Kronikk: Gåtefull kontrovers om arktisk klima

Har det blitt varmere i Arktis eller var det varmere før? Hva kan man lese av temperaturen til enhver tid? Og hvor usikre er analysene? 

Publisert
(Foto: Colourbox)
(Foto: Colourbox)

Litteratur

1. Benestad, R.E. and Schmidt, G.A.(2009) Solar trends and global warming, JGR-atmospheres, 114, D14101, doi:10.1029/2008JD011639.

2. Benestad, R.E. (2008) ‘A Simple Test for Changes in Statistical Distributions’, Eos, 89 (41), p. 389-390

3. Benestad, R.E. (2004) Record-values, non-stationarity tests and extreme value distributions Global and Planetary Change vol 44, issue 1-4, p.11-26

4. Benestad, R.E., E.J. Førland and I. Hanssen-Bauer (2002), Empirically downscaled temperature scenarios for Svalbard Atmospheric Science Letters Volume 3, Issue 2-4, doi.10.1006/asle.2002.005, September 18,p 71-93.

5. Benestad, R.E. (2002) Solar Activity and Earth’s Climate, Praxis-Springer, Berlin and Heidelberg, 287pp, ISBN: 3-540-43302-3

6. Cottier, F.R. m.fl., 2007: Wintertime warming of an Arctic shelf in response to largescale atmospheric circulation. Geophysical Research Letters, 34, L10607.

7. Compo, G.P., J.S. Whitaker, P.D. Sardeshmukh, N. Matsui, R.J. Allan, X. Yin,B.E. Gleason, R.S. Vose, G. Rutledge, P. Bessemoulin, S. Brönnimann, M. Brunet, R.I. Crouthamel, A.N. Grant, P.Y. Groisman, P.D. Jones, M.C. Kruk, A.C. Kruger, G.J. Marshall, M. Maugeri, H.Y. Mok, Ø. Nordli, T.F. Ross, R.M. Trigo, X.L. Wang, S.D. Woodruff, S.J. Worley, 2009: The Twentieth Century Reanalysis Project. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., submitted.

8. Isaksen, K, Benestad RE, Harris C, Sollid JL. 2007a. Recent extreme near-surface permafrost temperatures on Svalbard in relation to future climate scenarios, Geophys. Res. Lett., 34, L17502, doi:10.1029/2007GL031002.

9. Isaksen, K, Sollid JL, Holmlund P, Harris C. 2007b. Recent warming of mountain permafrost in Svalbard and Scandinavia, J. Geophys. Res., 112, F02S04, doi:10.1029/2006JF000522.

10. Isaksen K, Vonder Mühll D, Gubler H, Kohl T, Sollid JL. 2000. Ground surface temperature reconstruction based on data from a deep borehole in permafrost at Janssonhaugen, Svalbard. Annals of Glaciology 31: 287-294.

11. Johannessen, O.M., L. Bengtsson, M.W. Miles, , S.I. Kuzmina, V.A Semenov, G.V. Alekseev, A.P Nagurnyi, V.F. Zakharov, L.P Bobylev, L.H Pettersson, K Hasselmann, and H.P Cattle. 2004: Arctic climate change: observed and modelled temperature and sea-ice variability. Tellus, 56A, 328–341.

12. Nordli, Ø. 2011: The Svalbard Airport temperature series. Bulletin of Geography, Physical Geography Series, 3, Toruń, accepted.

13. Polyakov, I. V., et al. (2003), Variability and trends of air temperature and pressure in the maritime Arctic, 1875– 2000, J. Clim., 16, 2067–2077.

14. Soon, W. W.-H. (2005), Variable solar irradiance as a plausible agent for multidecadal variations in the Arctic-wide surface air temperature record of the past 130 years, Geophys. Res. Lett., 32, L16712, doi:10.1029/2005GL023429.

Ole Henrik Ellestad hevder i sin siste kronikk på forskning.no at temperatur- og isforhold i Arktis i 1930-45 er sammenlignbare med dagens tilstand, og at dette slår bena under CO2-hypotesen.

Vi er av en helt annen oppfatning, som vi baserer på egen erfaring gjennom lang forskning på akkurat det temaet han berører. Derfor ønsker vi å belyse disse forholdene med all vår innsikt, og på en så nøytral måte som vi kan.

Vi er enige med Ellestad om at temperaturen og isforholdene i Arktis varierer over tid, og at disse i stor grad involverer naturlige variasjoner, i hovedsak styrt av vind og havstrømmer. Likevel viser vårt arbeid med de historiske målingene på Svalbard at temperaturen i området ved Isfjorden nå er høyere enn den var på 1930- og på 1950-tallet, som var de to forrige temperaturtoppene (Nordli, 2011).

Riktignok representerer ikke lokaltemperaturen på Svalbard situasjonen for hele Svalbard, noe som vi kommer tilbake til senere, men vi vet at den er nært knyttet til sjøis-utbredelsen i området (Benestad et al., 2002). Siden sjøis sterkt påvirkes av både vind og havstrømmer, vil lokale temperaturforhold variere i takt med disse. Dette bør være ganske kjent og ukontroversielt stoff.

Vi mener også at det er riktig at temperaturen i Arktis ikke er direkte knyttet til økningen i drivhusgassene fordi temperaturendringene her er så sterkt påvirket av tilbakevirkende prosesser, som f.eks. endring i sjøis-utbredelsen. Likevel er temperaturen i Arktis indirekte knyttet til atmosfærens CO2-nivå gjennom dens betydning for klimaets globale tilstand, som igjen påvirker atmosfæriske forhold, havstrømmer, permafrost, samt snø- og is-forhold. Vi er derfor uenig i Ellestads påstand om at CO2 har minst betydning på høyere breddegrader.

Varmerekorder

Ellestad påpeker at det var flere varmerekorder på 1930-40-tallet. Men man vil alltid forvente å se flere nye rekorder i begynnelsen av måleseriene, og sannsynligheten for å se nye rekorder vil avta etter som man får flere og flere målinger.

Ser man på forholdet mellom målte rekord-høye temperaturer på månedsbasis og forventet antall, finner man på global basis en økning som kun kan forklares ved global oppvarming (Benestad, 2004). Vi har selv jobbet med ekstremer og rekord-verdier, og har utviklet et analyseverktøy til dette bruk (åpen kildekode og fri tilgjengelighet; Benestad, 2008; iid-test, hvor ‘iid’ står for ‘independent and identically distributed’).

I sin kronikk skaper Ellestad også et inntrykk av at korrelasjonen mellom temperatur og CO2 er ubetydelig, noe som vi mener er svært misvisende. Isolert sett, kan ikke korrelasjon-analysen bevise en årsakssammenheng, men den bør anses for å være en test som eventuelt kan motbevise en vitenskaplig forklaring.

Den kan være en del av det filosofen Karl Popper beskriver som vitenskapens kriterier. Derfor bør man se på historien rundt vitenskapen bak drivhuseffekten, som blir så godt beskrevet i Spencer Wearts bok ‘Discovery of Global Warming’ (publisert av American Institute of Physics).

Joseph Fourier har fått æren for å være den første til å argumentere for at jorden måtte ha en drivhuseffekt, angivelig i 1820, mens John Tyndall var den første til å måle drivhusgassenes egenskaper i 1863 (kilde: Wikipedia). Så kom Svante Arrhenius og forutsa i 1896 at økte CO2-nivåer ville medføre en global oppvarming. Mens beregningene til Arrhenius var ganske omtrentlige, gjorde Gilbert Plass en mer grundig analyse.

Allerede i 1956 regnet han på hvordan CO2 og temperatur ville endre seg i løpet av 20- århundret: han antok at CO2-konsentrasjonene ville øke med ca 37 prosent, og at dette ville medføre en global oppvarming på ca 0.7ºC. Disse estimatene er ganske nærme de verdiene siste IPCC-rapport gir.

Men Plass var ikke alene om disse ideene, for i læreboken ‘Meteorology: An Introductory Course’ (Universitetsforlaget 1977, s.159), skrev Arnt Eliassen og Kaare Pedersen følgende: «Carbon dioxide has, …, a strong absorption band around 15 μm, and thus contributes to the atmospheric greenhouse effects. Thus an increase in CO2 leads to an increase in the surface temperature. One estimates that an increase in CO2 from today’s 322 ppm by volume to 375ppm by volume, supposed to be reached in the year 2000, will result in an increase in the surface temperature of 0.5ºC.» (Det er en misforståelse at meteorologene på 1970-tallet snakket om at vi gikk inn i en ny istid). En mer teknisk beskrivelse av drivhuseffekten finnes på nettstedet RealClimate.org.

Post og varme

På den annen side, er det vanskelig å se noen fysisk sammenheng mellom postkostnader i USA [sic!], som Ellestad referer til, og temperaturøkningen. Korrelasjon mellom disse tallseriene må anses for å være rent tilfeldig. Når man jobber med dataanalyse, vil man forvente at noen få vilkårlige tallserier vil ha en høy korrelasjon med hverandre, selv om det egentlig ikke er en sammenheng mellom dem. Derfor er det viktig å ta høyde for slike tilfeldigheter ved å se på ‘signifikansnivået’, dvs. sannsynligheten for at korrelasjonen skulle oppstå ved ren slump.

Dersom man korrelerer 100 vilkårlige serier med en tallrekke, vil man forvente å se at ca 5 av dem vil gi en høy korrelasjon med statistisk signifikans på 5 prosent-nivået. Det betyr at hvis man bare lette lenge nok, ville man lett kunne finne dataserier som egentlig ikke har noen sammenheng, men likevel gir en høy korrelasjon fordi de tilfeldigvis svinger i takt.

Og hvis man bruker et slik enkelt-tilfelle for å sette terskelen for hvilken korrelasjon som bør anses som ubetydelig, når man på forhånd vet at det vil gi en høy korrelasjon til tross for manglende sammenheng, begår man en klassisk feil som kalles «Cherry picking». En slik øvelse ville heller ikke være så vanskelig når det er flere ting som har en betydning for de forholdene man ønsker å analysere. Men vi mener at en slik fremgangsmåte vitner om manglende forståelse av hypotese-testing og statistisk analyse.

Det som er viktig i denne sammenhengen, er at korrelasjon-analysen bør anses som en måte å teste vår forståelse for forholdet mellom CO2 og den globale middeltemperaturen på, i trå med de fysiske lovene som ble oppdaget av b.la. Fourier, Tyndall, Arrhenius, Plass, Eliassen og Pedersen.

Det er også viktig å presisere at strålingspådrivet følger logaritmen av CO2-konsentrasjonene (IPCC, 2007, 2.3.1), noe det ikke er tatt høyde for når enkelte mener at CO2-økningen i de siste år burde tilsi en raskere oppvarming.

Figur 1 som viser log(CO2) mot ulike estimater for global middeltemperatur. Kilde:GISTEMP; HadCRUT3V, NCDC, ERA40 re-analyse, NCEP-NCAR re-analyse, samt Vostok iskjerne-data for temperatur og CO2. Standard hypotese-test for korrelasjon for denne analysen angir en sannsynlighet for at sammenhengen skal oppstå ved et sammentreff som omtrent null, or tilsvarende test for regresjonen gir en sannsynlighet som er lavere enn 10-14.
Figur 1 som viser log(CO2) mot ulike estimater for global middeltemperatur. Kilde:GISTEMP; HadCRUT3V, NCDC, ERA40 re-analyse, NCEP-NCAR re-analyse, samt Vostok iskjerne-data for temperatur og CO2. Standard hypotese-test for korrelasjon for denne analysen angir en sannsynlighet for at sammenhengen skal oppstå ved et sammentreff som omtrent null, or tilsvarende test for regresjonen gir en sannsynlighet som er lavere enn 10-14.

Figuren ovenfor viser forholdet mellom logaritmen av CO2-konsentrasjonen og estimat for den globale temperaturen fra en rekke ulike analyser og datakilder (standardiserte verdier). Her er også forholdet mellom CO2 og temperatur fra Vostok iskjerner vist (grå symboler), som representerer både istider og mellomistider i et tidsspenn fra 7000 til 420.000 år før nåtid. Vi mener at alle de historiske dataene viser en klar korrelasjon mellom CO2 og temperatur, og at dette støtter opp under vår fysiske forståelse for hvordan CO2-konsentrasjonene medfører en forsterket drivhuseffekten, istedenfor å falsifisere den.

Punktene i figuren ligger også spredt rundt en rett linje som følger diagonalen. Denne spredning i punkter reflekterer forholdet mellom CO2-konsentrasjoner og temperaturer, og oppstår nettopp fordi det er flere forhold enn bare drivhusgasser som kan påvirke jordens middeltemperatur. F.eks. kan solaktiviteten ha en viss betydning (Benestad, 2002), og man kan ty til f.eks. multippel regresjon for å forsøke å kvantifisere de ulike rollene. Men selv da er det lett å trå feil (Benestad and Schmidt, 2009). Likevel ser det ut til at forholdet mellom CO2-konsentrasjoner og temperatur er samstemt i både observasjoner og klimamodeller.

Figur 2 viser temperatur-midlet over breddegradene 60N til 90N. Sort kurve viser GISTEMP, rød kurve NCEP/NCAR re-analyse, og grøn kurve Compo et al (2010) sin 20. århundrets re-analyse.
Figur 2 viser temperatur-midlet over breddegradene 60N til 90N. Sort kurve viser GISTEMP, rød kurve NCEP/NCAR re-analyse, og grøn kurve Compo et al (2010) sin 20. århundrets re-analyse.

Når Ellestad påstår at Arktis i 1930-40 årene var like varm eller varmere enn nå, viser han til en temperaturkurve fra Willie Soon (2005). Men denne påstanden stemmer ikke med våre analyser (i figuren ovenfor), som antyder at temperaturen i Arktis har steget med mer enn 2 grader siden 1900. Temperaturstigningen siden 1900 er om lag 3 ganger så høy som den globale, og temperaturen i Arktis er nå i gjennomsnitt ca 1 grad høyere enn den var i 1930-40 årene. Dette kan vanskelig forklares uten en global oppvarming.

Mangler kurver

Temperaturkurven som Soon (2005) henviser til, stammer fra Polyakov et al. (2003) som konkluderer med at «maritime Arctic temperature was higher in the late 1930s through the early 1940s than in the 1990s». Konklusjonen til Polyakov et al. (2003) ser ut til å stemme ganske godt med vår figur, som inkluderer mer oppdaterte målinger, og som viser en betydelig oppvarming siden 1990-tallet (se Figur 2).

Men man bør være oppmerksom på usikkerheten i slike analyser, for vi har ikke komplette måleserier for hele Arktis langt tilbake i tid, særlig på de høyeste breddegradene. Usikkerheten kommer tydelig frem dersom man sammenligner GISTEMP (svart kurve i Figur 2) med re-analysen for det 20. århundret (grønn kurve). Disse spriker ganske vesentlig før 1960-tallet. Når det gjelder sjø-is, blir usikkerheten enda større når vi går langt tilbake i tid.

Vi vet at også dataserier fra enkelte kvalitetssikrete målestasjoner kan gi en verdifull innsikt, selv om disse ikke representerer hele Arktis. Analyse av lokale forhold kan gi et bilde som er mindre preget av usikkerhet forbundet med datadekning, men likevel mer påvirket av naturlige variasjoner. Figuren nedenfor viser den historiske temperaturutviklingen ved Svalbard lufthavn (Nordli 2011).

Kurven starter med en sterk oppvarming som kulminerte på 1930-tallet. Hendingen som er svært markert, går under navnet ”Den tidlige 1900-talls-oppvarmingen”, men er likevel innenfor det som kan regnes for naturlig variabilitet (se for eks. Johannessen m.fl. 2004). Temperaturen holdt seg høy helt fram til 1950-tallet da den tok til å synke. Etter 1960-tallet har temperaturen stort sett vært økende, og er som vi sa i innledningen, nå høyere enn i de tidligere temperaturtoppene.

Middeltemperaturen for vinteren og våren 2005-2006 på Svalbard var ekstrem. På værstasjonene her registrerte vi et av de største avvikene fra temperaturnormalen over en seks måneders periode, som er observert noe sted i nyere tid. Middeltemperaturen på Svalbard lufthavn for perioden desember 2005 til mai 2006 var –4,8 °C (8,2 °C over normalen).

Den nye rekorden er 2,8 °C høyere enn den forrige rekorden fra 1953-1954. Ekstremsituasjonen var knyttet til stor transport av mild luft og varmt vann mot Svalbardregionen, samt spesielle vindforhold som førte til at store mengder kystvann blandet seg med varmt atlanterhavsvann langs vestkysten av Svalbard (Cottier m.fl. 2007). De spesielle forholdene påvirket den normale syklusen for dannelsen av sjøis og førte til unormalt store områder med åpent vann rundt Svalbard. Når vi vet at denne episoden kommer på toppen av en lang periode med kraftig og akselererende temperaturøkning, er resultatene oppsiktsvekkende (Isaksen m.fl. 2007a).

Figur3 siver årsmiddeltemperatur på Svalbard (Svalbard lufthavn). Den rosa utjevnete kurven viser nå betydelig høyere temperatur enn under de to tidligere toppene på 1930- og 1950-tallet. Enkeltårene 2006 og 2007 er varmere enn noen andre år i måleserien.
Figur3 siver årsmiddeltemperatur på Svalbard (Svalbard lufthavn). Den rosa utjevnete kurven viser nå betydelig høyere temperatur enn under de to tidligere toppene på 1930- og 1950-tallet. Enkeltårene 2006 og 2007 er varmere enn noen andre år i måleserien.

Temperaturutviklingen på Svalbard lufthavn støttes også med analyser gjort i et borehull i permafrosten på Svalbard. Analyser fra en målestasjon i Adventdalen nær Svalbard lufthavn viser at temperaturen nå stiger i gjennomsnitt 0,7 °C per tiår i øvre del av permafrosten og at temperaturstigningen det siste tiåret er akselererende (Isaksen m.fl. 2007b). I tidligere studier (Isaksen m.fl. 2000) fra den samme stasjonen har vi dessuten funnet klare indikasjoner på at det må ha vært en temperaturstigning i permafrosten på Svalbard på 1,0-2,0 C for perioden 1920-2000.

Bevisene mangler

Vi håper at vi har klart å gi en klar beskrivelse av den pågående oppvarmingen i Arktis, og fått overbevist om at det er en korrelasjon mellom CO2-konsentrasjoner og temperaturer som underbygger vår forståelse om at mer drivhusgasser gir en global oppvarming, med en forsterket effekt i Arktis. Men en annen misoppfatning som dukker opp i Ellestads kronikk er uttrykket «IPCC-skolen».

Vi mener at denne betegnelsen gir et galt inntrykk av hvordan forskningen foregår og hvem som driver med slikt. IPCC forsker ikke. Det blir også galt å omtale menneskeskapte klimaendringer som «IPCCs CO2-hypotese» og vi kan heller ikke se at denne mangler forankring i observasjoner, slik Ellestad påstår. Kapitlene 3, 4 og 5 i siste rapport fra 2007 (WG1), omhandler jo nettopp observasjoner, og disse kan i tillegg bli supplert med ACIA-rapporten (kapittel 2), som har fokus på Arktis og som har involvert noen av våre nære kolleger.

Faktum er at FNs klimapanel (IPCC) oppsummerer og vurderer kunnskapen publisert i den vitenskaplige litteraturen i form av ulike rapporter. Forfatterne av disse rapportene er riktignok forskere, slik at de er i best mulig stand til å ha oversikt og tolke data og analyser, men kunnskapen og forskningen rundt klimaproblematikken er det et stort forskningsmiljø som står for. Vi mener likevel at IPCCs rapporter til nå har gjenspeilt den oppfatningen vi har av klimaforskningen.

Siden vi selv driver med aktiv forskning rundt klimaendringer og Arktis, blant annet med analyser av observasjoner, er vi svært interesserte i å avdekke årsaken til at Ellestad trekker så ulike konklusjoner i forhold til våre og resten av klimaforskermiljøet. Vi vil derfor gjerne se dataene og analysen som Ellestad har brukt og hva han baserer sine konklusjoner på.

Vi kan ikke se bevisene for at det var varmere i Arktis på 1930-40 tallet enn nå, og vi kan ikke se noen bevis som svekker tolkningen om en forsterket drivhuseffekt. Etter alt styret rundt data- og kilde-åpenhet i kjølvannet av «Climategate», forventer vi at også AGW-benekterne skal legge frem sine rådata og kode. Til nå har de ikke vært noe særlig flinke til det.