Bjørkum beretter 25/3 at han har dokumentert at «det er forskere innenfor det etablerte fagmiljøet som også er kritiske til strålingsmodellen til IPCC» og at «….modellen til IPCC mangler et teoretisk fundament, dvs. IPCC opererer med en ad hoc-modell.»
Bjørkum presiserer videre den 4/4: «Raaen nevner det ikke, men ideen om at atmosfæren er en kilde for (termisk) stråling til verdensrommet, nå omtalt som «cooling-to space», ble først lansert ad hoc, dvs. uten en dypere faglig analyse, i en artikkel som kom i 1966 – se Jeevanjee and Fueglisatler (2020). De understreker at selv om teorien er «fairly well accepted, a theoretical justification is lacking”».
De som observerte hvordan Bjørkum grovt forvrengte det jeg hadde skrevet om Wilson og Gea-Banacloche, vil vel tenke at det kan være lurt å sjekke Bjørkums påstander litt nærmere.
Men før vi gjør det, la oss slå fast noen elementære fakta om infrarød stråling i atmosfæren.
Varmestråling i atmosfæren
- Den utgående varmestrålingen må (over forholdsvis kort tidshorisont) balansere den innkommende solstrålingen. Hvis ikke vil temperaturen på jorda endre seg. Den som hevder at jordas «nær uendelige varmekapasitet» er en vesentlig faktor har ikke undersøkt saken godt nok.
- Atmosfæren er i stor grad ugjennomsiktig for infrarød stråling. Årsaken til det er velkjent: strålingen absorberes av infrarødt aktive gasser og skyene. Vi vet også at stoffer som kan absorbere stråling også kan sende den ut igjen. (Einsteins koeffisienter for stimulert emisjon og absorbsjon er identiske.)
Av strålingen som når ut til verdensrommet, starter maksimum 10–20 % fra jordoverflaten—resten kommer fra drivhusgassene og skyene. Det blir derfor aldeles uakseptabelt å hevde at selveste NASA har en modell hvor all strålingen kommer fra bakken.
Det er lett å overbevise seg om at atmosfæren er veldig tett basert på den autorative databasen HITRAN. De har et Python grensesnitt, Hitran API eller HAPI som kan brukes til å regne på enkle problemstillinger som transmisjon gjennom en atmosfære med konstante egenskaper.
Figur 1 og 2 under viser transmisjon som funksjon av frekvens gjennom henholdsvis 1 km og 1 m atmosfære, med temperatur 296 K og trykk 1 atmosfære. Det antas 2 % vanndamp og 400 ppm CO2, men ingen andre drivhusgasser, og ingen skyer.
For 1 km (Figur 1) ser en at det er null transmisjon for svært mange frekvenser. Om man beregner et veid middel med Planck-funksjonen (ved 296 K) finner man en transmisjon på rundt 37 %. Da skal man huske at 1 km ved 1 atmosfæres trykk bare utgjør omtrent 10 % av atmosfærens masse, at skyer og noen drivhusgasser ikke er med, og at man ikke tar hensyn til den såkalte kontinuums-absorpsjonen. Det er lett å forstå at den totale transmisjon direkte fra bakken er godt under 20 %!
Figur 2 viser at allerede ved 1 m veilengde er enkelte frekvenser komplett stoppet, og Planck-vektet transmisjon er nede i 89 %.
Jeg har bare tatt med hoved-isotopene, 16044 linjer for H2O, og 41408 linjer for CO2. Alle andre parametere er HAPI standard. HAPI regner som standard med ekvidistante punkter med 0,01 cm-1 mellom, slik at det er nesten 200 000 punkter i plottet. Hver frekvens i beregningen er vist med et punkt (det er ikke trukket linjer mellom punkter. I nedre del av atmosfæren er linjene så brede at 0,01 cm-1 er greit, men skal man regne langt oppe i atmosfæren kan det være aktuelt å redusere verdien.)
«Cooling-to-space»
Sitatene jeg innledet med viser at Bjørkum hevder at det er selve idéen om at atmosfæren stråler til verdensrommet som er «ad hoc» og «mangler teoretisk begrunnelse».
Men se hva Jeevanjee and Fueglistaler (2020) skriver om «the cooling-to-space approximation»:
«Its content is simply that radiative cooling in a given layer can be approximated as that layer’s emission or cooling to space (CTS), as radiative exchange between atmospheric layers can be neglected.»
Dette er jo ikke til å misforstå, det betyr at når man ser på strålings-balansen til et atmosfærelag holder det, som en tilnærmelse, å se på strålingen til rommet, fordi strålingsutvekslingen med over- og underliggende atmosfærelag i atskillig grad nuller ut hverandre. (Det er åpenbart at dette ikke er et eksakt resultat—det har omtrentlig gyldighet.)
Jeevanjee and Fueglistaler (2020) skriver videre om bruksområdet til tilnærmelsen: «it gives a simplified description of radiative cooling suitable for textbooks, heuristics and idealized modeling, and has served in the past as a basis for comprehensive radiation schemes». Merk spesielt at de ikke sier at antagelsen brukes for dagens «comprehensive radiation schemes».
Jeevanjee and Fueglistalers (2020) artikkel har altså ingenting med kritikk av basis-idéen om at atmosfæren stråler til verdensrommet å gjøre. Det ser man svært tydelig av figur 1 i en annen av deres artikler, som Bjørkum også viste til. Den viser at strålingen til verdensrommet utgjør omtrent 2 kelvin per dag avkjøling over store deler av troposfæren. Strålingen til verdensrommet er altså (forbausende?) jevnt fordelt over troposfæren.
Den som liker å se ting i sammenheng, kan knytte dette tallet opp mot den totale termiske utstrålingen, som er rundt 240 W/m2. Massen av atmosfæren per kvadratmeter er gitt av overflatetrykket, omtrent 10000 kg. Siden mesteparten av utstrålingen kommer fra troposfæren, kan vi redusere dette tallet til omtrent 80 %. Varmekapasiteten ved konstant trykk for atmosfæren er omtrent 1000 J/(kg K). Vi kan da beregne kjøleraten (det er 86400 sekunder i et døgn):
Dette stemmer flott med Jeevanjee og Fueglistalers figur 1!
Bjørkum har altså fullstendig misforstått hva Jeevanjee og Fueglistaler skriver! Jeg regner med at leserne selv er i stand til å svare på spørsmålet i min overskrift.
Det er nok nå
Bak databasen HITRAN ligger hundrevis av høyt kvalifiserte årsverk—minst. Basert på høyoppløsnings spektroskopi og avansert kvantemekanisk modellering kjenner man detaljene om millioner spektrallinjer: intensitet, bredde, kvantetall. (Det amerikanske forsvaret brukte i sin tid adskillige midler på å støtte denne type forskning, pga. den åpenbare nytten f.eks. for varmesøkende missiler.) HAPI simuleringene i Figur 1 over viser, uten rom for tvil, at atmosfæren er helt tett for infrarød stråling for mange frekvenser!
Men geologen Bjørkum trenger visst ikke bry seg om hundrevis (eller er det tusenvis?) av fysiker-årsverk, for han kan på noen minutter tegne piler og speil (til og med med hull) i PowerPoint.
Det kan anføres at alle med litt naturfaglig bakgrunn, og som tar seg tid til å sjekke, raskt vil avsløre Bjørkum. Men har ikke Geoforskning et ansvar for lesere blant ungdomsskoleelever og videregående-elever og andre som kanskje ennå ikke har lært seg at en professortittel slett ikke er garanti for substans? Det tar noe tid å opparbeide kynismen som forteller en at skråsikre professor-skriverier kan være forbausende lett å avsløre som aldeles pinlig gale!
Det er redaksjonens privilegium å sette nivået for kvalitetskontroll hos «den fremste formidleren av norsk geofaglig forskning». Men her er mitt lille innspill:
DET ER NOK NÅ!
ARNE MARIUS RAAEN
Raaen er dr.ing. i fysikk, og har jobbet i Statoil og SINTEF.
Digresjon om oson
Den som leste mitt forrige innlegg, vil huske at det var betydelig likhet mellom signaturen til CO2 og oson: det er en «grop» med en viss bredde, og en «pigg» i midten. For CO2 skyldes «piggen» ekstra stor absorbsjon midt i linjen, slik at strålingen som unnslipper kommer fra langt oppe i stratosfæren.
På tross av den overfladiske likheten er mekanismen en annen for oson. Oson har tre vibrasjonsmoder som alle bidrar i det termiske området, symmetrisk strekk, bøy og asymmetrisk strekk, hvorav den siste er den klart dominerende. Denne moden har ikke dreieimpuls, slik at fotonet må få sin dreieimpuls fra endring i osonets rotasjon. Det betyr at den spektroskopiske Q-grenen mangler, og det er derfor redusert absorbsjon midt i linjen. «Piggen» i midten skyldes derfor at strålingen der kommer fra lenger ned i troposfæren!
Er det ikke fascinerende hvordan forklaringen igjen faller ut helt uten ad hoc antagelser? Det er fristende å utfordre Bjørkum på hvordan han vil forklare slike detaljer basert på sine PowerPoint-tegnede piler, med eller uten «hull i speilene».
Digresjon om linjebredde
Jeg kjørte HAPI-simuleringene over med standard oppløsning, 0,01 cm-1, og hevdet at der er tilstrekkelig i lavere atmosfære. Her viser jeg (Figur 4) noen simuleringer med 10 ganger høyere oppløsning, for deler av CO2s spektroskopiske P-gren, som sannsynliggjør påstanden. (I disse simuleringene er eneste drivhusgass CO2.)
De røde (tettpakkede) punktene i øvre del av Figur 4 er for 1000 m tykkelse og 1 atmosfæres trykk, og viser at hele frekvensintervallet er helt tett under disse betingelsene. Den svarte kurven viser 100 m tykkelse, og en ser at med så kort veilengde er det noe transmisjon mellom de sterkeste linjene. Den blå kurven er 1000 m tykkelse ved 0,1 atmosfæres trykk (som svarer til noe over 15 km høyde), men fortsatt ved 296 K temperatur. 1000 m ved 0,1 atmosfære gir samme antall molekyler som 100 m ved 1 atmosfære, men man ser at kurvene likevel er veldig forskjellige. Dette skyldes at linjebredden for enkelt-linjer er atskillig smalere ved lavere trykk. En ser at det for den blå kurven er atskillig transmisjon mellom de sterkeste linjene.
296 K er ikke relevant ved 15 km høyde, men jeg beholdt den for å endre bare én parameter. Figur 5 sammenlikner 1000 m ved 0,1 atmosfære ved 220 K (magenta) og 296 K (blå). En ser at det oftest er mindre absorpsjon for den magenta kurven. Dette skyldes at enkelte spektrallinjer er såkalte «hot bands», som varierer med temperaturen. Dette skyldes at de er overganger med utgangspunkt i et eksitert nivå, hvor initiell populasjon er temperatur-avhengig.
Akademisk språkbruk
Bjørkum kritiserer min uakademiske språkbruk. Til mitt forsvar må jeg anføre at jeg var temmelig opprørt over måten han hadde omskrevet mine kommentarer på, og eksplisitt tillagt meg meninger jeg ikke hadde uttrykt. Jeg brukte ordet oppspinn, og det står jeg ved. Min kommentar hadde selvsagt ingenting med «..når vi akademikere regner feil eller har en ugyldig argumentasjon» å gjøre.
I tillegg prøvde jeg å krydre det hele med et Ibsen-sitat, men var da meget nøye med å ha med anførsels-tegnene. Ord får en annen (og i dette tilfellet mildere) betydning når de står i anførselstegn! Det er forskjell på løgn og «løgn». Og sant og si synes jeg fortsatt «Digt og forbandet løgn» kan forsvares om Bjørkums røverhistorie om «NASA-modellen».
Men Bjørkum har jo sikkert rett. Jeg har ikke vært i akademia siden jeg leverte min doktorgrad i 1983, så jeg kan utvilsomt ha behov for litt oppdatering. Hva kan da være bedre enn å gå til en professor som har undervist vitenskapelig metodikk ved flere av våre universiteter: Universitetsavisa.
Søppel er visst altså gangbar akademisk sjargong om arbeider akademikere har fått publisert etter fagfellevurdering.
Bjørkum i fri utfoldelse
«Fordi vi ikke har kriterier for hva som er sant, er man også dogmatisk hvis man gir full, dvs. uforbeholden, støtte til en teori slik Arne Raaen gjør. Arne Raaens beundring for IPCC blir derfor som å høre paven snakke om Gud.»
—Går det an å be om at Bjørkum, av respekt for Geoforsknings lesere, og sin egen faglige integritet, dokumenterer detaljert hvor Arne Raaen har gitt sin uforbeholdne støtte til, og uttrykt beundring for, IPCC? Eller er påstanden mer oppspinn og «Digt og forbandet løgn»? For jeg tror jeg vil ha mange med meg når jeg hevder at det jeg har gjort er på saklig vis å kritisere Bjørkum når jeg har ment—og kunnet dokumentere—at hans argumenter er kvasifysikk.
«Modellen ble oppfunnet for å forklare hvorfor temperaturgradienten får seg en brå knekk, rundt minus 53 grader, som er toppen av troposfæren, dvs. der jetstrømmene befinner seg».
—Går det an å be om en autorativ vitenskapelig referanse som bekrefter dette?
For den konvensjonelle forklaringen av temperaturutviklingen i stratosfæren er vel at forholdene ligger til rette for dannelse av oson, som i neste omgang absorberer ultrafiolett sollys, noe som gir økende temperatur med høyden og dermed stopp av konveksjonen.
«FNs klimapanel (IPCC) forklarer satellittmålingene med at utstråling skjer fra atmosfæren i henhold til Plancks strålingslov fra et luftlag som har en temperatur på minus 18 grader.»
—Dette er ikke riktig. Minus 18 grader er temperaturen på et tenkt svart legeme som har samme totale utstråling som jordkloden. Det har ingen ting med et spesifikt luftlag på minus 18 å gjøre. Utstrålingstemperaturen fra jorden varierer sterkt med frekvensen. Utstrålingen kommer fra hele troposfæren (se figur 1 i referansen).
«Raaen påstår imidlertid, men uten å begrunne, at NASA (justerte) modell er en overforenkling.»
—Dette er «Digt og forbandet løgn». Jeg anerkjenner ikke at det finnes en «NASA modell» som avviker fra «IPCCs modell».
«Raaens forklaring på den reduserte utstrålingen ved bølgelengdene rundt 15µm, er at strålene kommer fra et luftlag som har en temperatur på minus 53 grader (se figuren over). Det er det vi kaller for ad hoc kurvetilpasning.»
—Nei, dette er ikke «ad hoc kurvetilpasning». Det er konsekvensen av en elementær fysisk innsikt: Om fotonene når verdensrommet avhenger av absorpsjonen over nivået de sendes ut fra. Denne absorpsjonen er produktet av absorpsjonen per molekyl og mengden av dem. Jeg minner om at denne enkle tankegangen kunne forklare den større intensiteten midt i CO2-linjen, og den mindre intensiteten ved omtrent 620 og 720 cm-1, hvor Fermi-resonansen ga økt absorpsjon per molekyl. Og jeg minner om at MODTRAN, som bygger på denne tankegangen, med stor presisjon gjenskaper det satellitter måler.
«Hvis vi, slik noen klimaforskere har gjort, se her og her, aksepterer «speilmodellen», og….».
—Her trengs visst litt elementær vitenskapsteori: At Jeevanjee og Fueglistaler refererer til Wilson og Gea-Banacloche betyr ikke at de gir fulle sin tilslutning til Bjørkums tolkning av den av Wilson og Gea-Banacloche modeller som de selv sier mangler vesentlig fysikk.
Det er totaliteten av ville utsagn som dette som gjør at jeg mener at Bjørkums skriverier ikke er kompatible med å være «den fremste formidleren av norsk geofaglig forskning».
«Så en kommentar til at Arne Raaen kritiserer meg for å ha personlige meninger.»
Det kunne vært fint å få presisert nøyaktig hvor og hvordan jeg formulerte dette; da hadde det vært lettere å kommentere. Men på generelt grunnlag kan jeg si at jeg selvfølgelig støtter individualismen på vitenskapens arenaer. En populærvitenskapelig arena som geoforskning.no er ikke plassen for å framlegge vidløftige «individualistiske» idéer som bryter med den allment anerkjente forståelsen. Det gjelder i særlig grad når man slenger på en professortittel, rett nok fra et ganske irrelevant fagområde, og i tillegg har prestisjen fra den kritikerroste Annerledestenkerne i ryggen.
«Det faktum at Manabe har en strålingsmodell som er i strid med IPCCs, kan være forklaringen på at IPCC ikke har gjort mer nummer av at han fikk nobelprisen – slik de i sin tid gjorde da Al Gore fikk fredsprisen (sic) i 2007.»
Det er alltid morsomt med litt konspirasjonsteori! La meg minne om at i 2007 fikk IPCC halvparten av prisen.
Som så mange konspirasjonsteorier er denne løst fundert; den baserer seg på en over-fortolkning av figur 2 i Manabe og Strickler (1964). For det første er ikke z toppen av atmosfæren slik Bjørkum påstår—z er en vilkårlig høydekoordinat. Det figuren viser er at inn mot z kommer det stråling fra områder med underliggende skyer i ulike høyder, fra områder med overliggende skyer, fra områder uten overliggende skyer, og fra områder uten underliggende skyer. Streken fra bakken og opp til z betyr ikke at strålingen går uhindret gjennom luften.
Bjørkums tolkning av figuren er vel et typisk eksempel på at om man sitter fast i et paradigme, tolkes det meste slik at det støtter opp om det. Dette gjelder åpenbart også om paradigmet er et hjemmelaget, én-manns paradigme.
