Bakgrunn: Satellittdata med bakkekontakt

Temperaturmålinger fra satellitter og ballongmålinger viser mye mindre global oppvarming enn bakkemålingene og klimamodellene. Dette har forårsaket opphetet debatt siden 1990-tallet - en debatt som raser fremdeles.

Publisert

En viktig uoverensstemmelse i klimaforskningen dreier seg altså om hvorfor målinger ved jordoverflaten viser en kraftig stigning i temperaturen de siste tiårene, mens satellittmålinger gjort på troposfæren viser en mye mer moderat oppvarming.

Stemmer ikke med teorien

Når man studerer satellittmålingene ser det ikke ut til at jordas atmosfære gjennomgår den oppvarmingen som klimamodeller i datamaskiner forutsier. Målingene av temperaturen på jordoverflaten og i atmosfæren de siste tiårene motsier dermed teoriene om hvordan menneskeskapte klimaendringer burde utfolde seg:

Dersom økningen i overflatetemperaturen er forårsaket av utslipp av CO2, og en økende drivhuseffekt, forutsier de beste tilgjengelige teoretiske modellene at oppvarmingen av overflaten og troposfæren vil skje samtidig, ja faktisk at den største oppvarmingen vil være i troposfæren.

Satellittmålingene har lenge har vært et kraftig horn i sida for ihuga talsmenn for menneskeskapt global oppvarming, og det har blitt foretatt gjentatte forsøk på å redusere disse målingenes troverdighet. Noen av de ferskeste forsøkene blir presentert i denne artikkelen.

IPCCs vurdering

Bakkemålinger som det internasjonale klimapanelet (IPCC) baserer seg på, viser en global oppvarming på 0,15 grader celsius per tiår siden 1976. IPCC vedkjenner imidlertid i sin siste rapport at den lavere og midtre delen av troposfæren har blitt mindre oppvarmet enn overflaten siden 1979, da satellittmålingene startet.

IPCC legger likevel stor vekt på bakkemålingene i sine rapporter, som viser at temperaturen økte med 0,6 grader celsius i løpet av 1900-tallet. IPCC skriver i sin rapport fra 2001 at den globale oppvarmingen sannsynligvis vil fortsette i et tempo på 0,1 - 0,2 grader celsius per tiår, og tegner et scenario med en global oppvarming på mellom 1,4 og 5,8 grader celsius fra 1990 til 2100.

Disse tendensene og fremtidsscenarioene har så langt ikke blitt bekreftet av satellittmålingene, som først og fremst er illustrert ved en rekke undersøkelser ledet av John R. Christy fra det amerikanske National Space Science & Technology Center ved University of Alabama i Huntsville (UAH).

Siden 1979

"De forskjellige lagene i atmosfæren. (Illustrasjon: NASA)"
"De forskjellige lagene i atmosfæren. (Illustrasjon: NASA)"

Satellitter har indirekte tatt tempen på jordas troposfære siden 1979. Troposfæren er den laveste delen av jordas atmosfære (opp til 7-17 kilometer over jordoverflaten, avhengig av breddegraden), og den delen av atmosfæren hvor det meste av været befinner seg. Jetfly beveger seg ofte nesten i toppen av dette laget. Laget som ligger over troposfæren igjen heter stratosfæren.

Dataene sendes ned fra ni amerikanske satellitter i polare baner, som bærer såkalte microwave sounding units (MSU). Disse apparatene måler mikrobølgestrålingen fra oksygenmolekyler i atmosfæren, som er proporsjonal med temperaturen. Satellittmålingene dekker så å si hele kloden.

Christy var, sammen med Roy Spencer fra NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, den første til å presentere MSU-målinger i 1990. Andre forskere som jobber med satellittmålinger i dag bruker Christys rådata, men behandler dem på litt forskjellige måter, som du snart skal få se eksempler på.

Hovedforfatter for IPCC

Christy har også vært med i det internasjonale klimapanelet siden 1992, og i rapporten fra 2001 var han en av åtte hovedforfattere for kapitlet som omhandlet observert klimavariabilitet og -endring.

I mai i år ga han også en uttalelse til en komité i det amerikanske Representantenes hus, hvor han blant annet la vekt på at IPCCs konklusjon fra 2001, som sier at menneskeskapt global oppvarming er tydelig, delvis var basert på en nå utdatert beskrivelse av den nordlige halvkule de siste 1 000 årene.

Beskrivelsen, som blant annet finnes i Mann et al (denne studien kan du lese mer om i en egen artikkel), viser liten forandring inntil rundt 1850. Da kommer en skarp stigning, noe som antyder at den nylige oppvarmingen er dramatisk og koblet til menneskenes påvirkning. Christy vektlegger at studier etter 2001 viser andre resultater.

- Ikke uvanlig i det hele tatt

- Med et bredere spekter av informasjon fra nye kilder, indikerer nå studiene at store temperatursvingninger har vært vanlige de siste 1 000 årene, og at temperaturer varmere enn i dag var vanlige i 50-års perioder for rundt 1 000 år siden. Disse studiene antyder at klimaet vi ser i dag ikke er uvanlig i det hele tatt, sa Christy til Representantenes hus.

Forskjellige beregninger av temperaturen i den lavere delen av troposfæren ved hjelp av satellittmålinger, viser en oppvarming på nærmere 0,3 grader siden disse målingene startet i 1979. Dette er halvparten av oppvarmingen som er observert ved jordoverflaten. Den virkelige verden viser altså mindre oppvarming i atmosfæren, ikke mer, som klimamodellene forutsier.

- At klimamodellene ikke er i stand til å oppnå samsvar på denne skalaen, er en alvorlig mangel, og antyder at beregninger fra slike modeller bør sees på med stor skepsis, sa Christy til Representatenes hus.

Korrigeringene begynner

"To skylag i atmosfæren."
"To skylag i atmosfæren."

Den første kritikken mot Christy og Spencer kom allerede i 1998, da tidsskriftet Nature publiserte en studie av Frank Wentz og Matthias Schabel fra det private forskningssenteret Remote Sensing Systems (RSS). Studien viste at satellittene tapte høyde over årenes løp, og at de originale dataene fra UAH ikke var korrigert for dette.

Wentz og Schabel mente at når dataene var korrigert, ville den satellittmålte temperaturen øke. De mente derfor at gapet mellom overflate- og satellittmålinger var blitt mindre.

Det var helt riktig at Christy og Spencer ikke hadde fått med seg at satellittene mistet høyde, og Christys gruppe dukket derfor ned igjen i sine egne data for å undersøke om det også var andre korrigeringer som måtte gjøres. Det var det.

Forskjeller mellom UAH og RSS

Christys gruppe oppdaget at satellittene, i tillegg til å tape høyde, også driver litt mot øst og vest. Denne tidligere udokumenterte driften fører til en kunstig oppvarmingstrend som nesten overskriver effekten av den kunstige nedkjølingstrenden forårsaket av høydetapet.

Christy korrigerte sine data, og endte opp med en meget beskjeden temperaturtrend som ikke var i nærheten av å forene satellittmålingene med bakkemålingene. Christy påpekte dette overfor Wentz og Scabel. I tillegg påpekte han at de hadde gjort feil i sine korrigeringer for høydetap. Christy mente de burde vente med å publisere sitt arbeid før dette var korrigert for.

Det ville ikke Wentz, og studien fra RSS ble slått stort opp da den presenterte en oppvarmingstrend på 0,08 grader celsius per tiår, i motsetning til Christys tall som viste en temperaturforandring som var tilnærmet lik null.

En stigning på 0,08 grader var riktignok bare halvparten av trenden målt ved bakken, men studien fikk likevel mye oppmerksomhet i mediene. Christys nye studie, som faktisk viste en nedkjøling på 0,01 grader celsius i tiåret, ble derimot i stor grad oversett.

Misforholdet eksisterer fremdeles

Siden denne diskusjonen startet, har de to forskergruppene, fra UAH og RSS, stadig korrigert sine data, og publisert nye tolkninger av temperaturøkningen i atmosfæren.

Misforholdet mellom bakkemålingene og satellittmålingene er der imidlertid fremdeles, på tross av at analysene fra RSS har nærmet seg bakkemålingene mer enn tallene fra UAH, og på tross av mangfoldige andre forsøk på å få bakkemålinger og satellittmålinger til å stemme bedre overens.

I sommer publiserte for eksempel tidsskriftet Science en studie av Ben Santer og kollegaer, som sammenligner en klimamodell med enda et nytt datasett for satellittmålinger. Det nye datasettet for satellittmålinger er ennå ikke publisert, men er godkjent for publisering i tidsskriftet Journal of Climate.

Det er forfattet av Carl Mears, sammen med Wentz og Schabel. Forskerne ved RSS var nemlig fortsatt ikke fornøyd med måten gruppen ved UAH satte sammen satellittdataene på, så de fant sin egen måte, som igjen resulterte i en sterkere oppvarmingstrend enn UAH-versjonen.

De viktige desimalene

Helt konkret viser tallene fra RSS en oppvarming på 0,097 grader celsius per tiår i det som kalles kanal 2 i troposfæremålingene, altså den midtre delen av atmosfæren. Tallene fra UAH viser en temperaturstigning på 0,039 grader celsius i tiåret for denne kanalen.

Christy og UAH opererer også med en annen versjon av kanal 2, hvor han har fjernet det øverste laget i målingen fordi det inkluderer en del av stratosfæren, som faktisk kjøles ned. I denne versjonen finner Christy en temperaturøkning på 0,074 grader celsius per tiår.

At tallene endrer seg ettersom årene går skyldes ikke bare korrigeringer, men også fenomener som El Ninjo eller vulkanutbrudd. Dette illustrerer ett av problemene med satellittmålingene: Dataene strekker seg over en såpass kort tidsperiode at det kan skje store forandringer i trenden når man legger til nye år.

Kontrollerer med klimamodell

Ben Santer og kollegaene gjør imidlertid mer i sin studie enn å sammenstille dataene fra UAH med dataene fra RSS: De sammenligner de to datasettene med en klimamodell, altså en datasimulering av klimasystemet, som viser ganske mye mer oppvarming en både UAH- og RSS-dataene.

"Sort graf viser satelittdataene fra RSS, blå graf viser satelittdataene fra UAH og rød graf viser dataene fra klimamodellen. (Illustrasjon: Santer et al. 2003)"
"Sort graf viser satelittdataene fra RSS, blå graf viser satelittdataene fra UAH og rød graf viser dataene fra klimamodellen. (Illustrasjon: Santer et al. 2003)"



 

Sammenligningen omfatter perioden fra 1979 til 2001, og to atmosfærelag: En nedre del av stratosfæren (de øverste grafene i illustrasjonen; A), og troposfæren (de nederste grafene - B) Når det gjelder stratosfæren viser de tre forskjellige kurvene den samme gjennomsnittstrenden; nemlig en nedkjøling på 0,5 grader per tiår.

Når det gjelder B-grafene er det imidlertid store forskjeller mellom klimamodellens kurve og de to kurvene basert på satellittmålinger.

Du ser satellittmålingene i figuren som blå og sorte streker, som nesten går i ett, mens klimamodellens kurve har rød farge, og oppfører seg ganske annerledes. Det Santer og kollegaene forsøker å gjøre med sin studie, er å bruke grafen fra klimamodellen for å si noe om hvilken av de to satellittdatasettene som er mest korrekt.

Kan hypotesen kontrollerer dataene?

Denne studien har fått kraftig kritikk: Vitenskapelig metode krever at en hypotese testes mot observasjon, mens det kritikerne mener Santer og kollegaene har gjort her, er å teste observasjonene med en hypotese.

Den samme uka som Santers studie ble publisert, kom det også en ny studie fra Christy og UAH, som nok en gang ikke fikk den samme oppmerksomheten. I Journal of Atmospheric and Oceanic Technology presenterer Christy en studie hvor han har testet sine data fra satellittmålinger mot flere forskjellige og uavhengige datasett fra værballonger.

Det viser seg at satellittdataene fra UAH stemmer svært godt overens med ballongdataene, som også viser en langsom og moderat oppvarming i atmosfæren.

- Dette indikerer at den beregnede oppvarmingen fra klimamodellen har liten sammenheng med den virkelige verden, sier Christy. UAH-dataene stemmer også mye bedre overens med ballongmålingene enn RSS-dataene gjør.

- Dette viser at påståtte misforhold mellom beregninger fra klimamodellene og satellittdata fra troposfæren (og mellom sistnevnte og bakkemålinger) kan være et produkt av usikre data, konkluderer imidlertid Spenser et. al. i sin studie.

Utelater korrigeringer

Enda en amerikansk, kontroversiell studie som forsøker å fjerne avstanden mellom satellittdataene og bakkemålingene ble presentert i sommer. Denne gangen kom studien fra forskerne Konstantin Vinnikov og Norman Grody fra henholdsvis University of Maryland og National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), og ble publisert i tidsskriftet Science.

Vinnikov og Grody hevder stikk i strid med andre resultater at oppvarmingen i atmosfæren faktisk skjer raskere enn oppvarmingen på overflaten. Forskerne ignorerer resultatene fra UAH og RSS, og gjør en helt ny analyse av dataene. Konklusjonen er at temperaturen i troposfæren stiger med hele 0,024 grader celsius i året - altså nesten dobbelt så fort som bakkemålingene viser.

Denne studien har imidlertid blitt avvist av både Christy og UAH-gruppen, og Wentz og RSS-gruppen. Innvendingen er at studien ikke tar hensyn til de viktige korrigeringene som de andre forskerne har gjort, for eksempel at satellittene mister høyde og driver litt.

- Falsk alarm

- Denne studien burde ikke vært publisert, sa Christy til Cox News. Universitetet i Alabama skrev til og med en egen pressemelding som kritiserte Vinnikov og Grody.

- Dette resultatet er falsk alarm, sier Spencer til tidsskriftet Nature.

- Studien skaper bare støy i debatten, sa Wentz til Wall Street Journal.

- Kalibrering alene kan ikke forklare forskjellene, sier Grody på sin side, til Nature.

Usikkerhet

Misforholdet mellom overflatemålingene og satellittmålingene har som vi skjønner forårsaket mye debatt i det vitenskapelige miljøet. Det meste dreier seg om usikkerhet, som finnes i absolutt alle ledd i denne historien.

Det er nemlig problemer med alle metodene som brukes for å si noe om temperaturutviklingen på jorda. Problemene med satellittmålingene er tydelige i eksemplene over. Det finnes imidlertid problemer med bakkemålingene også, som gjør at enkelte mener satellittmålingene er mer troverdige.

De fleste studier regner med at det finnes pålitelige bakkemålinger fra rundt 1850. Disse målingene er hentet fra titusenvis av termometere plassert i bokser to meter over bakken rundt om i hele verden. Boksene plasseres gjerne der det finnes mennesker som er kompetente til å lese dem av. De fleste er plassert i byer, og ikke minst på land.

Varmeøyer

En innvendig mot denne typen temperaturmåling er at de fleste byer vil oppleve en oppvarming på grunn av den såkalte varmeøyeffekten: Menneskeskapte strukturer har en tendens til å bli varmet opp til høye temperaturer om dagen, og sakte slippe varmen ut igjen om natta. Resultatet er en høyere temperatur enn du for eksempel vil finne i et nærliggende bygdestrøk.

En annen innvendig er at systemet for det meste måler temperaturer på land. Landområdene utgjør 25 prosent av jordens overflate, mens 75 prosent av planeten er dekket av vann og is. Mange områder på land dekkes heller ikke av målestasjonene, for eksempel ørkener, tundra, fjell og skog, men flere urbane områder har en uforholdsmessig stor mengde målestasjoner for temperatur.

Skeptikerne stiller spørsmål ved de grunnleggende temperaturdataene som brukes til å demonstrere at jordens temperatur har økt kraftig det siste århundret. De fleste dataene som ble samlet inn før satellittene - før 1970 - ble samlet inn fra urbane områder med mange forskjellige typer termometre som var plassert langt fra hverandre.

Argumentet mot bakkemålingene er at alle disse problemene vil bidra til et falskt inntrykk av langvarig global oppvarming.

Klimamodeller

Inntil satellittdata har blitt samlet inn i flere tiår til, føler enkelte forskere at alle typene temperaturdata er for upålitelige til å ta helt bokstavelig.

Når det gjelder klimamodellene, som kjøres på store datamaskiner som simuleringer av klimasystemet, er det selvfølgelig knyttet stor usikkerhet til dem også.

- Klimamodeller er ikke vitenskapelige målinger. Klimamodeller kan være verdifulle i mange vitenskapelige formål, men modeller og deres utdata bør ikke blandes sammen med data, eller brukes som standard for å vurdere gyldigheten av virkelige data. Dersom du har pålitelige data som er i uoverensstemmelse med datamodellen, er det på tide å finne ut om det er noe galt med modellen. Å gjøre noe annet kan lede deg til å konkludere med at teoriene dine er korrekte, og den virkelige verden tar feil, sier Christy.

Referanser:

Christy og Spencer; Reliability of Satellite Data Sets Science. 2003 Aug 22;301(5636):1046-9; author reply 1046-9.

Christy, Spencer, Norris, Braswell; Error estimates of version 5.0 of MSU-AMSU bulk atmospheric temperatures. J. Atmos. Oceanic Technol., 20, 613-629; 2003.

Mears, Schabel og Wentz (Remote Sensing Systems); A Reanalysis of the MSU Channel 2 Tropospheric Temperature Record; akseptert for publisering i tidsskriftet Journal of Climate.Influence of Satellite Data Uncertainties on the Detection of Externally Forced Climate Change Science 2003 300: 1280-1284.

Santer, Wigley, Meehl, Wehner, Mears, Schabel, Wentz, Ammann, Arblaster, Bettge, Washington, Taylor, Boyle, Brüggemann og Doutriaux;

Vinnikov og Grody: Global warming trend of mean tropospheric temperature observed by satellites; Sciencexpress; 11. september, 2003.

Lenker:

UAH: Atmospheric Science
RSS: Remote sensing systems
NASA: Global Hydrology and Climate Center
Hjemmeside: John Christy
Hjemmeside: Benjamin Santer
Christy: Uttalelse til Representantenes hus
UAH-pressemelding: Comparing satellite & balloon climate data corroborates slower rate of global warming
IPCC: Summary for policy makers 2001
 

Ingressfoto: NASA