Allt liv på jorden har (på något sätt) sitt ursprung i solens värme. Men hur mycket av solinstrålningen når oss jordbor? Frågan är högst relevant, eftersom mängden reflekterat solljus visar en anmärkningsvärd minskande trend över tid.
Som vi kommer att visa förklarar denna trend i sig det mesta av den uppvärmning vi har haft under de senaste decennierna.
Jordens reflektivitet mäts med albedo (ett latinskt ord som betyder "vithet"). Albedo mäter hur stor andel av solinstrålningen som reflekteras tillbaka till rymden, antingen från marken eller i atmosfären.
Om albedo är 100 procent reflekteras allt ljus, och 0 procent betyder att inget ljus reflekteras. Albedo är väldigt olika för olika material: ren snö kan vara så hög som >90 %, smutsig snö kan vara så låg som 20 %. Vatten har albedo <10 % (beroende på reflektionsvinkeln, se figur 1). [1] Moln varierar mycket och är mellan 30 % och 80 % beroende på typ av moln. Jordens albedo är i genomsnitt 28 %.
Figur 1. Vad reflekterar mer solljus, moln, snö, is eller vatten?
Om vi börjar från toppen har vi en i stort sett konstant solinstrålning. Så snart strålningen kommer in i atmosfären börjar fotoner reflekteras av ozon i stratosfären, av moln, vattenånga och aerosolmikropartiklar. Av den återstående solinstrålningen som når jordytan kommer ytterligare en del att reflekteras bort. Mängden som reflekteras varierar mycket och beror på en mängd faktorer som geografiskt läge, markförhållanden (land/hav/landsbygd/stad), vilken årstid vi befinner oss i, temperatur, höjd över havet och inte minst vädret på platsen.
På global nivå jämnar all denna lokala slumpmässighet ut sig, och vi har en stabil bestrålning på månadsbasis. Figur 2 visar hur mycket nettoinstrålning som strömmar in, som ett globalt medelvärde, per kvadratmeter: det är solinstrålning högst upp i atmosfären, ca 340 W/m2, minus reflekterad kortvågsbestrålning på ca 98 W/m2. Netto ca 242 W/m2.
Figur 2. Solinstrålning netto som når jorden, watt/m2, beräknat som inkommande solstrålning minus reflekterad kortvågsstrålning. Säsongsrensade månadsmedelvärden för vart och ett av halvkloten. Tjocka linjer är lössläta, mars 2000 – september 2023. Data: Ceres Ebaf4.
Den reflekterade korvågsstrålningen har minskat
Det finns en tydlig positiv trend under perioden 2000–2023. Den ökande mängden solinstrålning som når jorden beror på en trendmässig minskning av den reflekterade kortvågsstrålningen med 1,5 W/m2. Å andra sidan minskade solinstrålningen med cirka 0,2 W/m2 under samma period på grund av att solcykeln blev mindre aktiv.
Vi har alltså haft en ökning av nettoinstrålningen under perioden med cirka 1,3 W/m2 enligt Ceres-data. Den långsiktiga positiva trenden för kortvågsstrålning har bekräftats existera sedan 1983 (med andra satellitdata). [2] Att det finns en etablerad trend sedan 40 år gör den klimatologiskt signifikant.
Figur 3. Trenden med ökning av kortvågsstrålning från 1983-2001. Kopia av figur 1 i [2].
Albedoförändring förklarar ökningen av nettoinstrålningen från solen.
Albedo är mycket varierande i tid och rum. Icke desto mindre finns det en hel del stabilitet på global nivå. I figur 4 visas utvecklingen separat för norra halvklotet (NH) och södra halvklotet (SH). De ligger mycket nära varandra; Skillnaden är stabil och för det mesta mindre än 0,5 procentenheter. SH har den något lägre nivån, vilket förklaras av att den domineras av hav (med ~80 procent av ytan, jämfört med NH:s ~60 procent). Om vi bara tittar på jordytans beskaffenhet skulle skillnaden vara betydligt större på grund av förhållandet mellan land och hav – men reflektionen från molnen verkar för att jämna ut de halvklotformade skillnaderna.
Figur 4. Albedo för perioden mars 2000 – september 2023, beräknat som reflekterad kortvågsstrålning uppmätt vid TOA i förhållande till inkommande solstrålning. Säsongrensade månadsmedelvärden. Tjocka linjer är lössjordssläta. Uppgifter: Ceres Ebaf.
Detta tillstånd fortsätter
Vi har en fortsatt och påtaglig negativ trend. Det innebär att mer solinstrålning kommer in och värmer upp jorden. Att albedotrenden är negativ är väl belagt, och har påvisats med olika metoder: Ceres-satellitdata, och även genom att mäta jordens återstrålning mot månen. [3] [4] [5]
Vad orsakar albedominskningen? Flera faktorer bidrar:
ett minskande molntäcke (både dess utsträckning och optiska djup) har visat sig vara den primära faktorn [3][4];
Ökad växtlighet ("global greening") är också en väletablerad sekulär trend av stor betydelse.
Att minska mängden aerosoler är av mindre betydelse. Detta kan härledas från den stabila skillnaden mellan NH och SH i figur 4, eftersom aerosoler har en lokal, kortvarig effekt som främst påverkar NH. [6]
Klimatet är mycket känsligt för en reducerad albedo. Forskare vid NASA hävdar att en minskning av albedo med 1 procentenhet ger en uppvärmningseffekt som motsvarar en fördubbling av CO2 i atmosfären. [7] Den albedominskning vi har haft under de senaste 24 åren motsvarar alltså nästan 2,0 W/m². Ökningen av CO2 motsvarar endast 0,7 W/m². Se beräkningar i orginalversionen här.
Slutsats:
Den pågående, långsiktiga minskningen av albedo har gett mer än dubbelt så mycket uppvärmningseffekt under de senaste decennierna som strålningsdrivningen från CO2.
References
[1] The albedo of water is calculated according to the Fresnel relationships, see e.g.:https://en.wikipedia.org/wiki/Albedo#Water https://en.wikipedia.org/wiki/Fresnel_equations
[2] Do Satellites Detect Trends in Surface Solar Radiation?, Pinker and 2 co-authors, Science 2005, https://doi.org/10.1126/science.1103159 .
[3] The albedo of Earth, Stephens and 5 co-authors, 2015, https://doi:10.1002/2014RG000449
[4] The changing nature of Earth’s reflected sunlight, Stephens and 8 co-authors, 2022, https://doi.org/10.1098/rspa.2022.0053
[5] Earth’s Albedo 1998–2017 as Measured from Earthshine, Goode and 5 co-authors, 2021, https://doi.org/10.1029/2021GL094888
[6] Divergent global-scale temperature effects from identical aerosols emitted in different regions, Persad and Caldeira, Nature 2018, https://doi.org/10.1038/s41467-018-05838-6
[7] Changes in Earth’s Albedo Measured by Satellite, Wielicki and 5 co-authors, Science 2005, https://doi.org/10.1126/science.1106484
[8] IPCC 2021, AR6 WG1, chapter 7, p. 925
Teknisk anmärkning
För att skapa diagrammen laddade jag först ner data från Ceres (NetCDF4-format). Datan förbehandlades sedan i programmet CDO (Climate Data Operators) i Linux (i mitt fall Ubuntu under Windows). Alla tidsseriedata beräknades som ytviktade månadsvärden i CDO. Därefter lästes de resulterande datafilerna in i R/Rstudio där figurerna skapades med GGplot. All data och programvara är gratis att använda/öppen källkod.
Gabriel Oxenstierna
filosofie doktor vid Stockholms universitet och en av Clintels undertecknare.
Källa: The Continuing Albedo Change Warms the Earth More Than Twice as Much as CO2 – Watts Up With That?
Det är lite oklart i framställningen vad gäller atmosfärisk resp jordytebunden albedo.
Det är betr. den senare inte obetydligt vad avser ökande mängd aerosoler som en av vanligen bortsedda naturliga negativa feed- back processer, enkannerligen BVOC emissioner p.g.a av ökad soleffekt & koldioxidmängd.
Själv tycker jag framställningen haltar eftersom,
• den refererar till en motsvarande nettoeffekt av ökad koldioxidmängd, en modellbaserad dito med tveksamma och overifierade datamässiga utgångspunkter,
• den refererar till en medelvärdesdistribuerad solinstrålning, som inte har något alls att göra med solinstrålningens uppvärmningseffekt, vilken är centrerad till +/- 30° N/S, dagtid och vilken kan anges som 4'-potensen av den effektiva instrålningen därstädes