Hva styrer atmosfærisk CO2 ?

Ole Humlum, Kjell Stordahl og Jan-Erik Solheim (Humlum m.fl.) har nylig publisert artikkelen The phase relation between atmospheric carbon dioxide and global temperature. Der hevder de at det ikke er noen sammenheng mellom de menneskeskapte karbonutslippene og atmosfærisk CO2 innhold. De mer enn antyder at økningen i global temperatur etter 1980 er årsaken til økningen i atmosfærisk CO2. Konsensusen blant klimaforskerene har en motsatt årsak-virkning forklaring, nemlig at den økte konsentrasjonen av CO2 er menneskeskapt og at den har forårsaket økning i global temperatur.

Mark Richardson og Troy Masters/Rasmus Benestad har fått publisert kommentarer (Comments) til artikkelen til Humlum m.fl. der de viser at artikkelen inneholder flere alvorlige feil. Jeg vil vise det samme i dette innlegget.

Karbonutslipp

Figur 1: Menneskeskapte karbonutslipp og atmosfærisk CO2

Blå strek i Figur 1 viser de oppsamlede karbonutslippene fra vår brenning av fossilt brennstoff. I resten av innlegget skriver jeg karbonutslipp uten hver gang å understreke at det er karbonutslippene fra vår brenning av fossilt brennstoff. Dataene er hentet fra Carbon Dioxide Information Analysis Center (CDIAC). CDIAC har estimert de årlige karbonutslippene fra 1751 og de månedlige utslippene fra 1950. I Figur 1 er de summert opp til å vise de totale oppsamlede utslippene. Benevningen GtC betyr millarder tonn karbon.

Rød strek i Figur 1 viser CO2 målingene fra Mauno Loa. Benevningen ppm betyr parts per million.

Figur 1 viser en veldig sterk korrelasjon (samvariasjon) mellom karbonutslippene og atmosfærisk CO2 konsentrasjon. I den første delen av intervallet vokser de oppsamlede karbonutslippene langsommere enn i den siste delen av intervallet, og det samme gjør atmosfærisk CO2. Dvs. at Figur 1 viser at det også er en positiv korrelasjon mellom endringene i karbonutslipp og endringene i atmosfærisk CO2. Det er derfor veldig overraskende at Humlum m.fl. ikke finner en positiv korrelasjon mellom disse endringene. Årsaken er at de gjør en meget alvorlig feil i sin analyse, noe Mark Richardson påviser i sin publiserte kommentar.

Først litt om et par matematiske begreper. Å derivere er det matematisk uttrykket for å beregne hvor raskt noe endrer seg. Førstederiverte er endringer i oppsamlede verdier. Andrederiverte er endringer i de førstederiverte. Eksempel: Tilbakelagt distanse er en oppsamlet verdi. Hastighet er endringer i tilbakelagt distanse, dvs. den deriverte av tilbakelagt distanse. Akselerasjon er endring i hastighet, dvs. den andrederiverte av tilbakelagt distanse.

Humlum m.fl. prøver forgjeves å finne en positiv korrelasjon mellom endringer i de årlige karbonutslippene og endringer i atmosfærisk CO2. Men de årlige karbonutslippene har benevning GtC/år, dvs. at de er de deriverte av de oppsamlede karbonutslippene. Humlum m.fl. beregner m.a.o. de andrederiverte av de oppsamlede karbonutslippene. Det er ingen grunn til å forvente at de andrederiverte av karbonutslippene skal korrelere positivt med de førstederiverte av atmosfærisk CO2, noe de da heller ikke gjør.

I et innlegg på egen blogg viser jeg numerisk og grafisk at det er en klar positiv korrelasjon mellom endringer i karbonutslippene og endringer i atmosfærisk CO2.

Global temperatur

Hva så med sammenhengen mellom endringer i atmosfærisk CO2 og global temperatur? Her mere enn antyder Humlum m.fl. at økningen i global temperatur etter 1980 er årsaken til økningen i atmosfærisk CO2. De beregner korrelasjonen (samvariasjonen) mellom endringer i atmosfærisk CO2 og endringer i global temperatur. Problemet er at effekten av langtidstrender forsvinner med metodikken deres. Den deriverte av en jevnt stigende kurve er en konstant, og konstante verdier bidrar ikke i korrelasjonsanalyser. Analysen til Humlum m.fl. viser at korttidsvariasjonene i atmosfærisk CO2 kommer ca 10 måneder etter korttidsvariasjonene i global temperatur. Det er velkjent og alment akseptert blant klimaforskere, men det sier ingenting om sammenhengen mellom langtidstrendene. Dette utdypes i de publiserte kommentarene som jeg refererte til i begynnelsen av innlegget, og i blogginnlegg skrevet av kommentarforfatterne her, her og her. Jeg vil nå demonstrere det samme med et enkelt tankeeksperiment.

Figur 2: Global temperatur og atmosfærisk CO2

Figur 2 viser global temperatur (GISTEMP) med blå heltrukket strek og atmosfærisk CO2 konsentrasjon (global ESRL) med heltrukket rød strek. Rød stiplet rød strek forklares i neste avsnitt; nå kan vi se bort fra den. Jeg har gjort de samme beregningene som Humlum m.fl. har gjort med dataene vist med heltrukne streker, og jeg har fått de samme resultatene som dem. Det er positiv korrelasjon mellom endringer i global temperatur og endringer i atmosfærisk CO2, og korrelasjonen er størst når CO2 har et etterslep på ca 10 måneder. Først kommer korttidsendringene i temperatur, deretter kommer korttidsendringene i CO2. Problemet er at Humlum m.fl. mere enn antyder at dette også gjelder for langtidstrendene, noe analysen overhodet ikke gir grunnlag for.

I tankeksperimentet mitt detrender jeg CO2 kurven slik at langtidstrenden blir null mens korttidsvariasjonene beholdes. Stiplet rød strek i Figur 2 viser detrendet CO2. Jeg gjentar korrelasjonsberegningene beskrevet i forrige avsnitt. Korrelasjonen mellom global temperatur og detrendet CO2 viser seg å være eksakt den samme som mellom global temperatur og ikke-detrendet CO2 ! Det viser med all tydelighet at den positive korrelasjonen gjelder for korttidstrendene og ikke for langtidstrendene, for i tankeeksperimentet er det en stigende langtidstrend i temperatur men ikke i atmosfærisk CO2.

Jeg har beskrevet tankeeksperimentet og beregningene rundt det mere detaljert i et innlegg på egen blogg.

Beregninger som Humlum m.fl. ikke gjorde

Humlum m.fl. regnet ut endringene i temperatur og atmosfærisk CO2, som forklart i forbindelse med Figur 2. De kunne regnet videre på disse resultatene, for resultatene viser hvor følsom atmosfærisk CO2 er for endringer i temperatur. I et innlegg på bloggen min har jeg utført disse beregningene med utgangspunkt i de samme resultatene som også Humlum m.fl. regnet seg frem til. Basert på dataene i de heltrukne strekene i Figur 2 kan temperaturøkningen forklare bare noe over 1 ppm av CO2 økningen mellom 1980 og 2011. Resten av økningen, ca 53 ppm, må skyldes noe annet. Neste avsnitt viser at «noe annet» kan være de menneskeskapte karbonutslippene.

Figur 1 viser oppsamlede karbonutslipp fra fossilt brennstoff og atmosfærisk CO2. Jeg skrev at det er en sterk korrelasjon mellom endringer i karbonutslippene og endringer i atmosfærisk CO2. Disse resultatene kan brukes til å regne ut hvor følsom atmosfærisk CO2 er for endringer i karbonutslippene. På bloggen min har jeg gått gjennom disse beregningene. Basert på dataene i Figur 1 kan de menneskeskapte karbonutslippene mellom 1959 og 2011 forklare hele 68 ppm av den totale økningen på 71 ppm i denne perioden.

Statistisk analyse av de samme dataene som Humlum m.fl. tok utgangspunkt i viser altså at de menneskeskapte karbonutslippene kan forklare økningen i atmosfærisk CO2. Temperaturstigningen kan det ikke. Mark Richardson viser i blogginnlegget sitt på Skeptical Science at økningen i atmosfærisk CO2 virkelig skyldes de menneskeskapte karbonutslippene. Han tar bl.a. utgangspunkt i bevaring av masse. Vi vet at bare ca halvparten av de menneskeskapte karbonutslippene er igjen i atmosfæren. Den andre halvparten kan ikke bare forsvinne ut fra et lukket karbonkretsløp, og den må derfor ha blitt tatt opp i naturen. Den samme naturen kan ikke samtidig ha vært en netto kilde av karbon til atmosfæren. Humlum m.fl. ignorerer denne enkle kjensgjerningen. Mine statistiske analyser støtter fullt ut konklusjonene til Mark Richardson.