenzen, ungültig macht (wir können Dinge wie die Ozeanversauerung für diese Frage ignorieren, um nicht zu weit ins Ausland zu wandern). Schauen wir uns zunächst einmal die Quelle an. Ist die Person ein objektiver Wissenschaftler, der Behauptungen und Analysen aus professioneller Expertise oder aus tatsächlicher Forschung aufstellt? Nein.

Die in der Frage zitierte Quelle ist ein professioneller, bezahlter Leugner der Klimawissenschaft. Er ist am besten dafür bekannt, faux Kontroversen zu schaffen und hochzuspielen, indem er Fakten in Bezug auf E-Mails zwischen Klimatologen falsch darstellt und wissenschaftlich ungültige Fehlinterpretationen von NOAA-Daten veröffentlicht. Er wird vom Heartland Institute bezahlt, einer falschen „Denkfabrik“ der Industrie, die von industriellen Umweltverschmutzern bezahlt wird. In diesem Fall scheint er die gleiche Art von IPCC-Befunden zu drehen.

SourceWatch: Anthony Watts

Aber ein bezahlter Trottel zu sein, bedeutet an und für sich nicht, dass er Unrecht hat. Eine Geschichte zu haben, in der die Wissenschaft falsch lag, bedeutet an und für sich nicht, dass er hier falsch liegt. Es würde dazu führen, dass man weniger wahrscheinlich im Zweifelsfall entscheidet, aber wenn er falsch liegt, sollte es eine relativ einfache Erklärung dafür geben, warum und wie er falsch liegt.

Hier ist eine Erklärung, was an dem Artikel falsch ist, den Watts zitiert und zitiert:

Ed Hoskins' Pseudo-Wissenschafts-Geschwätz bringt alle Verrückten auf der WUWT zum Vorschein

Bevor wir fortfahren, lohnt es sich, auf die logarithmische Beziehung zwischen atmosphärischem CO ₂ und globaler Oberflächentemperatur zurückzukommen. Kurz gesagt bedeutet dies, dass für jede Verdopplung des atmosphärischen CO ₂ die Oberflächentemperatur um den gleichen festgelegten Betrag zwischen 1,5 °C und 4,5 °C, mittelfristig (Jahrhunderte) wahrscheinlich um etwa 3 °C steigen wird. Viele Leugner glauben, dass die Temperatur bei jeder CO ₂ -Verdopplung viel weniger ansteigt, aber das ist falsch. Sie wird ungefähr um den gleichen Betrag steigen, wenn sich CO ₂ verdoppelt (auf vorhersehbare Werte). Der typische Wissenschaftsleugner macht keine Mathematik.

Eds Artikel ist überall wie ein Hundefrühstück, aber seine wichtigste, sehr falsche Botschaft ist, dass CO ₂ ohne schlimme Folgen auf 1000 ppm ansteigen kann. Das ist einfach nicht so.

Eds Argument ist, dass, weil die Wirkung von CO ₂ auf die Temperatur logarithmisch ist, es nur einen kleinen Einfluss haben wird, wenn es ansteigt. Der erste Teil ist wahr. Der Zusammenhang ist logarithmisch. Der zweite Teil ist jedoch relativ. Was wie eine "winzige Auswirkung" für beispielsweise eine tägliche Temperaturschwankung erscheinen mag, hätte eine enorme Auswirkung, wenn es sich um einen Anstieg der durchschnittlichen Oberflächentemperatur auf der ganzen Welt handeln würde. Aus unserer Sicht werden die Auswirkungen auf das Klima und die Ozeanversauerung sowie der Anstieg des Meeresspiegels enorm schädlich sein, da immer mehr CO ₂ ausgestoßen wird.

Ein Anstieg des atmosphärischen CO ₂ von vorindustriellen Zeiten (sagen wir 280 ppm) auf 1000 ppm würde eine 3,5-fache Zunahme bedeuten. Das würde einen Anstieg der globalen Oberflächentemperatur um etwa 2,8 °C bis 8 °C oder mehr bedeuten.

Laut einer Analyse von Steven C. Sherwood und Matthew Huber würde ein Anstieg der durchschnittlichen Oberflächentemperatur um 7 °C in weiten Teilen der Welt zu einer Feuchtkugeltemperatur von mehr als 35 °C führen, was unsere physiologischen Grenzen über die Toleranz hinaus reizen würde . Wir könnten unsere Körperkerntemperatur nicht halten und würden überhitzen. Ohne eine Feuchtkugeltemperatur von 35°C sterben jedes Jahr Menschen an einem Hitzschlag. Wir können Temperaturen über einem bestimmten Niveau und Feuchtigkeit nicht überleben. Wir können es nicht ausschwitzen.

Ich fragte mich, wie Ed Hoskins auf sein magisches Denken kam. Er ging aus irgendeinem Grund auf den dritten Sachstandsbericht des IPCC zurück, dreizehn Jahre zurück bis 2001. Er schrieb:

zitiert hier die gleichen Passagen wie das OP

Er denkt, dass etwas „gut getarnt“ ist. Nun, es sieht so aus, als wäre es so "gut getarnt", dass Ed selbst es nicht verstehen kann. Die Sache ist, es nimmt nicht "radikal ab". Er schrieb über die Veröffentlichung von Ansichten des IPCC über die Wirkung von CO ₂ bis zu 1000 ppm, zeigt es aber nicht. Stattdessen zeigt er Diagramme von Leugner Steve Milloy , der zugibt, dass das, was er schreibt, Junk-Wissenschaft ist. (Das ist der Name seines Blogs.)

Veröffentlicht das IPCC also Ansichten über die Wirkung von CO ₂ bis zu 1000 ppm? Es gab nur vier Erwähnungen der Worte „1000 ppm“ im neuesten IPCC-Bericht, und drei davon bezogen sich auf denselben Zeitraum in der Erdgeschichte, das frühe Eozän-Klimaoptimum. (Der andere bezog sich auf Stomata.) Hier sind zwei davon:

Während des frühen Eozäns (vor 52 bis 48 Millionen Jahren) überstieg die atmosphärische CO ₂ -Konzentration ~1000 ppm, als die globale mittlere Oberflächentemperatur 9 °C bis 14 °C höher war (mittleres Vertrauen) als unter vorindustriellen Bedingungen. [IPCC AR5 WG1:TS.2.8 Changes in Carbon and Other Biogeochemical Cycles] Das EECO [Early Eocence Climatic Optimum] repräsentiert das letzte atmosphärische CO ₂Konzentrationen können ein Niveau von ~1000 ppm erreicht haben (Abschnitt 5.2.2.2). Es gab keine nennenswerten polaren Eisschilde, und ozeanische und kontinentale Konfigurationen, Vegetationstyp und -verteilung unterschieden sich erheblich von heute. Während simulierte SAT mit Rekonstruktionen (Huber und Caballero, 2011; Lunt et al., 2012) (Kasten 5.1, Abbildung 1d) hinreichend übereinstimmen, gibt es immer noch erhebliche Diskrepanzen zwischen simulierter und rekonstruierter mittlerer jährlicher SST, die durch saisonale Verzerrungen reduziert werden in einigen der marinen Stellvertreter werden für die Standorte in hohen Breiten in Betracht gezogen (Hollis et al., 2012; Lunt et al., 2012). Mittleres Vertrauen wird in die rekonstruierte globale mittlere Oberflächentemperatur-Anomalieschätzung von 8°C–14°C gesetzt. [IPCC AR5 WG1: 5.3.1 Welten mit hohem CO ₂ -Gehalt und Temperatur]

Mit anderen Worten, das letzte Mal, als die atmosphärische Konzentration 1000 ppm oder mehr betrug, war vor 52 bis 48 Millionen Jahren und die globale mittlere Oberflächentemperatur war 9 °C bis 14 °C höher als in vorindustriellen Zeiten in dieser Neuzeit . Kommt Ihnen das wie ein winziger Effekt vor? Finden Sie es belanglos, dass weite Landstriche unbewohnbar werden, weil die Feuchtkugeltemperatur für den Menschen unerträglich wäre?

Kurz gesagt, logarithmisch zu sein, begrenzt die Obergrenze nicht auf magische Weise. Wenn wir das atmosphärische CO ₂ (derzeit etwa 400 ppm) auf 1000 ppm mehr als verdoppeln, werden wir mehr als die in der Frage angegebene Erwärmung sehen. Und das ignoriert auch viele andere Faktoren, aber da das Grundkonzept falsch ist, müssen wir uns nicht damit befassen.

Der erste Teil der Behauptung lautet:

die Wirksamkeit von CO2 als Treibhausgas nimmt logarithmisch mit steigender Konzentration ab und beträgt derzeit ~390 ppmv, (parts per million by volume). Dementsprechend bleiben über dem derzeitigen Niveau nur noch ~5% der Wirksamkeit von CO2 als Treibhausgas.

Für Strahlungsantrieb und Temperatur wurden Ausdrücke veröffentlicht, die logarithmische Funktionen verwenden .

Zum Beispiel gibt es in den neuen Schätzungen des Strahlungsantriebs aufgrund gut gemischter Treibhausgase den ungefähren Ausdruck:

_{ΔF = 5,35ln} (C/C0 )

wobei "ΔF" die Änderung des Strahlungsantriebs und "C" die CO2-Konzentration ist.

Entgegen der Behauptung nähert sich jedoch eine logarithmische Funktion wie ln(C) der Unendlichkeit, wenn sich C der Unendlichkeit nähert. Es gibt keine Begrenzung für das Ausmaß des Forcierens, wenn C zunimmt.

Zweitens ist es sofort offensichtlich, dass die obige Gleichung nur eine Annäherung ist, die in einem begrenzten Bereich gültig ist, ln(C) nähert sich negativ unendlich, wenn C sich 0 nähert, und die lächerliche Vorhersage einer CO2-Konzentration von Null führt zu einem unendlich negativen Betrag des Antriebs.

Eine detailliertere Formel ist in Model Forcasts of Global Climate Changes auf Seite 9360 verfügbar:

ΔT = f(C) - f( _C0 )

f(x) = ln(1 + 1,2x + 0,005x ² + 0,0000014x ³ )

C ₀ = 315 ppmv

wobei ΔT die Temperaturänderung ist

Die obige Formel soll bis 1000 ppmv gültig sein, wobei eine Erhöhung um 2 °C gegenüber 1958 bereits überschritten ist. Dieses Modell berücksichtigt keine Rückkopplungsmechanismen.