Toelichting en opmerkingen bij A matter of humidity
Bericht van: VdeV(Heerenveen) , 06-03-2009 17:18
Dit is een interessant artikel die een mooie samenvatting geeft van de stand van zaken omtrend de kennis van de waterdampfeedback.
Hieronder de hoofdpunten met toelichting:
De waterdampfeedback wordt hoofdzakelijk gestuurd vanuit de hogere troposfeer boven de tropen. Met de tropische onweersbuien worden grote hoeveelheden waterdamp omhoog getransporteerd. Het leeuwendeel valt met de neerslag weer naar beneden maar de rest blijft achter en verspreidt zich met de algehele circulatie over de hele aarde. Dit is voldoende om extra warmtestraling vast te houden en zodoende de opwarming te versterken.
"The water vapor feedback mainly results
from changes in humidity in the tropical upper
troposphere (2), where temperatures are far
below that of the surface and the vapor is
above most of the cloud cover."...
...Thus, the water vapor feedback is essentially
controlled by the large-scale dynamics
and the saturation specific humidity in the
outflow of the tropical deep convective systems.
Convective outflow temperature should,
on average, warm along with the mean atmosphere,
thus producing the feedback (6, 7)
Het gebrek aan kennis over en oplossend vermogen van modellen van microschaal processen rond wolkenvorming en afbraak is een potentiëel sterke bron van onzekerheid maar blijkt uiteindelijk weinig effect te hebben op de mondiale waterdampfeedback.
"One recent study (5) estimated
the uncertainty in the water vapor feedback
associated with microscale process
behavior at less than 5%, as a result of the
overwhelming control of humidity by the
large-scale wind field."
Aangezien niet alleen het aardoppervlak maar ook de gehele troposfeer opwarmt, ligt het vochtgehalte (rijppunt) van de lucht die de tropische buien of convectiecellen verlaat ook hoger. Op deze wijze werkt de feedback.
De mate waarin het vochtgehalte en daarmee de kracht van de feedback toeneemt verschilt per model en is afhankelijk van de mate van opwarming in de hogere troposfeer. Dit wordt echter gecompenseerd door de zg 'lapse rate feedback'. Door vrijkomende condensatiewarmte warmen de hogere niveaus sterker op dan nabij het aardoppervlak. De nat-adiabaten in een vertikaal temperatuur- en vochtdiagram lopen steiler bij hogere temperatuur. Door die hogere temperatuur stralen die lagen meer warmte uit zodat er minder energie in het klimaatsysteem blijft hangen. Dit is een negatieve terugkoppeling. Hoe sterker de temperatuur op hoogte stijgt des te minder opwarming er aan het aardoppervlak zal plaatsvinden. De waterdampfeedback en de lapse rate feedback werken samen in tegengestelde richting waardoor je die twee tegen elkaar weg kunt strepen en er zodoende van de modelonzekerheden op de totale opwarming weinig over blijft. Er hoeft alleen naar de relatieve vochtigheid te worden gekeken om de mate van het extra waterbroeikaseffect te schatten.
Aangenomen wordt dat de gemiddelde relatieve vochtigheid constant blijft in de atmosfeer bij klimaatsverandering. Maar waarom?
Ik heb hier wel eens aangekaart dat de gemiddelde relatieve vochtigheid wel eens zou kunnen dalen als gevolg van het toenemende broeikaseffect. Door een veranderde temperatuurverhouding tussen troposfeer en stratosfeer kan ook de convectiestructuur veranderen zodat de spreiding van vocht vanuit de tropen wijzigt. Een warmere troposfeer onder een koude stratosfeer zou tot hoger reikende buienwolken kunnen leiden met koudere toppen. De lucht verlaat dan op grotere hoogte de Cb's met lager vochtgehalte en daalt ook beter af.
Volgens deze studie is er echter geen enkel model die een substantiële verandering in de relatieve vochtigheid geeft.
"Although the water vapor feedback is
strong in all global climate models, its magnitude
varies somewhat due to differences
among the models in the amount of upper tropospheric
warming (and hence the increase in
specific humidity) per unit of surface warming.
The spread among models in the water
vapor feedback is, however, largely compensated
by an opposite spread in the “lapse-rate
feedback,” a negative feedback that occurs
because a warmer atmosphere radiates more
power to space, thereby reducing net surface
warming. As a result, the sum of the two feedbacks
is insensitive to errors in predicted
warming of the upper troposphere, and to
quantify the sum accurately, one only needs to
know how relative humidity (the ratio of specific
humidity to that in a saturated condition)
changes as the climate warms. The sum of the
feedbacks is also smaller than the water vapor
feedback—about half the magnitude—and
more consistent among climate models (8),
because no model predicts substantial and
systematic changes in relative humidity."
Hoe goed de modellen ook mogen zijn, het is van essentiëel belang of de waterdamptoename ook is waargenomen. Empirisch bewijs is gevonden bij studies naar effecten van de seizoenscyclus, El Nino, de afkoeling na de Pinatubo en ook de algehele trend van het vochtgehalte van de atmosfeer.
"Despite these advances, observational evidence
is crucial to determine whether models
really capture the important aspects of the
water vapor feedback. Such evidence is now
available from satellite observations of the
response of atmospheric humidity (and its
impacts on planetary radiation) to a number of
climate variations. Observations during the
seasonal cycle, the El Niño cycle, the sudden
cooling after the 1991 eruption of Mount Pinatubo,
and the gradual warming over recent
decades all show atmospheric humidity changing
in ways consistent with those predicted by
global climate models, implying a strong and
positive water vapor feedback (9–13). A strong
and positive water vapor feedback is also necessary
for models to explain the magnitude of
past natural climate variations (14)".,
Zowel modellen als observaties tonen aan de relatieve vochtigheid gelijk blijft bij temperatuurveranderingen, hoewel er wel regionale verschillen voorkomen.
Samengevat is er volgens de klimaatmodellen een sterke waterdampfeedback, ondanks onzekerheden over de exacte grootte, voldoende om de opwarming te verdubbelen. Betrouwbare meetreeksen zijn te kort om de mate van de waterdampfeedback als reactie op het broeikaseffect te kunnen schalen. Het is echter onwaarschijnlijk dat het waterdampgehalte op de langzame klimaatsveranderingen anders reageert dan op de kortdurende veranderingen, zoals ENSO en een vulkaaneruptie als de Pinatubo. Er blijven onzekerheden in de modelsimulaties maar er zijn sterke aanwijzingen/bewijs voor de waterdampfeedback en de effecten daarvan op de opwarming op lange termijn.
Nu gaat dit artikel te kort door de bocht. De aanname dat de waterdampfeedback op het broeikaseffect gelijk reageert als op kortdurende klimaatsveranderingen wordt niet onderbouwd, behalve dan een korte benoeming van modelstudies. Variaties in zonnestraling (Pinatubo) en ENSO doen zich een sterkst voor in de tropen terwijl ik altijd heb begrepen dat de antropogene opwarming sterker wordt richting de polen. Eerder hebben we kunnen lezen dat tropische convectie de waterdampfeedback aanstuurt. In dit licht is het logisch dat vochtgehalte sterk reageert op klimaatsverandering rond de tropen. De broeikaseffect opwarming op lange termijn staat daar los van. Jammer, dat Dessler en Sherwood hier niet verder op in gaan. Zo mist er in dit artikel weer een belangrijke kwestie, een nuance of hiaat die de conclusie minder sterk maakt dan ze doen voorkomen.
"Thus, although there continues to be some
uncertainty about its exact magnitude, the
water vapor feedback is virtually certain to be
strongly positive, with most evidence supporting
a magnitude of 1.5 to 2.0 W/m2/K, sufficient
to roughly double the warming that
would otherwise occur. To date, observational
records are too short to pin down the exact size
of the water vapor feedback in response to
long-term warming from anthropogenic
greenhouse gases. However, it seems unlikely
that the water vapor feedback in response to
long-term warming would behave differently
from that observed in response to shorter-time
scale climate variations. There remain many
uncertainties in our simulations of the climate,
but evidence for the water vapor feedback—
and the large future climate warming it
implies—is now strong."
Desondanks is dit een mooie uiteenzetting over de waterdampfeedback. Dit artikel van Sherwood en Dessler worden ook alom genoemd op internet, zoals na een rondje googlen duidelijk wordt, en aangegrepen de global warming extra kracht toe te kennen. Soms wordt het zelfs gepresenteerd als nieuw inzicht waarbij de opwarming nog sterker zou worden dan wetenschappers aanvankelijk dachten. Zoals Henk terecht aangeeft, is dit gewoon een samenvatting van zaken die allang bekend waren en geen extra reden tot bezorgdheid.
Victor
Hieronder de hoofdpunten met toelichting:
De waterdampfeedback wordt hoofdzakelijk gestuurd vanuit de hogere troposfeer boven de tropen. Met de tropische onweersbuien worden grote hoeveelheden waterdamp omhoog getransporteerd. Het leeuwendeel valt met de neerslag weer naar beneden maar de rest blijft achter en verspreidt zich met de algehele circulatie over de hele aarde. Dit is voldoende om extra warmtestraling vast te houden en zodoende de opwarming te versterken.
"The water vapor feedback mainly results
from changes in humidity in the tropical upper
troposphere (2), where temperatures are far
below that of the surface and the vapor is
above most of the cloud cover."...
...Thus, the water vapor feedback is essentially
controlled by the large-scale dynamics
and the saturation specific humidity in the
outflow of the tropical deep convective systems.
Convective outflow temperature should,
on average, warm along with the mean atmosphere,
thus producing the feedback (6, 7)
Het gebrek aan kennis over en oplossend vermogen van modellen van microschaal processen rond wolkenvorming en afbraak is een potentiëel sterke bron van onzekerheid maar blijkt uiteindelijk weinig effect te hebben op de mondiale waterdampfeedback.
"One recent study (5) estimated
the uncertainty in the water vapor feedback
associated with microscale process
behavior at less than 5%, as a result of the
overwhelming control of humidity by the
large-scale wind field."
Aangezien niet alleen het aardoppervlak maar ook de gehele troposfeer opwarmt, ligt het vochtgehalte (rijppunt) van de lucht die de tropische buien of convectiecellen verlaat ook hoger. Op deze wijze werkt de feedback.
De mate waarin het vochtgehalte en daarmee de kracht van de feedback toeneemt verschilt per model en is afhankelijk van de mate van opwarming in de hogere troposfeer. Dit wordt echter gecompenseerd door de zg 'lapse rate feedback'. Door vrijkomende condensatiewarmte warmen de hogere niveaus sterker op dan nabij het aardoppervlak. De nat-adiabaten in een vertikaal temperatuur- en vochtdiagram lopen steiler bij hogere temperatuur. Door die hogere temperatuur stralen die lagen meer warmte uit zodat er minder energie in het klimaatsysteem blijft hangen. Dit is een negatieve terugkoppeling. Hoe sterker de temperatuur op hoogte stijgt des te minder opwarming er aan het aardoppervlak zal plaatsvinden. De waterdampfeedback en de lapse rate feedback werken samen in tegengestelde richting waardoor je die twee tegen elkaar weg kunt strepen en er zodoende van de modelonzekerheden op de totale opwarming weinig over blijft. Er hoeft alleen naar de relatieve vochtigheid te worden gekeken om de mate van het extra waterbroeikaseffect te schatten.
Aangenomen wordt dat de gemiddelde relatieve vochtigheid constant blijft in de atmosfeer bij klimaatsverandering. Maar waarom?
Ik heb hier wel eens aangekaart dat de gemiddelde relatieve vochtigheid wel eens zou kunnen dalen als gevolg van het toenemende broeikaseffect. Door een veranderde temperatuurverhouding tussen troposfeer en stratosfeer kan ook de convectiestructuur veranderen zodat de spreiding van vocht vanuit de tropen wijzigt. Een warmere troposfeer onder een koude stratosfeer zou tot hoger reikende buienwolken kunnen leiden met koudere toppen. De lucht verlaat dan op grotere hoogte de Cb's met lager vochtgehalte en daalt ook beter af.
Volgens deze studie is er echter geen enkel model die een substantiële verandering in de relatieve vochtigheid geeft.
"Although the water vapor feedback is
strong in all global climate models, its magnitude
varies somewhat due to differences
among the models in the amount of upper tropospheric
warming (and hence the increase in
specific humidity) per unit of surface warming.
The spread among models in the water
vapor feedback is, however, largely compensated
by an opposite spread in the “lapse-rate
feedback,” a negative feedback that occurs
because a warmer atmosphere radiates more
power to space, thereby reducing net surface
warming. As a result, the sum of the two feedbacks
is insensitive to errors in predicted
warming of the upper troposphere, and to
quantify the sum accurately, one only needs to
know how relative humidity (the ratio of specific
humidity to that in a saturated condition)
changes as the climate warms. The sum of the
feedbacks is also smaller than the water vapor
feedback—about half the magnitude—and
more consistent among climate models (8),
because no model predicts substantial and
systematic changes in relative humidity."
Hoe goed de modellen ook mogen zijn, het is van essentiëel belang of de waterdamptoename ook is waargenomen. Empirisch bewijs is gevonden bij studies naar effecten van de seizoenscyclus, El Nino, de afkoeling na de Pinatubo en ook de algehele trend van het vochtgehalte van de atmosfeer.
"Despite these advances, observational evidence
is crucial to determine whether models
really capture the important aspects of the
water vapor feedback. Such evidence is now
available from satellite observations of the
response of atmospheric humidity (and its
impacts on planetary radiation) to a number of
climate variations. Observations during the
seasonal cycle, the El Niño cycle, the sudden
cooling after the 1991 eruption of Mount Pinatubo,
and the gradual warming over recent
decades all show atmospheric humidity changing
in ways consistent with those predicted by
global climate models, implying a strong and
positive water vapor feedback (9–13). A strong
and positive water vapor feedback is also necessary
for models to explain the magnitude of
past natural climate variations (14)".,
Zowel modellen als observaties tonen aan de relatieve vochtigheid gelijk blijft bij temperatuurveranderingen, hoewel er wel regionale verschillen voorkomen.
Samengevat is er volgens de klimaatmodellen een sterke waterdampfeedback, ondanks onzekerheden over de exacte grootte, voldoende om de opwarming te verdubbelen. Betrouwbare meetreeksen zijn te kort om de mate van de waterdampfeedback als reactie op het broeikaseffect te kunnen schalen. Het is echter onwaarschijnlijk dat het waterdampgehalte op de langzame klimaatsveranderingen anders reageert dan op de kortdurende veranderingen, zoals ENSO en een vulkaaneruptie als de Pinatubo. Er blijven onzekerheden in de modelsimulaties maar er zijn sterke aanwijzingen/bewijs voor de waterdampfeedback en de effecten daarvan op de opwarming op lange termijn.
Nu gaat dit artikel te kort door de bocht. De aanname dat de waterdampfeedback op het broeikaseffect gelijk reageert als op kortdurende klimaatsveranderingen wordt niet onderbouwd, behalve dan een korte benoeming van modelstudies. Variaties in zonnestraling (Pinatubo) en ENSO doen zich een sterkst voor in de tropen terwijl ik altijd heb begrepen dat de antropogene opwarming sterker wordt richting de polen. Eerder hebben we kunnen lezen dat tropische convectie de waterdampfeedback aanstuurt. In dit licht is het logisch dat vochtgehalte sterk reageert op klimaatsverandering rond de tropen. De broeikaseffect opwarming op lange termijn staat daar los van. Jammer, dat Dessler en Sherwood hier niet verder op in gaan. Zo mist er in dit artikel weer een belangrijke kwestie, een nuance of hiaat die de conclusie minder sterk maakt dan ze doen voorkomen.
"Thus, although there continues to be some
uncertainty about its exact magnitude, the
water vapor feedback is virtually certain to be
strongly positive, with most evidence supporting
a magnitude of 1.5 to 2.0 W/m2/K, sufficient
to roughly double the warming that
would otherwise occur. To date, observational
records are too short to pin down the exact size
of the water vapor feedback in response to
long-term warming from anthropogenic
greenhouse gases. However, it seems unlikely
that the water vapor feedback in response to
long-term warming would behave differently
from that observed in response to shorter-time
scale climate variations. There remain many
uncertainties in our simulations of the climate,
but evidence for the water vapor feedback—
and the large future climate warming it
implies—is now strong."
Desondanks is dit een mooie uiteenzetting over de waterdampfeedback. Dit artikel van Sherwood en Dessler worden ook alom genoemd op internet, zoals na een rondje googlen duidelijk wordt, en aangegrepen de global warming extra kracht toe te kennen. Soms wordt het zelfs gepresenteerd als nieuw inzicht waarbij de opwarming nog sterker zou worden dan wetenschappers aanvankelijk dachten. Zoals Henk terecht aangeeft, is dit gewoon een samenvatting van zaken die allang bekend waren en geen extra reden tot bezorgdheid.
Victor
?
Leuk dat je het opmerkt