Don’t shoot the messenger

In het laatste IPCC rapport wordt door ‘de Wetenschap’ eindelijk duidelijkheid gegeven over hoeveel opwarming nog verwacht mag worden als gevolg van een verdubbeling van het CO2 gehalte in de atmosfeer. Eindelijk duidelijkheid over de klimaatgevoeligheid (ECS).  Het bleek drie graden opwarming op te leveren, wat eigenlijk natuurlijk een beetje laffe middeling is van de al sinds het eerste IPCC rapport gegeven range van 1,5 tot 4,5 graden opwarming.
Maar de inkt van het rapport is nog niet droog of het International Journal of Atmospheric and Oceanic Sciences, publiceert ineens een nieuwe studie van Coe et al. waaruit, op basis van de gegevens van de HITRAN database, valt af te leiden dat zelfs een verviervoudiging van het huidige CO2 gehalte in de atmosfeer slechts zal leiden tot één graad opwarming. (https://notrickszone.com/2021/08/29/new-atmospheric-science-publication-finds-quadrupling-co2-would-lead-to-only-1-0c-increase/)
Tsja, wat moet je daar nu weer mee. Het is wel een leuk lezenswaardig artikel, waarin nogmaals de basis voor de opwarming van de Aarde door broeikasgassen op een overzichtelijke manier wordt uiteen gezet, met een opzienbarend resultaat.
Maar goed, zoals ik al op mijn ‘ontkenners’- webpagina heb uiteen gezet. Ik heb er sowieso niet veel mee…
Het is nu ongeveer drie maanden geleden dat ik me had voorgenomen om een commentaar te schrijven op het stukje van Willis Eschenbach “The Radiation Fight” (https://wattsupwiththat.com/2021/05/28/the-radiation-fight/#comments). Het stuk heeft in totaal 839 reacties uitgelokt. Ik ben helaas (ook gelet op de aard van de reacties) afgehaakt bij reactie nr. 50 (Leitmotif).
Wat ik ervan vind heb al uitgebreid toegelicht op mijn websitepagina “ontkenners” (zie link), maar ik merk dat mijn korte stukjes veel beter worden gelezen dat de lappen tekst die ik op mijn webpagina’s heb weggeschreven. Bovendien nodigt het bovengenoemde artikel uit om nog even kort in te gaan op ‘het stralingsmodel’.
Vandaar dus, hierbij toch nog  mijn uitgestelde reactie, die toch al te groot was voor een reactie op Wattsupwiththat.

Tegenstraling

Eschenbach is ‘klimaat-denier’ maar probeert af en toe toch wat ‘gezond verstand’ in te brengen in de discussies over wat er nu precies mankeert aan de inzichten van de “ontkenners” en meestal kan ik me wel vinden in wat hij zegt (zoals ook uit mijn vorige blogpagina’s blijkt).
Ik denk echter dat hij er naast zit wat betreft zijn: “favorite theory about how downwelling radiation from the atmosphere is a fantasy, or how a cool atmosphere can’t leave the surface warmer than no atmosphere, or how pyrgeometers are fatally imprecise”.
In het kort stelt hij het volgende:
“Now, for all of you that think that downwelling radiation from the atmosphere is a mirage, here’s the question.
If on an ongoing basis the surface is only absorbing 150 W/m2 of solar energy and is radiating 395 W/m2 of energy … why isn’t it frozen solid?
Seriously. If it is constantly radiating far more energy than it is absorbing … why isn’t it a block of ice?
To me, the obvious answer is, the surface is also absorbing downwelling radiation from the atmosphere. In Figure 1 above, the blue|cyan lines show the total of the net solar (SW, red|orange lines), plus the downwelling longwave thermal infrared (LW) from the atmosphere.
The annual average of the net downwelling radiation at the surface (SW +LW), the total energy absorbed by the surface, is about 490 W/m2. This is about a hundred W/m2 more than the energy that is lost to radiation, with the rest of the surface energy loss being in the form of the net of the sensible and latent heat lost gained and lost by the atmosphere via convection and conduction.
So there you have it. If you don’t think that downwelling LW radiation leaves the earth warmer than it would be if there was no atmosphere, you need to explain the mystery source of the additional energy necessary to keep the earth from freezing. And no, it’s not geothermal heat.”
Dat de Aarde 33 graden warmer is dankzij de Aardse atmosfeer, komt volgens hem door de aanwezigheid van broeikasgassen. Eschenbach verdedigt met andere woorden het stralingsmodel zoals dat in eerdere IPCC rapporten te zien was:
Het is dapper om op de belangrijkste ‘deniers’ website een dergelijke positie in te nemen, maar, zoals ook uit de overgrote meerderheid van de commentaren blijkt, er zijn nogal wat mensen die menen dat het niet mogelijk is dat een warme aardkorst kan worden opgewarmd door een koudere atmosfeer. En ik ben er daar ook eentje van.
Maar wat kan dan die mysterieuze bron zijn die de additionele energie levert om te voorkomen dat de Aarde bevriest?

Zoals dus al eerder omschreven op de ontkennerspagina, denk ik dus dat er wel degelijk een broeikas-effect bestaat, maar dat dit wordt veroorzaakt door de permanente temperatuur-inversie die de Planetary Boudary Layer (PBL) begrenst. Een permanente inversie die wordt veroorzaakt door de zwaartekracht-compressie van de troposfeer en het hydrostatische evenwicht waarin de atmosfeer zich bevindt. (zie link)
De opgewarmde lucht in de dagperiode kan door deze inversie niet uit de PBL ontsnappen en dat maakt dat de lucht, die hierin ‘gevangen zit’, in de avond en nacht veel warmer wordt dan de snel afkoelende aardkorst. 
Wat er in de dagelijkse wisselwerking tussen aardkorst en atmosfeer gebeurt, wordt mooi weergegeven in Nair et al. (Sensitivity of nocturnal boundary layer temperature to tropospheric aerosol surface radiative forcing under clear‐sky conditions, 2011).
Vrij duidelijk is te zien dat straling (zoals te verwachten is), een functie is van temperatuur van zowel aardkorst als atmosfeer. De uitstraling van de Aardkorst is overal groter dan die van de atmosfeer, maar de afkoeling ’s nachts wordt wel binnen de perken gehouden doordat de atmosfeer (na zonsondergang) er voor zorgt dat het verschil in uitstraling en ‘tegenstraling’ heel klein wordt. De atmosfeer moet dan wel een flinike energetische buffer hebben en dat is ook te zien in de omvang van de PBL, welke een maat is voor de hoeveelheid energie die wordt ingevangen.
Hoe meer opwarming in de dagperiode, des te hoger wordt de PBL. Deze zal immers de inversie, die de door zwaartekracht compressie opgewarmde troposfeer veroorzaakt, naar boven duwen door de wisselwerking met de door de aardkorst opgevangen warmte. De energie uitwisseling met de aardkorst ’s nachts gaat uiteraard weer ten koste van de dikte van de PBL.
Hierbij moet dus wel met nadruk worden opgemerkt: dit is iets heel anders dan de voorstelling van het ‘broeikas-effect’, waarin wordt gesuggereerd dat kooldioxide (als broeikasgas) hiervoor verantwoordelijk moet zijn, omdat alleen deze broeikasgassen straling kunnen opnemen en weer uitstralen, waardoor de warmte als het ware wordt ge-ping-pongt tussen atmosfeer en aardkorst.
Er zijn namelijk een tweetal grote nadelen die kleven aan dit model.
Het eerste belangrijke nadeel is dat de ‘tegenstraling’ die de broeikasgassen zouden produceren, met name in de dagperiode hun opwarmende werking zouden verrichten. Dat is echter niet zo, omdat dan ook de uitstraling van de aardkorst veel hoger is.
Dat het hier om iets anders gaat dan tegenstraling blijkt ook al uit het gegeven dat de modellen van Nair et al. (weergegeven met een oranje lijn) de heftige ‘tegenstraling’ in de middagperiode helemaal niet hebben zien aankomen.
De tijdens de dagperiode ‘koudere atmosfeer’ gaat dan ook geen warmere aardkorst ‘extra opwarmen’ omdat dit simpelweg in strijd is met de natuurkundige wetten die warmtetransport door straling beschrijven.

Theorie

Eigenlijk is dit ook al een stukje algemeen aanvaarde meteorologie-theorie volgens het onvolprezen tekstboek Practical Meteorology: An Algebra-based Survey of Atmospheric Science door Roland Stull (gratis in te zien via: https://www.eoas.ubc.ca/books/Practical_Meteorology/, waarover de komende tijd waarschijnlijk nog wel wat meer).
In hoofdstuk 18 onder “Temperature” (blz. 693-694), is een en ander zelfs aan de hand van basale formules zelfs uit te rekenen hoeveel energie door de Atmosferic Boudary Layer moet worden geleverd om de nachttemperatuur op de Aardkorst op een levensvatbaar niveau te houden.
Het andere belangrijk nadeel van de broeikas-theorie, kan vrij simpel worden gehaald uit het boven genoemde artikel van Coe et al., waarin de basis van het broeikasmodel nog eens simpel wordt samengevat:
“The calculations and this graph show the total atmospheric absorptivity due to H2O and CO2 to be 72.6%, with the dominant absorber, H2O, contributing 67.0% while the impact of 400ppm CO2 provides the additional 5.6%. Note that without the presence of H2O, the absorption due to CO2 would be 18%. The overlapping spectral absorption bands of the dominant H2O molecules reduce the CO2 impact to 5.6%. (…)
The 38.5% retained radiation absorption comprises 35.3% attributed to H2O, 3.0% to CO2 and a mere 0.2% to CH4 and N2O combined. From this it follows that the 33Kelvin warming of the earth from 255Kelvin, widely accepted as the zero-atmosphere earth temperature, to the current average temperature of 288Kelvin, is a 29.4K increase attributed to H2O, 3.3K to CO2 and 0.3K to CH4 and N2O combined. H2O is by far the dominant greenhouse gas, and its atmospheric concentration is determined solely by atmospheric temperature.”
Een atmosfeer zonder waterdamp zou dus voor diepvries temperaturen moeten zorgen.
Nu komt dit misschien voor velen als een verrassing, maar er zijn nogal wat plekken op aarde zonder, of met heel weinig, waterdamp in de atmosfeer. Woestijnen zijn notoir wat dat betreft, maar helaas voor de theorie, dat zijn juist de plekken waar het best wel warm is. 
Maar daar koelt het ’s nachts toch heel erg af? OK, maar dat is dan dus weer te danken aan de inversies in de PBL zelf, die er voor zorgen dat het effectieve deel van de PBL waarmee de aardkorst aan energie-uitwisseling kan doen, erg klein is (en die dus snel afkoelt).
Ik houd het dan ook maar bij mijn eigen theorie die als volgt is samen te vatten:
  1. Zwaartekracht compressie zorgt voor een zodanige opwarming in de troposfeer, dat er altijd een temperatuur inversie boven de PBL aanwezig is;
  2. De hierdoor ontstane PBL fungeert als een broeikas door de convectiestromen te blokkeren, waardoor de warmte van de dagelijkse zonnestraling niet kan ontsnappen;
  3. De ‘gevangen warmte’ zorgt ’s nachts voor een warme atmosfeer die de snel afkoelende aardkorst (met ‘tegenstraling’) op een bepaald (aangenaam) niveau houdt.
Dit was allemaal teveel theorie om in een korte reactie op het artikel van Eschenbach kwijt te kunnen. Maar ik ben het dus niet met hem eens…

Dit bericht heeft 7 reacties.

  1. hans wolkers

    Beste Erik,
    Een degelijke analyses and onderbouwing van je theorie. Wat mij verbaast is dat er dus duidelijk nog discussie is over de meest basale fysische processen die samenhangen met de broeikastheorie. Ik vind het verbazend dat er dan toch relatief veel consensus is over de dit broeikaseffect. Hoe kan dit nu? Waar gaat het in jouw optiek mis?
    Ik ben trouwens ook wel benieuwd naar jouw achtergrond: fysicus lijkt me? Doe je dit blog als ‘hobby on the side’ of ben je ook professioneel betrokken bij (klimaat)onderzoek?

    1. Dag Hans,
      Deze website is een wat uit de hand gelopen hobby van me (je bent techneut of je bent het niet). Maar om op jouw vraag over de consensus terug te komen; ik heb geen flauw idee. De hele kwestie is al sinds Thatcher en Reagan/ Bush ontzettend gepolitiseerd en dat heeft er voor gezorgd dat de gelden die normaliter voor onderzoek beschikbaar zijn niet echt goed zijn verdeeld. De VN heeft al sinds haar roemruchte vergadering in Rio (1992) een voortrekkersrol vervuld in ‘het redden van de wereld’ en dat heeft de zaak van het ‘broeikas-effect’ in mijn optiek meer kwaad dan goed gedaan. Ik heb wel het gevoel dat de wetenschappelijke consensus kleiner is dan als deze door ‘de media’ wordt voorgesteld.

  2. Fulco Bohle

    Beste Erik,
    Lees je de grafiek van Table Mountain (USA) wel goed ? Boven aan staat namelijk de locale tijd en de down dwelling is minimaal juist voor zonsopkomst. Onderaan staat de UTC ( greenwich engeland).
    Jouw zwaartekracht hypothese leunt waarschijnlijk op pV=nkT. Er wordt dan zo geredeneerd dat als het volume en de massa constant zijn dan is de temperatuur evenredig met de druk. Echter dit geld alleen voor een energetisch gesloten systeem en derhalve niet voor onze atmosfeer. Deze redenering komt denk ik uit de astrofisica in het geval van een instortende gaswolk, hierbij is de compressie sterker dan de Planckse straling waardoor de gaswolk opwarmt tot dat fusie kan plaatsvinden.

  3. Dag Fulco,
    Hartelijk dank voor je constructieve reactie. Zoals je kunt zien heb ik mijn stuk aangepast op dit onderdeel, wat het stuk eigenlijk wel weer veel beter maakt. Je kunt zien hoe ik aan de zwaartekracht theorie ben gekomen op mijn “ontkenners-pagina” onder de koppen “loodzware hitte ” en “Gravitationele compressie”. De afleiding is niet iets om dit soort van stukjes mee te vullen, maar je bent van harte uitgenodigd om er even kritisch naar te kijken…

    1. Kleine nabrander, de tropopauze fungeert als grens en dus is er in de troposfeer wel degelijk een gesloten energetisch systeem (zoals ook op alle andere planeten van ons zonnestelsel). maar ik denk dat dit voldoende is onderbouwd op de genoemde webpagina.

  4. Fulco

    In de tropopause is de lucht al redelijk ijl aan het worden en derhalve transparanter voor IR straling. Bovendien is de vrijewegtijd van o.a. CO2 moleculen daar langer dan de halfwaarde tijd van de rotatie-energieniveaus.
    CO2 zorgt daar derhalve voor afkoeling. De troposfeer lekt derhalve aan de bovenzijde energie door uitstraling.

  5. Dat is aardig bedacht, maar als dit werkelijk een relevant lek zou zijn, dan zou je op zijn minst verschillen in de temperatuur tussen de dag- en nachtperiode moeten zien (dat is er niet). Daarnaast is de stelling dat CO2 zorgt voor afkoeling nu zelfs door het IPCC verlaten. Voorheen werd de waargenomen afkoeling van de stratosfeer ook aan de toegenomen hoeveelheid CO2 geweten, in AR6 stelt het IPCC dat dit komt door afname van ozon (lijkt ook logischer).

Geef een antwoord