måndagen den 30:e augusti 2010

IAC Review of IPCC: Corruption of Science

The InterAcademy Council (IAC) Review is summarized in the Opening Statement by Harold Shapiro as follows:
  • Overall, IPCC’s assessment process has been a success and served society well.
  • We were asked by the Secretary-General and the IPCC Chair to focus on the processes and procedures of the IPCC, and to make recommendations aimed at strengthening the process by which future climate assessments are managed and prepared.
  • We were not asked to re-referee the last IPCC assessment or to review the basic science of human-caused climate change.
IAC thus gives humankind yet another review of the IPCC process, without any form of review of the basic science.

But if the basic science is wrong, which it seems to be, it does not matter if certain formalities of IPCC processes are correct or not. IAC states that irrespective of the science presented by IPCC (= global warming by CO2 = alarm), whether it is correct or not, IPCC has been a success.

To proclaim success without assessment of the science, is only possible under the condition that IPCC assessments are not based on science, only politics. Nevertheless, IAC gives praise to IPCC, as if IPCC assessments in fact are based on science:
  • The assessments have put IPCC on the world stage, raised public awareness of climate change, and driven policymakers to consider options for responding to climate change. Indeed, these were among the reasons IPCC was awarded a share of the Nobel Peace Prize in 2007.
IAC thus builds on a contradiction: Either IAC understands this, but seeks deliberately to fool the public, or IAC does not see the contradiction at all. In either case it signifies corruption of science into only politics, which cannot "serve society well".


lördagen den 28:e augusti 2010

Sauna, Sweating and Global Warming


The World Sauna Championship 2010 in Finland ended in tragedy with one finalist dead and another hospitalized after serious burns apparently caused by adding too much water to the stove giving a wet sauna.  

Everybody with some sauna experience knows that it is possible to survive a higher temperature in a dry sauna than in a wet sauna saturated with water vapour. Why?

Because, in a dry sauna the sweat on your skin can vaporize and thereby consume heat energy. But in a wet sauna the sweat cannot vaporize and thus has no cooling effect. And sweating is 
the main mechanism for keeping your body temperature constant at 37 C: The more you work, the hotter you tend to get, which is balanced by vaporizing sweat. 

Is there a connection to global warming? IPCC climate alarmism claims that the World is turning into sauna: Doubled atmospheric CO2 is supposed to cause a "radiative forcing"  of 4 W/m2, which will increase global temperature by 1 C and with additional feedbacks to a climate sensitivity of 2 - 4.5 C = Alarm!

But is this argument credible? Or is global temperature like our body temperature kept almost constant by vaporization? Yes, the oceans absorb heat energy radiated from the Sun, which is used to vaporize water,  which is convected to higher levels of the atmosphere, where it condenses and releases heat energy, which is finally radiated to outer space. The Earth thus can keep surface temperature constant under varying forcing by sweating: Radiative forcing can be balanced by increased sweating under constant temperature. In principle.

Let's look at the numbers:

The Earth surface (mainly oceans) recieves about 180 W/m2 and gets rid of 60 by radiation and
120 by vaporization/convection/condensation/radiation.  The lapse rate is 6 C per km connecting  the Earth surface at 15 C with a Top of the Atmosphere TOA at -18 C (at 5 km height) from where 240 W/m2 are radiated to outer space (with 60 of incoming 240 absorbed by clouds). 

With a fully transparent atmosphere the lapse rate could be 0 and with an atmopshere fully opaque to outgoing radiation it could be the adiabatic rate of 9.8 C/km. The corresponding 
radiation would range from 180 to 0, with the observed 60 at a lapse rate of 6 C/km.  

A "radiative  forcing" of 4 W/m2 corresponds to a 7 percent reduction of radiation to 56, or a compensating increase of 3.5 percent to 124 of vaporization/convection/...... with a change of 
lapse rate about 0.035 x 6 = 0.2 C/km and a corresponding change of surface temperature
of 1 C. 

This calculus thus indicates a climate sensitivity of 1 C, including feedbacks = No Alarm! 

Note that a 7 percent change of the radiation characteristics of the atmosphere is big change; It may be more reasonable to consider changes of 1-2% which would reduce climate sensitivity to
0.2 - 0.4 C, a factor of 10 smaller than the 2 - 4.5  C of IPCC: No Alarm!

Do you think that my argument is simplistic? Then bear in mind that the IPCC argument is even more simplistic.

Note that according to anthropologist Nina Jablonski:
  • On an evolutionary level, there are three remarkable facts about skin. It comes in colors, of course. Compared to other mammals, our skin is relatively hairless. And it’s sweaty. In the last few million years, humans became the sweatiest of mammals.Q. Is that important? It’s often said that our large brains are what made it possible for us to evolve from ape to human. But those big brains could never have developed if we didn’t have exceptionally sweaty skin. 
  • It happened this way. There was a tremendous takeoff in human evolution about two million years ago when primates who could no longer be called apes appeared in the savannahs of East Africa. These early humans ran long distances in open areas. In order to survive in the equatorial sun, they needed to cool their brains. Early humans evolved an increased number of sweat glands for that purpose, which in turn permitted their brain size to expand. As soon as we developed larger brains, our planning capacity increased, and this allowed people to disperse out of Africa. 
We learn that sweating is what allowed us to survive the merciless tropical Sun and develop scientific brains for survival, and also what makes the Earth survive the exposure to the Sun.

torsdagen den 26:e augusti 2010

Intervju med Christian Azar

Här följer korrespondens med Christian Azar, Sveriges miljömäktigaste person:

Claes : Jag har diskuterat Din bok Makten över Klimatet i några poster på min prof blogg (där jag skriver ganska mycket om klimatmodellering): Jag ställer där följande fråga beträffande "växthuseffekten" som jag hoppas Du vill ge respons på:
  • Vilka är de huvudsakliga ursprungliga fysikvetenskapliga arbeten, där denna effekt dokumenteras? Jag har fler frågor, men vi kanske kan börja med detta.
  • Speciellt skulle önska att Du angav vetenskapliga referenser för den växthuseffekt Du beskriver, och som jag ifrågasätter på min blog Voodo-fysik enl Sveriges Miljämäktigaste Person.

Christian: Vill du specifera din fråga? Är det koldioxidens förmåga att absorbera värmestrålning du syftar på, eller empiriska mätningar som visar att utstrålningen minskat i de våglängdsområden där koldioxid absorberar? Eller är det studier som visar att koncentrationen av koldioxid gått upp som du är intresserad av?

Claes: Jag önskar veta vilken fysik som beskriver koldioxidens roll vad gäller temperaturen på jordens yta. Precisa referenser. Inte i vilka våglängdsområden CO2 absorberar eller huruvida koncentrationen ökat. Jag söker alltså svar på själva kärnfrågan vad gäller CO2 alarmismen: Vilken roll har CO2 för jordens klimat?

Christian: Låt mig ställa några frågor till dig så jag bättre förstår vad det är du inte förstår eller vad det är du inte håller med om, och det blir det lättare att komma vidare. I korthet, håller du med om följande påståenden:
  1. Det finns en naturlig växthuseffekt, alltså jordens temperatur vid ytan är högre än vad den skulle ha varit om vi inte hade haft en atmosfär med vattenånga och co2.
  2. Koldioxid och vattenånga har förmåga att fånga in värmestrålning (och återemittera denna).
  3. Koncentrationen av koldioxid ökar i atmosfären (och har gjort det sedan slutet av 1800 talet).
  4. Att denna ökning beror på mänskliga aktiviteter, framför allt förbränning av fossila bränslen.
  5. Att mer koldioxid i atmosfären leder till förstärkt växthuseffekt, alltså att utstrålningen till universum minskar, vilket leder till att temperaturen vid markytan måste öka. När temperaturen sedan ökar, ökar utstrålningen och det leder till att energibalansen återställs.
  6. I frånvaro av återkopplingsmekanismer skulle en fördubbling av koldioxidhalten i atmosfären leda till att temperaturen vid jordytan ökade cirka 1 grad (i snitt, när jämvikt inträtt).

Claes: Bra Christian att Du är villig att diskutera vetenskapen, fysiken, som beskriver växthuseffekten. Jag söker alltså solida precisa referenser från den vetenskapliga litt. Du svarar med att be mig ta ställning till några populära påståenden:
  1. Att atmosfären påverkar klimatet är en truism.
  2. Du klumpar ihop vattenånga och CO2. Detta är inte vetenskap. Vad menar Du med att värmestrålningen"återremitteras"? Vad är fysiken bakom detta? Ekvationer, modeller, data?
  3. Måhända har CO2 halten ökat, men varför?
  4. Måhända har CO2 halten ökat, men varför?
  5. Hur påverkar CO2 klimatet? Ekvationer, modeller, data?
  6. Vad är vetenskapen bakom 1 C?
Christian: Jag bad dig om svar på mina frågor för att veta var du står och vad det är för aspekter du faktiskt känner dig osäker på. Det är först då jag vet vilka referenser som kan vara av intresse för dig. Så jag skulle uppskatta om du verkligen ville svara, annars är det svårt att hjälpa dig. Så återigen, lite mer noggrannt.
  1. Du säger att det är en truism att atmosfären påverkar klimatet, men jag ville veta om du höll med om att atmosfären gör att markytan blir varmare. Håller du med om detta? Är det detta du vill ha referenser på? (Du kan själv beräkna temperaturen vid jordytan om jorden inte skulle ha haft någon atmosfär, eller så kan du ta medeltemperaturen för t ex månen som är betydligt lägre än jordens temperatur vid ytan.
  2. Du skriver att jag klumpar ihop vattenånga och koldioxid. Låt oss då ta dem för sig. Är det så att vattenånga absorberar och återemitterar värmestrålning? Gäller detsamma för koldioxid? Om det inte är vattenånga och koldioxid som ger atmosfären dess värmande effekt, vad är det då? Fysiken bakom absorption och återemittering finns i princip alla kursböcker som läses på grundkurser i fysik, så jag förstår inte riktigt vad din fråga är. Undrar du över om så är fallet? Kvantfysiken bakom strålning presenterades först av Planck år 1900. Integrerar man över varje frekvens får man stefan boltzmanns lag, alltså att utstrålning är proportionell mot temperaturen upphöjt till fyra (för en svartkropp). Jag är säker på att du kan allt det här, så jag förstår inte riktigt poängen med att vi ska diskutera det per epost. Om du inte litar på mig är det bara att ringa Gösta Walin. 3
  3. Måhända har co2 ökat skriver du. Menar du att du är osäker på detta? Varför kan du inte bara svara att ja, koncentrationen har ökat. Är du osäker på detta, så får du gärna säga det, så kan jag skicka referenser på det.
  4. Du undrar varför koncentrationen har ökat, och då är mitt svar huvudsakligen beroende på förbränning av fossila bränslen. Är det referenser till detta påstående du vill ha? Vad är ditt svar?
  5. 1 C per co2 fördubbling håller naturligtvis skeptiker som kan klimatfrågan med om (t ex Gösta Walin eller Richard Lindzen). Det är en komplicerad och en enkel räkning som ligger bakom. I korthet: Fördubblad halt av CO2 ger en förändrad strålningsbalans på cirka 4 W/m2 (komplicerad beräkning, vill du ha referens på detta? Det är dessa beräkningar som ger det approximativt logaritmiska beteende för strålningsbalans som funktion av co2 halt). Därefter är det bara energibalans: extra strålning som behålls måste balanseras av extra utstrålning. Denna räkning har vi med på grundkurserna i miljöfysik. Det finns inget kontroversiellt i detta. Jag har aldrig hört någon skeptiker ifrågasätta detta heller. Är det verkligen så att du ifrågasätter detta?
Claes: OK, jag försöker igen få Dig ange vetenskapliga referenser:
  1. Hur mycket påverkar CO2 temperaturen på jordytan?
  2. Vad menar Du med "återemittering". Är detta en fysikterm? Vad är fysiken bakom?
  3. Hur mycket har fossil förbränning ökat CO2 halten? Hur vet man det?
  4. Ref på 4 W/m2? Även om detta vore korrekt, hur kan en enkel energibalans säga något kvantitativt vad gäller ett mycket komplext fenomen? Med samma överslagsberäkning kan man ju säga att en förändring av ett spårämne inte kan förändra någon global temp, dvs 0 C istället för 1 C. Den som påstår att en liten förändring har en stor effekt, har en tuff uppgift framför sig, eller hur? Bara antydningar räcker inte i vetenskap. Tillsammans med en grupp klimatskeptiker arbetar jag nu i projektet Slaying the Sky Dragon: Death to the Greenhouse Effekt, med kommande bok, webforum et cet, där speciellt kalkylen bakom 1 C ifrågasätts. Vi framför alltså vetenskaplig kritik av själva grunden för klimatalarmismen, dvs denna påstådda klimatkänslighet om 1 C, exkl feedback. Därför vill jag veta precis hur Du motiverar 1 C? Det räcker då inte med att bara löst hänvisa till Walin eller Lindzen.
Christian: Jag noterar att du inte svarar konkret på mina frågor, därför tolkar jag dina svar på dem på följande sätt och skänker referenser till dig när det verkar lämpligt (siffrorna härrör alltså till mina frågor som jag ställde nedan).
  1. Ja, atmosfären påverkar jordens temperatur, men du vill inte ta ställning till om temperaturen ökar eller minskar (jämfört med ett fall där atmosfär saknas).
  2. Du vill inte säga att vattenånga och koldioxid har förmåga att absorbera och emittera värmestrålning. Betyder det på fullt allvar att du inte tror att dessa gaser har dessa egenskaper. Fysiken bakom absorptionen har att göra med att molekyler med dipolmoment interagerar kraftigt med elektromagnetisk strålning (detta vet du naturligtvis så det känns återigen märkligt att jag ska behöva maila det här till dig).
  3. Du har inte svarat på om koldioxid ökar i atmosfären (du medger ett måhända). Varför är det så svårt att säga att så är fallet?
  4. Min fjärde fråga undviker du att ta ställning till, men frågar nu istället mig om hur stor andel av ökningen som beror på förbränning av fossila bränslen. Mitt svar är följande: Ökningen sedan 1800 talets början till nu beror huvudsakligen på mänskliga aktiviteter, alltså förbränning av fossila bränslen, avskogning, markkol som avgår i samband med jordbruksaktiviter, och cementproduktion. Du kan också själv se att de utsläpp vi haft stämmer väl överens med den ökning som ägt rum om man samtidigt beräknar de mängder som absorberats i hav och i skogar. Om detta råder ingen kontrovers, därför känns det märkligt att vi ska behöva diskutera den frågan. Osäkerheter råder däremot kring hur stora utsläppen från avskogning varit, därför är det svårt att ge en exakt siffra på hur stora andel som kommer från förbränning men förbränningen dominerar kraftigt över avskogning så huvuddelen beror på förbränning från fossila bränslen. Nu är utsläppen från fossila bränslen på drygt 8 GtC/år. Avskogning på kanske 1-2 GtC. På den här websidan hittar du referenser som anger hur stora utsläppen varit genom historien. http://lgmacweb.env.uea.ac.uk/lequere/co2/carbon_budget.htm. Hoppas du finner den användbar.
  5. Referenser till 4 W/m2 per CO2 fördubbling (deltaF=5,35*ln(C/C0) om man ska vara noggrann, där F är förändring i strålningsbalans och C är koncentration och Co är preindustriell koncentration) finns det många, t ex:http://folk.uio.no/gunnarmy/paper/myhre_grl98.pdf. Hoppas du finner den användbar. Att beräkna radiative forcing är komplicerat eftersom man måste räkna lager för lager, beakta moln och överlappningar med andra växthusgaser, och att absorption påverkas av tryck). Om du menar att det finns några fundamentala fel i dessa beräkningar får du gärna säga till. Om hur sådana beräkningar går till kan du t ex läsa i Houghton, J., The physics of atmospheres, Cambridge University Press.
  6. Din sista fråga om hur man sedan räknar ut hur temperaturen påverkas av en förändring av strålningsbalansen med 4 W kan göras på olika sätt. Ett enkelt är att helt enkelt se hur mycket jordens temperatur måste öka för att utstrålningen med jorden ska öka med 4 W. Det är en enkel beräkning men den ger cirka 1 grad (exempel på referenser är Harvey, D., Global warming the hard science, 2000, sid 45). Hur mycket menar du att temperaturen ökar om strålningsbalansen påverkas med 4 W/m2? Slutligen, grundläggande beskrivningar av växthuseffekten är inte något man publicerar vetenskapligt nu, eftersom det är etablerad kunskap, men intressanta tidiga orginalartiklar hittar du t ex av Manabe, t ex Manabe & Strickler, i Journal of Atmospheric Sciences, 1964. Finns tillgänglig här:http://www.gfdl.noaa.gov/bibliography/related_files/sm6401.pdf.
Jag hoppas att dessa referenser är användbara för dig, och jag får önska dig lycka till i ditt arbete att försöka göra nya beräkningar på dessa områden. Kommer du på något nytt får du gärna höra av dig igen.

Claes: Det verkar som Du har missuppfattat situationen: Det är jag som frågar Dig i Din egenskap av Sveriges Miljömäktigaste Person, författare till Makten över Klimatet samt professor i klimatfysik vid Chalmers. Istället för att svara på mina frågor (tex vad "återemitterad" strålning är för något?) så ställer Du en massa frågor till mig och tilldelar mig fritt olika uppfattningar. Men Christian, det handlar inte om vad jag tycker eller vet eller inte vet: Frågan är vilken vetenskaplig grund Du har för Dina påståenden. Eller hur?

Tänk om Mona Sahlin vid TV-utfrågningen skulle kontra med att försöka pressa journalisterna till att redogöra för sina personliga inställningar i olika politiska frågor. Det skulle ju inte vara passande, eller hur? Varför väljer Du då själv denna taktik?

Angående Dina svar så noterar jag att radiative forcing på 4 W/m2 kommer från en komplicerad beräkning, och att slutsatsen 1 C är resultatet av en enkel beräkning. Men att bara säga att något är komplicerat är inte övertygande. Inte heller att säga att något är jätteenkelt, när alla vet att det inte är så. Eller hur? Ej heller att "växthuseffekten" är så "etablerad" att den inte längre behöver beskrivas vetenskapligt. Vad är i själva verket den vetenskapliga sanningen om "växthuseffekten"? Vad jag kan se är den bara ett påhitt.

Christian: Du frågade efter vetenskapliga referenser. Jag tyckte din fråga var för vag. Det finns en enorm uppsjö av vetenskaplig litteratur när det gäller växthuseffekten och därför ställde jag frågor till dig för att bättre förstå vad du var ute efter. När jag fått dina svar förstod jag vad du var ute efter, och nu har du fått ett antal referenser inom dessa områden. När det gäller frågan om att det är komplicerat att räkna ut förändringen i strålningsbalansen till följd av ökad halt koldioxid i atmosfären så har du fått referens även på det. Och återigen, om du finner fel i dessa beräkningar och är beredd att göra förbättrade sådana, önskar jag dig lycka till.

Claes: Dina ref känner jag väl till och finner ingalunda tillfredställande. Visst behövs det förbättring.

Låt oss tex granska Din huvudreferens till "växthuseffekten": Manabe-Strickler.
Det gäller alltså att teoretiskt förklara atmosfärens observerade temperaturprofil, vilket MS försöker göra som radiativ jämvikt med ad hoc "konvektiv justering" mot observerad troposfärisk lapse rate av 6.5 C/km. Men detta är ju bara hokus pokus: Det som skulle förklaras, nämligen 6.5 C/km, införs plötsligt som input i modellen som då saknar förklaringsvärde.

Jag anser att temp.profilen väsentligen sätts av termodynamik + gravitation,
med radiative forcing. Spec. kan profilen inte förklaras med enbart strålning; det är ju därför MS hittar på sin ad hoc justering: enbart strålning ger för stor lapse rate med temp på jordens yta runt 30 C.

Jag frågar Dig nu:
  • Vilket vetenskapligt förklaringsvärde har MS?
  • Anser Du att lapse rate bestäms väsentligen av strålning?
  • Kan man säga något vettigt om klimatet utan termodynamik? I så fall vad?
Christian: ???? (inget svar 15 sept...)

måndagen den 16:e augusti 2010

Slaying the Sky Dragon of the Greenhouse Effect

I am happy to announce that I have joined the project Slaying the Sky Dragon: The Death of the Greenhouse Effect with the double objective of showing that 
  • CO2 alarmism is based on irrational climate science.
  • Thermodynamics with radiation offers a basis to rational climate science.
The project is backed by a team of skeptics including scientists and scientific writers and contains a two volume book, with the first volume to appear this year, and the second volume next year. 
 
My contributions build on my recent work on thermodynamics and radiation exposed
 

The Burden of Proof of Climate Alarmism


A scientific truth is not established by merely lack of contradicting (negative) evidence; there must also be sufficient positive evidence. Similarly, you cannot be convicted for a crime on merely lack of evidence that you are innocent. Lack of an alibi is not enough to put you up in the death row. Lack of evidence that someone else did what was done, is not enough to convict you.

IPCC climate alarmism rests on a fundamental scientific postulate stating that doubled atmospheric CO2 will cause global warming of (about) 1 C. IPCC combines this postulate with various feedbacks and comes up with the alarming prediction of global warming in the range 2 - 4.5 C.

Without the basic postulate of 1 C, the feedbacks have nothing to feed on and the IPCC prediction collapses.

Is it necessary to motivate a basic postulate? If in a trial the basic postulate is that you were
seen at the place of crime with a bloody knife in your hand, is it necessary to give evidence 
to this effect to prove you guilty? Of course! The basic postulate has to be motivated. You are not free to just assume anything and then draw conclusions.

How does then IPCC motivate the basic postulate of 1 C from doubled CO2, that is a climate sensitivity of 1 C? IPCC presents the case along the following three lines of argumentation:

I. Lack of Evidence.

IPCC claims that there is lack of evidence that something else but CO2 caused the (main part of the) observed warming of 0.7 C during the 20th century.  

II. Stefan-Boltzmann's Blackbody Radiation Law 

IPCC claims that the 1 C is a direct consequence of Stefan-Boltzmann's Blackbody Radiation Law combined with a supporting basic postulate of atmospheric radiative forcing of 4 W/m2 from doubled atmospheric CO2. The connection is dQ ~ 4 dT by Stefan-Boltzmann with dQ = 4 and dT = 1, with the crucial dQ = 4 claimed to be motivated by either observation
or absorption spectra of socalled "greenhouse gases".

Is this science? Is it possible to isolate one aspect (CO2) of a complex global climate with highly idealized radiative forcing data? 

This is like giving a diagnosis of a patient starting off  with Fourier's law of heat conduction as a model of body temperature with the prediction that it will increase by 1 C every hour. With such a starting point the medication of putting the patient in a freezer will lead to a sure death. 

III. Small Cause - Big Effect

IPCC admits that CO2 is a trace gas, a very small cause, but then suggests that this very small cause can have a big global warming effect. This is believed to be a clever argument: Clearly it may be very difficult to disprove that a very small cause can have a large effect, because to do so requires a very precise model. 

To directly disprove that the flap of butterfly in the Amazonas cannot cause a heat wave in the former Soviet Union, is not easy.

But the burden of proof lies on the one who claims that the small cause has a big effect. So when IPCC admits that CO2 is a trace gas, IPCC also makes it very difficult to come up with direct evidence that this small cause has a big effect, because to do so requires a very precise climate model, and such a model is lacking.

  • AGW alarmists could have made their case quite simply by collecting and making available solid evidence to support their hypothesis, and by defending it in the court of scientific inquiry.

IV. Conclusion

The basic postulate of IPCC climate alarmism lacks convincing scientific support. To draw
conclusions and make predictions based on this postulate is not science. To build politics
on scientific postulates which lack scientific support, can be disastrous.

To interprete a truism (triviality or definition) as a deep physical fact and build a theory on the truism, cannot be science.

If physicists and scientific academies made these facts of physics and science clear to the general public, IPCC alarmism would collapse, but they don't. Is it because the basic postulate is beyond their capacity to grasp and thus cannot be questioned?

V. Perspective: Truism vs Deep Physical Fact

If we now understand that climate alarmism is based on a truism elevated to a profound physical fact, it is natural to ask if this is a feature of modern physics? Who was the master of elevating a truism (e.g. a definition) to deep physics? Yes, you are right, Einstein! The postulate of special relativity of constancy of the speed of light, is a truism because by definition the speed of light is one lightsecond per second. The postulate of general relativity of the equality of heavy and intertial mass is also a trusim, because there is only one mass, namely inertial mass. For details see, Many-Minds Relativity and Did Einstein Not Understand Mathematics? 

We are led to the conclusion that the reason that physicists do not question the basic postulate
of climate science, is that they are trained to elevate truisms to deep physics. Is this a truism or a deep real fact?

måndagen den 9:e augusti 2010

Relativity of Radiation

The previous guest post by Alan Siddons puts the finger on a most essential aspect of blackbody radiation, namely, 
  • relativity of absorption/emission of blackbody radiation.
As little as there is absolute position and velocity, is there any absolute blackbody absorption/emission, because absorption/emission always involves a source/emitter and a receiver/absorber, which acts as a source/emitter to another receiver/absorber and so on...

The radiative interaction of two blackbodies can shortly be described as follows:
  • The (blackbody spectra of the) source and the receiver interact by electromagnetic waves.
  • A higher temperature blackbody spectrum has higher frequencies than a lower temperature spectrum. 
  • A lower temp spectrum can borrow/absorb from a higher temp spectrum, but not the other way around.
  • The reason is that coherent high frequency waves can be processed/deconstructed to incoherent noise showing up as heat, but incoherent noise cannot be composed into high frequency coherent waves, unless the temperature is high enough.
A mathematical model showing these features is presented in Computational Blackbody Radiation.

A result is that the Earth at + 15 C  radiates about 120 W/m2 to an atmosphere at -18 C, because that fits with blackbody radiative interaction.

But the Earth does not radiate 390 W/m2 as postulated in "backradiation", because the Earth is not in radiative contact with outer space at -273 C. The atmosphere lies in between, and 
radiation is relative, like salaries.

If you, like a reductionist physicist, insist on a particle nature of light, you are easily led to 
believe in absolute radiation with blackbodies spitting out photons independently of 
surrounding society. Like all forms of absolutism, this can lead astray...

Energy Budgets Without Backradiation


The Hockeyschtick displays 4 similar Earth Energy Budgets without backradiation from different sources including the above from NASA Langley Research Center. 

What do we see? Out of 51% absorbed by the Earth from incoming 100%, 
  • 30% is transported to the Atmosphere by convection/latent heat = thermodynamics
  • 15% is radiated to the Atmosphere = radiation
  • 6% is radiated directly to outer space.
The 45% transported from the Earth to the Atmosphere is radiated to outer space together 
with the 19% of incoming absorbed by the Atmosphere = 64%.

The Atmosphere acts an air conditioner cooling/warming the Earth by combination of thermodynamics and radiation,  with the following basic specifications:
  • Earth temperature T_E = 15 C 
  • Atmosphere temperature T_A = -18 C (at 5 km altitude)
  • lapse rate = 6.5 C/km.
Here T_A = -18 C is the Stefan-Boltzmann temperature required to radiate 64%. The lapse rate is set by the thermodynamics, and the lapse rate determines T_E = + 15 C. The temperature drop from + 15 C to -18 C determines the 15 % radiated from Earth to Atmosphere. 

Thermodynamics and radiation thus together act as an air conditioner, with thermodynamics setting the lapse rate and T_E which determines the cooling by radiation. 

We see that in this analysis "backradiation" does not appear, and thus can be dismissed to 
the realm of fiction, without any role to play in climate science nor at NASA.  

Suppose now that absorption properties of the Atmosphere changes so that instead of 6% 
only 5% is radiated directly, that is a 20% change of Atmosphere absorption by some 
"greenhouse gas", a large change. To compensate, either thermodynamics or radiation, or a combination thereof, will have to take care of that extra 1% to be transported away from the Earth, with the following basic options:

Increasing thermodynamics from 30% to 31%:
  • more convection/latent heat
  • tends to decrease the lapse rate and thus T_E
  • decreasing T_E decreases radiation.  
Increasing radiation from 15% to 16%:
  • requires increasing lapse rate
  • increasing lapse rate = less/more convection/latent heat
  • less/more convection/latent heat decreases/increases thermodynamics,
where increasing T_E may correspond to both decreasing (bigger lapse rate) and increasing (more vigorous) thermodynamics.

We thus see a dynamics of competing forces to balance the extra 1%: 
  • more thermodynamics with decreasing T_E and decreasing radiation
  • more radiation with increasing T_E and decreasing/increasing thermodynamics.
Which mechanism will win? Will T_E decrease or increase? Cooling or warming?  Only a more careful analysis can tell. 

As a first guess, it is tempting to put the money on thermodynamics with little/no increase of T_E , because of the starting point with 30% thermodynamics and 15% radiation, and the fact that increasing T_E may stimulate compensating more vigorous thermodynamics.

Again: radiation-only cannot give any scientifically based indication of global warming (or cooling) from a marginal increase of "greenhouse gases". CO2 alarmism is based on radiation-only including "backradiation" and thus lacks scientific rationale.

söndagen den 8:e augusti 2010

Guest Post Alan Siddons: Relativity of Radiation


Here is what Alan Siddons says as concerns backradiation and measuring DLR and DLR:

I believe that so-called back-radiation is simply the natural result of heating the atmosphere, whether by radiation or convection. A heated body will radiate, and its radiation will be observable from any point of view. A similar kind of thing happens in spectroscopy.
Against a bright source of illumination — like a satellite peering down at the radiating earth — a gas will be seen to absorb certain frequencies of light. Against a dark background, however — like an IR-detector on the surface pointed up toward space — the same gas will be seen to emit certain frequencies of light. But this certainly doesn’t mean that heat is being radiatively transferred to the illumination source, i.e., the surface.


Why Physicists Accept Backradiation

                                                A reductionistic description of Reality.

Why do not physicists object to the notion of "backradiation" between two (black)bodies A and B in radiative contact? Because physicists are reductionists and argue like this:
  • Both A and B emit radiation with emission spectra according to Planck's Law, and emission means sending out photons or light particles. There is thus a two-way flow of photons between A and B. Now if A is warmer than B, then A emits more energetic photons  and thus will win the battle and transfer some of its surplus heat energy to B. To understand this it is enough to understand how one photon is emitted and absorbed, and this is what a physicist is trained to do.

This is reductionism at its best. What is wrong with this? 

What is wrong is that both A and B consists of 10^23 atoms and interact by electromagnetic waves through a vacuum continuum, and this situation cannot be described by looking at a single photon. The radiative contact between A and B is an emergent phenomenon described  by Maxwell's equations in a vacuum continuum, as analyzed in model form in Computational Blackbody Radiation. As an emergent phenomenon the radiative transfer of heat energy is one-way from warmer to colder, and the two-way flow of light particles has here no role to play.

So how do we know that emergent continuum wave mechanics gives a better description than a reductionistic one photon? Because it is closer to reality. Reality is not a single photon. Reality is an emergent phenomenon of many interacting "particles", in resonance. Wave mechanics can describe reality, single-particle mechanics cannot.


Measuring Downwelling Longwave Radiation DLR?


CO2 climate alarmism is based on the idea of "backradiation" with an atmosphere of "greenhouse gases" absorbing infrared radiation from the Earth surface and then "backradiating" part of it to the Earth surface in the form of Downwelling Longwave Radiation DLR with a warming effect. This is the 324 W/m2 in the lower right hand corner of the above figure.

a theoretical mathematical/physical argument using Ockham's razor.

On the other hand, climate alarmists argue that DLR is real, because you can measure it.  

Both theory and observation require interpretation to connect to reality. We are thus led to check how measurements of DLR are done and interpreted.  

  • The fluxes were computed using a deterministic model for atmospheric radiation transfer, 5 along with satellite and reanalysis data for the key atmospheric input parameters, i.e. cloud properties, and specific humidity and temperature profiles.
So DLR is computed from certain atmospheric input (cloud, humidity, temperature) using a certain model and out comes Downwelling Longwave Flux DLF of about 324 W/m2. Does it mean that the DLF is real? 

The above figure is presented by the Climate Monitoring SAF EUMETSAT Project offering the following "products":
  • TIS Total Incoming Solar Radiation
  • TRS Total Reflected Solar Radiation (shortwave outgoing)
  • TET Total Emitted Radiation (longwave outgoing)
The figure also includes 324 W/m2 DLF but this is a not a "product". Why is then DLF not a 
product? Because it is not directly measured, only computed from a certain model?

The search for the true nature of DLF continues...real or fictional? 

One way to compute DLF is to integrate an emission spectrum.  The crucial issue is then if the emission spectra of two blackbodies independently determine a two-way radiative flux between the bodies, or if there is only a one-way radiative flux from warmer to cooler. What do you think? You probably know what I think: See e.g. the previous post Radiative Budget: In and Out.



fredagen den 6:e augusti 2010

Global Climate = Thermodynamics + Radiation


A basic model of global climate may take the form of the Earth E as a blackbody surrounded by 
an atmosphere A as another blackbody. Observation gives the following data (cf. Atmosphere as Refrigerator):
  • Temperature of E = T_E = + 15 C
  • Temperature of A = T_A = - 18 C
  • Radiative forcing of E by insolation = 240 W/m2
  • Radiation from A to outer space = 240 W/m2.  
We assume that the forcing 240 W/m2 is given, which by Stefan Boltzmann sets T_A = -18 C in accordance with observation. 

We want to find out what sets T_E to + 15 C.

Heat is transferred from E to A by thermodynamics (convection and latent heat) and radiation.

According to Stefan-Boltzmann a temperature drop 0f 33 C from E to A corresponds to roughly
120 W/m2. The heat transfer from E to A is thus roughly divided equally:
  • thermodynamics = 120 W/m2
  • radiation = 120 W/m2. 
In this model A is a blackbody, that is A is assumed to be fully opaque to infrared radiation from E. We cannot make A more black but possibly less black. 

If A is made fully transparent to radiation, or if A is simply removed, then the Earth could directly emit whatever is absorbed at T_E = -18 C.  The presence of an atmosphere absorbing outgoing radiation from the Earth combined with thermodynamics, thus increases T_E from -18 C to + 15 C. This is a "greenhouse effect" of combined thermodynamics-radiation, which has nothing to do with (non-existing) "backradiation"

If A is made fully opaque to also incoming radiation, then A and E both would have a temperature of T_E = T_A = - 18 C (without thermodynamics).

We know turn to the real case somewhere in between a fully transparent and fully opaque 
atmosphere, in which case T_E = + 15 C according to observation, as a result of 
thermodynamics and radiation.

Suppose now that from this present situation, the property of the atmosphere is changed a little (say 1%) by doubling the concentration of the trace gas CO2. Climate sensitivity S is defined as the corresponding change in T_E. The basic question in AGW is the size of S.

If A is already a blackbody, then S = 0.

If A is not black then the present equal partition 120/120 between thermodynamics and radiation will have to shift in the direction of thermodynamics. But it is not clear if that will
cause warming; maybe the thermodynamics simply gets a little bit more vigorous without 
change of the temperature profile. Like a boiling pot on the stove under increased heating.

In any case, it seems that the thermodynamics determines the lapse rate and thus the temperature profile anchored at -18 C at the (top of the) atmosphere. Radiation operates on this profile, passively as it seems. In order to determine climate sensitivity S, it is thus necessary to study the coupled thermodynamics-radiation system. 

No conclusion derived from radiation only, can be scientifically meaningful. In particular not the basic axiom of climate alarmism that S = 1.2 C as a start to feed-back to inflate. 

If anything, it seems more reasonable to set as a start S = 0, and then feed-back has nothing to eat.
 
In the above model there is no need to introduce the basic concepts of IPCC's CO2 alarmism: "backradiation", "radiative forcing" and "effective radiation into space from a higher altitude at a lower temperature". Using Ockham's razor we find that these concepts belong to fiction and not science.

Concerning radiation, see Computational Blackbody Radiation. For thermodynamics, see Computational Thermodynamics.

torsdagen den 5:e augusti 2010

The Key Argument of CO2 Alarmism

The key argument of CO2 greenhouse gas alarmism is presented in IPCC AR4 Glossary as follows: 
  • An increase in the concentration of greenhouse gases leads to an increased infrared opacity of the atmosphere, and therefore to an effective radiation into space from a higher altitude at a lower temperature. This causes a radiative forcing...
Even a skeptic like Lindzen buys this argument, but let us nevertheless seek to understand the logic, or lack thereof. 

Note that IPCC here motivates the greenhouse effect without any reference to backradiation; the only possible reason for this omission is that IPCC does not believe in backradiation.  

As noted by Anders in a comment to the previous post, the cited argument requires that the lapse rate and temperature profile is not determined by greenhouse gases, but by something else. Only then does it make sense to claim that increasing the effective emission altitude will decrease the emission temperature and thus the outgoing radiation and thus cause radiative forcing.

But if the temperature profile is determined by something else than greenhouse gases (e.g. thermodynamics with gravitation), then the amount of greenhouse gases has no influence on the temperature profile.  

So we have here another example of Penguin logic: By assuming that the temperature profile depends on something else than greenhouse gases, IPCC concludes that increasing greenhouse gases will change the temperature profile to warming of the Earth surface.

Do you see the lack of logic?

Note that it is always important to choose the argument depending on whom you are addressing: Backradiation works quite well for a not so sophisticated audience, while the above argument suits e.g. members of Royal Societies, because it has a higher level of abstraction. 

onsdagen den 4:e augusti 2010

Penguin Logic of Greenhouse Gases

The basic argument behind CO2 climate alarmism goes as follows:
  • Observation 1: An Earth with a transparent atmosphere would have a different climate than an Earth with an atmosphere which is not transparent (like the present).
  • Definition 1: What makes an atmosphere not transparent is called a greenhouse gas.
  • Conclusion 1: A greenhouse gas changes the climate.
  • Observation 2: Water vapor and CO2 are greenhouse gases.
  • Conclusion 2: Since CO2 is a greenhouse gas and greenhouse gases change the climate, CO2 changes the climate.
Can you see that this a form of Penguin Logic? Compare with the new report from the Max Planck Society:
  • In order to achieve the long-term stabilisation of the atmospheric carbon dioxide concentration, the emissions will then have to be reduced by 56 percent by the year 2050 and approach zero towards the end of this century. 
Compare with IPCC AR4 Glossary:
  • Greenhouse gases are those gaseous constituents of the atmosphere, both natural and anthropogenic, that absorb and emit radiation at specific wavelengths within the spectrum of thermal infrared radiation emitted by the Earth’s surface, the atmosphere itself, and by clouds. This property causes the greenhouse effect. Water vapour (H2O), carbon dioxide (CO2), nitrous oxide (N2O), methane (CH4) and ozone (O3) are the primary greenhouse gases in the Earth’s atmosphere.
  • Greenhouse gases effectively absorb thermal infrared radiation, emitted by the Earth’s surface, by the atmosphere itself due to the same gases, and Appendix II Glossary 82 Atmospheric radiation is emitted to all sides, including downward to the Earth’s surface. Thus greenhouse gases trap heat within the surface-troposphere system. This is called the greenhouse effect.
  • An increase in the concentration of greenhouse gases leads to an increased infrared opacity of the atmosphere, and therefore to an effective radiation into space from a higher altitude at a lower temperature. This causes a radiative forcing that leads to an enhancement of the greenhouse effect, the so-called enhanced greenhouse effect.
  • Radiative forcing is the change in the net irradiance at the tropopause due to a change in an external driver of climate change, such as, for example, a change in the concentration of carbon dioxide or the output of the Sun. 
Can you make sense of this? If you cannot, is there anybody who can, except penguins?

Not only is there a greenhouse effect, but as if that was not enough, also an enhanced greenhouse effect able to supply a net radiative forcing. 

It is amazing to see physicists, including Nobel Laurates, endorsing this kind of penguin science
without actually examining the arguments put forward. Why?

Compare with Wikipedia controled by IPCC:
  • The greenhouse effect is a process by which radiative energy leaving a planetary surface is absorbed by some atmospheric gases, called greenhouse gases. They transfer this energy to other components of the atmosphere, and it is re-radiated in all directions, including back down towards the surface. 
  • This transfers energy to the surface and lower atmosphere, so the temperature there is higher than it would be if direct heating by solar radiation were the only warming mechanism. 
  • This mechanism is fundamentally different from that of an actual greenhouse, which works by isolating warm air inside the structure so that heat is not lost by convection.
We see the crucial role of re-radiation or backradiation discussed in previous posts. 

Note that WUWT is gearing up to "support the role of CO2" but starts off with a guest post by
physicist Tom Vonk arguing that
  • A volume of gas in Local Thermodynamic Equilibrium (LTE) cannot be heated by CO2.
  • The main point is that every time you hear or read that “CO2 heats the atmosphere” , that “energy is trapped by CO2” , that “energy is stored by green house gases” and similar statements , you may be sure that this source is not to be trusted for information about radiation questions.
Nevertheless Vonk concludes his essay by
  •  The concentrations of CO2 (and H2O) play a role in this (climate) dynamics but it is not the purpose of this post to examine these much more complex and not well understood aspects.
It will be interesting to see what role WUWT will give to CO2. None?

söndagen den 1:e augusti 2010

Kan SMHI Vägra Ställa Upp?

Seminariet 27/5 om Validering av Klimatprognoser arrangerat av Sveriges Mekanisters Riksförbund som jag tillsammans med SMHI skulle ha deltagit i, uppsköts till hösten pga att antalet anmälda var för litet. Nu meddelar en av SMHIs vidtalade två föredragshållare, Per Unden, att SMHI inte längre vill ställa upp tillsammans med undertecknad, med följande motivering:
  • Evenemanget skulle ta nästan en dag för mig eftersom det hade flera inslag bl. a. av Claes Johnson, och där som det verkar några för mig okända teorier skulle framläggas.
  • Jag håller gärna föredrag på Universitet och Tekn högskolor om Numeriska väderprognoser och prediktabilitet med mera och gärna på KTH, som ordinare seminarie i KTHs regi. 
  • Dock vill jag nu avböja från medverkan i eran förening som ligger utanför det som SMHI rimligtvis behöver medverka i. 
  • ...jag menar som sagt att SMHI inte behöver ta ansvar för föredrag i detta sammanhang. Så du ni behöver inte besvära er med att fråga efter ”någon annan”. 
  • Vi skulle göra det i tjänsten, dvs. för skattepengar och det har vi ansvar för hur vi använder.
Kort sagt, SMHI vägrar att möta mig i ett seminarium inom SMHIs kärnområde arrangerat av SMR.  Är detta förenligt med SMHIs status som statlig myndighet betald med skattepengar?

Jag tror inte det. En statlig myndighet har skyldighet att svara på frågor inom sitt ansvarsområde, och kan väl då inte vägra att ställa upp om SMR frågar och ber så vackert? Vad säger SMHI? Vad säger lagen?

Jämför med Closing Out Dissent by Bob Carter (enligt Kommentar av Lejeune).

SMHI presenterar på sin hemsida sin och klimatalarmismens huvudtes:
  • Med större andel växthusgaser i atmosfären hindras en större andel av den utgående värmestrålningen. Återstrålningen till jordytan ökar, vilket leder till att temperaturen stiger.
Vid seminariet hade jag bl a tänkt visa att den vetenskaplig grunden för denna tes saknas, något som skattebetalare kanske skulle vara intresserade av att få veta.



BlackBody: Transformer of Radiation


The Earth as a blackbody transforms incoming high-frequency radiation from the Sun into outgoing low-frequency infrared radiation with total energy in = total energy out. The incoming spectrum peaks at 0.5 reflecting a Sun surface temperature of 5778 K, and the outgoing at 10 (mikrometer) corresponding to an Earth surface temperature of 288 K. As seen in the above figure, there is little overlap. 

The amplitude of the incoming radiation is down-scaled compared to the blackbody spectrum at the Sun surface given by Stefan-Boltzmann's Law, depending on the ratio between the Sun radius and  the distance from the Sun to the Earth, while the amplitude of the outgoing radiation from the Earth surface is directly given by Stefan-Boltzmann's Law. 

In other words, the Earth acts as a transformer of radiation, transforming both frequency and amplitude of the Sun surface radiation. High-frequency low-amplitude radiation is transformed into low-frequency high-amplitude radiation. 

The effect is in particular that the Earth emits more infrared radiation than what is coming in from the Sun. This effect does not come from any "backradiation" from the atmosphere, because the effect is there even without an atmosphere.

Does this mean that the atmosphere has no influence on the temperature of the Earth surface?
Of course  not! As we have seen in previous posts, the atmosphere acts as a retailer of outgoing radiation between the Earth surface and empty space, and as such has an influence on the temperature/price at the Earth surface (assuming the atmosphere is transparent to incoming radiation). But there is no "backradiation" with the retailer sending goods back to the producer (because a sufficient reason is lacking).

A mathematical analysis of blackbody radiation transformation is presented in Computational Blackbody Radiation.

This posts responds to a comment by ScienceofDoom to the previous post AGW Myth of Backradiation, where the above figure is presented. Recall that "backradiation" leads into a fiction of "radiative forcing from greenhouse gases" which has no physical counterpart. The forcing is the incoming radiation from the Sun and nothing else.

Betald av Oljeindustrin?

Uppsalainitiativets Magnus Westerstrand går i SvD till attack mot de som på vetenskapliga grunder ifrågasätter klimatalarmismen (som jag själv):
  • I Sverige finns en grupp som kan beskrivas som en ekokammare. De besöker så kallade skeptiska konferenser ordnade av tankesmedjor som fått donationer av olje- gasindustrin och ekar ut budskapet från tankesmedjorna i USA.
  • Budskapet i lyckade kampanjer mot vetenskapliga fakta liknar varandra oberoende av fråga. En del är spridandet av konspirationsteorier, i klimatdebatten förekommer ogrundade påståenden om en korrupt vetenskap, forskningsfusk och personliga attacker
  • på framstående forskare. 
  • Forskningsläget kring grunderna i klimatfrågan har länge varit stabilt och stora rapporter som den av IPCC stöds av alla vetenskapliga akademier som uttalat sig i frågan.
  • Men om det får gå för långt finns det risk att många oskyldiga åskådare drabbas hårt och orättvist, precis som i fallen runt asbest och rökning.
Jag kan meddela att jag inte är betald av någon oljeindustri för att föra dess talan, utan av svenska skattebetalare för att som vetenskapsman tillföra samhället vetenskapligt grundad kunskap. I denna min roll har jag funnit att den vetenskapliga grunden för CO2-alarmism är bristfällig och i väsentliga stycken helt felaktig.

Vi ser att Westerstrands använder KVAs klimatuttalande som slagträ (samt asbest och rökning). Det är dock bara en tidsfråga innan KVA kommer att tvingas byta fot, om nu KVA är en vetenskaplig akademi...