Kas me saame muuta „kliimateaduse” teaduseks?

Demetris Koutsoyiannis esitleb eelvaadet oma raamatu „Stohhastika kui füüsika“ uuele 7. peatükile „Kiirgus atmosfääris“.

Sissejuhatavad kommentaarid

Minu vastus selle postituse pealkirjas esitatud küsimusele on kategooriline EI. „Kliimateadus” ei ole lihtsalt korrumpeerunud teadus – see on spetsiaalselt loodud instrumendid, mis kannavad teaduse laborikitlit, kuid hülgavad oma meetodi

Loetlesin mitu ilmsemat märki, mis viitavad sellele, et „kliimateadus” ei ole teadus – see on sofistika:

• Teaduslike teadmiste segunemine poliitikaga.
• Vaenulikkus teadusliku dialoogi suhtes.
• Lõputud katastroofiennustused, mis peaaegu alati osutuvad valeks.
• Maailma päästmise idee edendamine.
• Ebamäärasuse ja ebatäpsuse edendamine.
• Apellatsioonkaebus konsensusele.
• Tsensuur ja teisitimõtlejate vaigistamine.
• Eriarvamusel olevate teaduslike arvamuste tembeldamine „eitamiseks“ ja neid väljendavate arvamuste tembeldamine „eitajateks“.
• Põhjuse ja tagajärje ümberpööramine.
• Mudeli väljundite eelistamine vaatlusandmetele.
• Diskrimineerimine teadusuuringute rahastamisel ja mittekonformsete ideede keelustamine.
• Naeruväärsed „teaduslikud” uuringud, et külvata hirmu mitmesuguste väljamõeldud kliimamõjude (nt neerukivide) ees.

Seepärast ei ole „kliimateadus” minu arvates teadus. On õnn, et selle praktiseerijad nimetavad end kliimateadlasteks, mitte klimatoloogideks, sest tõeline kliimateadus – klimatoloogia – pole nende eksitava terminoloogia tõttu tõsiselt kahjustatud.

Minu arvates on lihtsam uurida kliimat  nullist , kui jätkata kliimateaduse ehitise edasiarendamist. Usun, et meil on vaja  uuesti vundamendist üles ehitada . Seda lähenemisviisi järgin oma ettevalmistatavas raamatus pealkirjaga „ Stohhastika kui füüsika “. Olen püüdnud pakkuda uut alust isegi entroopia mõistele  , mis on atmosfäärifüüsika nurgakivi.

Minu selle lähenemisviisi taga on usk teaduslikku dialoogi kui teadusliku progressi peamisse vahendisse. Iga inimene teeb vigu (rääkimata mitte-inimrobotidest) ja dialoog aitab neid leida ja parandada.

„Vundamendist ülesehitamine” peaks hõlmama terminoloogiat

Nüüd esitlen uusimat versiooni, mis sisaldab mõningaid täiendusi 6. peatükile, aga ka uut 7. peatükki „ Kiirgus atmosfääris “.

Teistes postitustes olen selgitanud, et isegi „kliimateaduses“ kasutatav terminoloogia on poliitiliselt orienteeritud. Isegi termin „kliimamuutus“ ise ei ole teadustermin, vaid poliitiline loosung. Teadustermin on lihtsalt „ kliima “. Näiteks minu arvates oleks „Kliimamuutuste ajakiri“ pidanud kandma nime „Kliimaajakiri“. Endist pealkirja pole vaja, nagu ka „Ilmamuutuste ajakirja“ ega „Ajamuutuste ajakirja“ järele polnud vajadust.

Hulk teisi seotud termineid on veelgi hullemad. Näiteks on enesestmõistetav, et sellised terminid nagu „kliimakriis” või „kliimahädaolukord” on poliitilised loosungid.

Tagasi oma raamatu 7. peatüki juurde, üks käsitletud teema on pühendatud terminitele „ kasvuhooneefekt “ ja „ kasvuhoonegaas “. Teaduslikust vaatepunktist on need valed. Atmosfäär  ei ole nagu kasvuhoone  , mis soojendab oma sisemust  konvektsiooni blokeerides  ja temperatuuri ühtlaseks muutes. Atmosfääris  tugineb soojenemine  konvektsioonile ja soojenemise kiirusele . Mehhanismid on kahel juhul üksteisele täpselt vastupidised. Seetõttu oleks atmosfääri puhul sobivam termin „ kasvuhooneefekt “. Kuid järgides meie 2025. aasta seotud artiklis ² esitatud ettepanekut, kasutan termineid „ atmosfääri kiirgusefekt “ ( ARE ) ja „ kiirgusaktiivne gaas “ ( RAG ).

Maa tasakaalutemperatuur

Plancki kiirgusseadus ja Stefan-Boltzmanni seadus tuletatakse raamatus entroopia ehk määramatuse maksimeerimise teel. Stefan-Boltzmanni seadusel põhinev detailne modelleerimine (vt allolevat joonist) näitab, et tasakaalutemperatuur sõltub tugevalt pöörlemiskiirusest, aksiaalsest kaldest, juhtivusest/konvektsioonist ja albedo variatsioonidest – mitte ainult kiirgusest ja albedost, nagu  efektiivse temperatuuri lihtsustatud kontseptsioonis . Mittepöörlevatel või äärmise kaldega juhtudel langeb keskmine temperatuur drastiliselt (kuni ~40%  T ₀-st, kus  T ₀ on idealiseeritud temperatuur päikesekiirtega risti oleval pinnal vastavalt Stefan-Boltzmanni seadusele). Kiiresti pöörlevatel Maa-sarnastel juhtudel on  T ₀ ~68%–70% (~245–255 K).

Pinnatemperatuur (~288 K) ületab atmosfäärisamba keskmist temperatuuri makroskoopilise liikumise, mitte peamiselt kiirguse põhjustatud temperatuuri languse kiiruse tõttu. Just temperatuuri languse kiirus 6,5 K/km on selle erinevuse põhjuseks. Tegelikult on samba keskmine temperatuur lähedane Stefan-Boltzmanni seadusest tulenevale ootusele (255 K) ja pinnatemperatuur (288 K) on lähedane sellele, mida me eeldame temperatuuri languse kiiruse 6,5 K/km põhjal.

Aegumismäära tekkimine

See languse kiirus (miinus temperatuuri vertikaalne gradient) ei ole kiirgusprotsesside tulemus. See on termodünaamika ja seega entroopia maksimeerimise paratamatu tulemus. Järgmised punktid pakuvad selgitust.

1. Õhusamba olekut mõjutab üldiselt gravitatsioon.
2. Gravitatsioon aga  tasakaaluseisundit ei muuda: see jääb isotermiliseks, täpselt nagu gravitatsiooni puudumisel.
3. Seega, kui toimuks ainult  molekulaarne liikumine, oleks atmosfääri tasakaaluprofiil  isotermiline  (või sellele lähedane).
4. Gravitatsioon eristab  isentroopilist ja isotermilist olekut. (Vt allolevaid jooniseid.)
5. Maa ei ole  kunagi tasakaalusja seetõttu  ei ole atmosfäär isotermiline .
6. Mittetasakaaluline  seisund on põhjustatud muutustest,mis toimuvad igal skaalal tänu mitmesugustele mehhanismidele, mis mõjutavad nii lühi- kui ka pikalainelisi kiirgusprotsesse:
   päev ja öö ,  pilvede  teke ja kadumine,  suvi ja talv ,  albedo ruumiline ja ajaline varieeruvus (mida mõjutavad ka biosfääri muutused),  Päikese dünaamika ja  astronoomilised  protsessid,  orbitaalide  muutused (Milankovići tsüklid),  tektooniline ja vulkaaniline  aktiivsus ning arvukad muud ebaregulaarsed muutused, mis on põhjustatud sisemistest protsessidest ja välistest jõududest.
7. Tasakaalu puudumisel toimub  soojusülekanne.
8. Kui tahketes ainetes kandub soojus üle juhtivuse teel, siis vedelikes (atmosfääris ja ookeanides)  kaasneb soojusülekandega konvektsioon
   ehk massivool. Massivoolu korral  domineerib konvektsioon ja juhtivust (mis põhineb molekulide liikumisel) võib eirata,  kuna selle võimsus on suurusjärkude võrra väiksem kui konvektsioonis – see kehtib eriti õhu kohta (soojusjuhtivus 25 korda väiksem kui vees).
9. Massivoog toimub läbi  makroskoopiliste atmosfääristruktuuride, mida nimetatakse rakkudeks või tükkideksja mis liiguvad sidusate üksustena, muutes pidevalt oma kuju ja füüsikalisi omadusi.
   Need struktuurid erinevad ja laienevad aegruumiliste skaalade hierarhias, alustades ruumilisest skaalast millimeetritest meetriteni ja ajalisest skaalast minutiteni ning ulatudes horisontaalselt kolmandiku poolkera ulatuses, kogu troposfääri vertikaalse skaalani ja hooajalise ajaskaalani.
   Hierarhia hõlmab:  Rayleigh-Bénardi rakke ,  väikeseid termilisi osakesi  või  suitsujooke ,  mesoskaalalisi konvektsioonirakke ,  sügavaid konvektiivseid rakke ,  mesoskaalalisi konvektiivseid süsteeme ja  globaalse tsirkulatsiooni rakke .

• Tõepoolest, pinnal soojenenud õhutükk, mis neelab suure osa päikesekiirgusest, liigub ülespoole nii  kiiresti, et sealt ei saa soojust eemaldada ega sinna lisada.
• Makroskoopiline  liikumine ei suuda hoida temperatuuri konstantsena; pigem  nihutab see tegelikku vertikaalset temperatuuriprofiili isotermilisest eemale .
• Seega on liikumine enamasti  pöörduv adiabaatiline(kusjuures adiabaatiline tähendab soojusvahetuseta liikumist), st  isentroopiline.  Liikumiskiirus  kaldub seejärel isentroopilisele kiirusele, mis on kuiv, kui atmosfäär ei ole küllastunud, ja märg, kui see on küllastunud.
• Seega: atmosfääri temperatuuriprofiil  kaldub kõrvale isotermilisest ja kaldub isentroopilisse, mis on seotud nullist erineva temperatuurimuutuse määraga.
• Molekulaarse ja makroskoopilise liikumise kooseksisteeriminemitmel   skaalal  määrab nullist erineva vertikaalse temperatuurigradiendi.

Kiirgus selles protsessis ei puudu. ARE (neeldumine/kiirgus RAG-ide ja pilvede poolt) on reaalne, kuid teisejärguline. Need gaasid ja pilved on Le Chatelieri printsiibi materialiseerumise põhjustajad, mis väidab, et kui dünaamiline tasakaal muutub tingimuste tõttu häirituna, siis süsteem nihutab oma tasakaaluasendit, et sellele muutusele vastu astuda ja tasakaal taastada. Pole mõistlik mõelda sellest tegurist kui nähtuse – aeglustuskiiruse tekkimise – põhjusest.

CO2 ei ole Maa kliima kontrollnupp

RAG-ide suhtelise tähtsuse järgi domineerivad veeaur ja pilved (~87–95% suhteline tähtsus kergeveevoogude puhul) ning CO2 panus on väike (~4–5%). Seetõttu oleks inimtekkelise CO2 heitkoguse (mis moodustab 4% kogu CO2 heitkogusest) lugemise asemel targem uurida hüdroloogia domineerivat rolli kliimas.

Raamatus on piirkondlike kasvugruppide panus arvutatud sobiva teadusliku meetodi abil, mis lükkab ümber kliimateaduse populaarsed tulemused. Eelkõige seab raamat otseselt kahtluse alla Lacise jt (2010) ³ mõjuka artikli (ja sellega seotud Schmidti jt 2010. aasta omistamisuuringu) ⁴  , väites, et CO2-l puudub kindel teaduslik alus väita, et see on Maa temperatuuri peamine „kontrollnupp“.

Lacis/Schmidt võrdleb kujuteldavate “mittekondenseeruvate gaasideta” maailmadega. Seevastu minu analüüs põhineb reaalsetel tingimustel ja kasutab matemaatiliselt järjepidevat täieliku diferentsiaali ja selle osatuletistel põhinevat lagunemist erinevateks osadeks.

Lacis jt väidavad, et mittekondenseeruvad kasvuhoonegaasid (nagu CO2) tagavad stabiilse temperatuuristruktuuri, samas kui veeauru ja pilvede roll on teisejärguline. Ilma CO2-ta kukuks “kasvuhooneefekt” kokku, mille tulemusel jääks Maa, mille pinnatemperatuur oleks efektiivse temperatuuri lähedal 255 K. Huvitaval kombel omistavad nad lõviosa (~75%) veeaurule ja pilvedele, kuid väidavad, et need on vaid CO2 domineerimise tagasiside.

7. peatükis, võttes kokku oma „saba liputab koera“ artikli, ⁵väidab peatükk, et need kokkuvarisemise stsenaariumid on absurdsed: isegi madala veeauru taseme korral (nt 10% praegusest) viitab termodünaamika (Brutsaerti ⁶kiirgusvõime seose kaudu) tugevale ARE efektile. Geoloogilised tõendid (nt Veizer ⁷ ) näitavad, et vedel vesi eksisteeris nõrgema noore Päikese all, mis on vastuolus kokkuvarisemise stsenaariumidega.

Pikaajaliste allapoole suunatud pikalainelise (LW) kiirguse mõõtmiste empiirilised tõendid (üle 100 aasta, ~30% CO2 tõusuga) kinnitavad minu arvutustulemusi. Need ei näita CO2-le omistatava mõju märgatavat võimendumist

Kiirgus-konvektiivse tasakaalu kohta

Manabe ja Wetherald (1967) väitsid, et konvektsioon ja segunemine takistavad kiiruse languse kiirusel ületamast „kriitilist” väärtust 6,5 K/km. Raamat nimetab seda tõestamata ja valeks – esinevad superadiabaatilised kiiruse languse kiirused (>10 K/km) ja kliima keskmised väärtused (nt troopikas) näitavad väärtusi >6,5 K/km. Kiirenduse languse kiirus tuleneb makroskoopilistest konvektiivsetest/isentroopilistest protsessidest, mitte peamiselt kiirguslikest piirangutest.

Manabe ja Strickler (1964) modelleerisid „puhast kiirguslikku tasakaalu“ (konvektsioonita) kui väga järsu aeglustuskiiruse ja kõrge pinnatemperatuuri (~332 K) tekitajat, mis on tingitud „kasvuhooneefektist“. 7. peatükis kasutati selle väite kontrollimiseks tarkvaravahendit, nimelt RRTM-i (kiire kiirgusülekande mudel), mis on kliimauuringute jaoks välja töötatud täielike joonhaaval mudelite hübriidne füüsikaline/statistiline lähendus. Kasutatav mudeliversioon on veebirakendus11 ^ja  seega saab iga huvitatud lugeja arvutusi korrata ja tulemusi kontrollida.

Peatüki RRTM-põhised arvutused ja termodünaamiline analüüs näitavad täiesti vastupidist käitumist:

• Isotermiline olek on stabiilne  nii RAG-idega kui ka ilma nendeta .
• Konvektsioon (ja sellega kaasnev soojuse kiiruse langus)  suurendab pinnatemperatuuri  (võimaldades energia tasakaalu ülespoole suunatud soojusülekandega). See on selgelt näha alloleval joonisel, mis on konstrueeritud RRTM tulemuste põhjal.
• Ilma konvektsioonita  kalduvad  järsud  gradiendid isotermilise  profiili poole.

Seega on Manabe ja Strickleri väited vastuolus tänapäevaste rida-realt mudelitega, eeldades, et RRTM esindab neid usaldusväärselt – ja ma kasutasin seda õigesti.

ARE on seotud nii soojenemise kui ka jahenemisega

Nagu ülaltoodud jooniselt selgelt näha, on ARE seotud nii soojenemise kui ka Maa pinna jahtumisega, olenevalt jahtumiskiirusest:

• Kui temperatuuri  languse määr  on  null , jääb atmosfäär isotermiliseks, hoolimata atmosfäärikiirguse osakeste (RAG) olemasolust.  ARE soojenemist ega jahtumist ei toimu üldse . Temperatuur on nii pinnal kui ka atmosfääri ülaosas (TOA) sama. See RRTM-i abil arvutatud temperatuur on 256 K, mis on praktiliselt identne Stefan-Boltzmanni seaduse põhjal arvutatud 255 K-ga, arvestamata ARE-sid.
• Kui toimub atmosfääri inversioon, st  negatiivne temperatuurimuutuskiirus , siis on ARE samaväärne   Maa pinna jahtumisega , mitte soojenemisega.
• Soojenemise ilmnemiseks  peab  aeglustuskiirus   olema  positiivne . Statistiline keskmine on tõepoolest positiivne, kuid seda ei dikteeri kiirgus. Selle dikteerivad termodünaamika ja gravitatsioon: asjaolu , et gravitatsioon eristab isentroopilist ja isotermilist profiili.

Laiem mõju

Raamat rõhutab, et aeglustuskiirus (mis mõjutab ka atmosfääri kiirgusefekti) tuleneb stohhastilisest/makroskoopilisest termodünaamikast (6. peatükk), mitte aga „kiirgussundist“ nagu väljakujunenud „kliimateaduses“. Pikaajalised muutused (nt aeglustuskiiruse suurenemine külmades tsoonides) seavad veelgi kahtluse alla nende mudelitega seotud soojenemistsenaariumide eeldused.

Üldiselt käsitleb raamat molekulaarse liikumise ja kiirguse termodünaamikat stohhastikate/maksimaalse entroopia raames, rõhutab makroskoopilist dünaamikat/konvektsiooni ebamääraste või valede mõistete, näiteks „kasvuhoone“ ja „kiirgussundi“, asemel, kinnitab minimaalse CO2 rolli vee/pilvede suhtes ning seab kahtluse alla temperatuuri/langemiskiiruse lihtsustatud omistamise inimtekkelisele CO2-le. See rõhutab ebakindlust, empiirilisi ja modelleeritud lahknevusi ning vajadust terviklike (ja mitmeskaalaliste) vaadete järele.

https://clintel.org/turn-climate-science-into-science/