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Einführung
Der Treibhauseffekt (GHE) ist eine gut etablierte Theorie, die von den meisten Menschen als solide Tatsache betrachtet wird, selbst von denen, die ansonsten der globalen Erwärmung "kritisch" gegenüberstehen. Auf der anderen Seite gibt es einige Stimmen, die den GHE mit flateartherartigen Argumenten "verleugnen", was die Glaubwürdigkeit der Theorie nur scheinbar erhöht. Das ist eine sehr merkwürdige Situation, denn es sind riesige Probleme mit der GHE, die im Verborgenen liegen.
"Ohne Treibhausgase wäre die Erde ein gefrorener Planet mit einer Temperatur von nur -18°C oder 255°K". Diese Definition ist uns allen nur allzu bekannt, und die Experten, die sie nennen, sind Legion. Die 255°K sind das Ergebnis einer (relativ) einfachen Formel.
(342 x ((1-0.3) / 1) / 5.67e-8) ^0.25 = 255
342W/m2 ist die Menge der Sonnenstrahlung (die genaue Zahl kann variieren), 5,67e-8 ist die Stefan-Boltzmann-Konstante und ^0,25 (oder die 4. Wurzel) stellt das Stefan-Boltzmann-Gesetz dar, nach dem die Strahlung eine Funktion der Temperatur hoch 4 ist.
Schwierigkeiten bei der Annahme eines schwarzen Körpers
Der interessante Teil ist jedoch (1-0,3 / 1). 0,3 ist die Albedo der Erde und 1-0,3 os also die Absorptionsfähigkeit, das ist der Anteil der Sonnenstrahlung, den die Erde absorbiert (~70%). Die 1 unter dem Komma, die normalerweise weggelassen wird, steht für den Emissionsgrad, d.h. den Anteil der von der Erde emittierten LWIR-Strahlung relativ zu einem perfekten schwarzen Körper gleicher Temperatur. Mit anderen Worten, es wird angenommen, dass die Erde genau wie ein perfekter schwarzer Körper emittieren würde, wenn es keine Treibhausgase gäbe. Und genau da fängt das Problem an.
Das Grundproblem
Ganz offensichtlich gibt es zwei Faktoren, die gegen die oben genannte Annahme "verstoßen".
Die Oberfläche der Erde, die hauptsächlich aus Wasser besteht, ist kein perfekter Emitter, so ziemlich wie jede echte Oberfläche. Obwohl dies nicht in den Anwendungsbereich dieses Artikels fällt, kann gezeigt werden, dass es eine signifikante Abweichung von 1 (im Bereich von 0,91 bis 0,94) gibt. Man muss die Fresnel-Gleichungen, den Brechungsindex von Wasser und so weiter nachschlagen, um dieses Thema zu klären.
Wolken interferieren massiv mit LWIR-Emissionen. Eigentlich ist dies eine weit verbreitete Weisheit, denn "klare Nächte sind kalte Nächte" und die meisten Menschen haben die entsprechende Erfahrung gemacht. Sogar der IPCC gibt an, dass Wolken eine 50W/m2 SW-Strahlung blockieren, 30W/m2 LWIR zurückhalten und somit eine Netto-CRE (Cloud Radiative Effect) von -20W/m2 haben würden [1]. Natürlich sind diese -50W/m2 der SW CRE bereits in der obigen Formel enthalten (Teil der 30% Albedo), während die 30W/m2 der LW CRE nicht enthalten sind.
Aus diesem Grund müssen wir einige kleinere Korrekturen an der GHE vornehmen, wie oben dargestellt. Im Grunde empfängt die Erde etwa 240 W/m2 Sonnenstrahlung (= 0,7 x 342) und soll an der Oberfläche etwa 390 W/m2 bei 288°K emittieren. Neben einer Temperatur von 33°K würde die GHE also jeweils etwa 150 W/m2 betragen (=390-240).
Da die Oberfläche in Wirklichkeit kein perfekter Emitter ist, sind die 390W/m2 völlig ungenau. In der Tat kann man es leicht als "gefälschte Wissenschaft" bezeichnen, wenn jemand diese oder eine noch höhere Zahl behauptet. Vielmehr müssen wir diese Zahl um mindestens 20 W/m2 reduzieren, um einen realistischen Oberflächen-Emissionsgrad zu ermöglichen. Als nächstes müssen wir die 30 W/m2 einkalkulieren, die die Wolken liefern, und so schrumpft unsere GHE von 150 W/m2 auf ein Maximum von nur 100 W/m2 (150 - 20 - 30).
Der Klarheit halber sollten wir die GHE in GHGE (Treibhausgaseffekt) umbenennen, da dies die entscheidende Frage ist. Wie stark erwärmen die Treibhausgase den Planeten? Es ist wichtig, so zu sehen, dass den Treibhausgasen ihre spezifische Rolle in einer Art "Diagnose der Ausgrenzung" zugeschrieben wurde. Wenn es keine THGs gäbe, wie hoch wäre dann die Temperatur der Erde? Jedes Delta zu der beobachteten Temperatur kann dann den Treibhausgasen zugeschrieben werden.
Eine solche "Ausschlussdiagnose" ist immer anfällig für Misserfolge, sei es im medizinischen Bereich oder anderswo. Im Wesentlichen muss eine große Anzahl von Variablen berücksichtigt werden, und der kleinste Fehler in diesem Prozess führt zwangsläufig zu einem fehlerhaften Ergebnis. Aus diesem Grund sollte es als letzter Ausweg betrachtet werden, der vielleicht hilfreich ist, um einen Patienten zu behandeln oder einen Kriminalfall zu lösen. Als Ausgangspunkt in der Physik ist es ein No-go, und wie wir sehen können, liefert es falsche Ergebnisse. Aber vielleicht ist das der Grund, warum sie überhaupt gewählt wurde. Fehlerhafte Ansätze geben eine gewisse Freiheit der Kreativität.
GHGE ist notorisch übertrieben
Dennoch haben wir bisher noch keine Barrieren durchbrochen. Ja, die GHGE ist notorisch übertrieben, und jeder, der behauptet, die Erde wäre 255°K kalt, wenn es keine Treibhausgase gäbe, ist entweder inkompetent oder lügt einfach nur. Sie können eine solche Behauptung nicht als "Vereinfachung" entschuldigen, da eine Übertreibung der GHGE um mindestens 50% sicherlich mehr als vernachlässigbar ist.
Auf der anderen Seite leugnet dies keineswegs die Erzählung von der globalen Erwärmung. Man könnte erwägen, die Klimasensitivität ein wenig herunterzustufen, was nur dazu führen würde, dass die Klimamodelle der Realität besser entsprechen. Selbst dann würde dies die Dinge nur auf eine gesündere und angemessenere Grundlage stellen und letztlich die Theorie der CO2-induzierten globalen Erwärmung stützen.
Tiefer graben
Ich habe bisher nichts substantiell Neues eingeführt, sondern nur auf das hingewiesen, was bekannt ist und doch ständig vergessen wird. Gerade die CRE ist in ihrer zitierten Größenordnung eine ziemlich unbestrittene Tatsache der Wissenschaft. Obwohl ich nicht genau weiß, woher diese Schätzungen stammen, haben Experten wie Veerabhadran Ramanathan sie bereits in den 1970er Jahren im Visier. Satellitengestützte Projekte wie ERBE oder CERES haben diese Schätzungen später bestätigt und präzisiert.
Die Netto-CRE von -20W/m2 findet sich also in den IPCC-Berichten, die NASA gibt detaillierte Satellitendaten dazu, und sogar "Skeptiker" wie Richard Lindzen nennen und unterstützen sie[2]. Eine solch solide Vereinbarung ist nicht nur gut für meine obige Argumentation, sie ist auch großartig für die GHGE selbst. Tatsächlich ist die negative CRE so ziemlich eine conditio sine qua non. Wenn die Wolken den Planeten nicht abkühlen würden, könnte der Spielraum für THGs marginal werden.
Es gibt in der Tat einige Probleme mit der CRE, über die ich sprechen muss, und die Dinge sind nicht annähernd so geklärt, wie ich gerade vorgeschlagen habe.
Die Sache hat noch eine andere Seite. Offensichtlich ist die Netto-CRE die Summe der SW- und LW-CRE, die sich leicht als CREsw + CRElw = CREnet formulieren lässt. Da das CRElw das ist, was so notorisch in Vergessenheit gerät (da es die GHGE verringert), könnten wir annehmen, dass es eine motivierte Tendenz zur Minimierung des CRElw geben könnte. Angesichts der logischen Einschränkungen kann dies erreicht werden, indem man die CREnet so negativ und die CREsw so klein wie möglich macht. Mit anderen Worten, es gibt eine Dreifaltigkeit der Themen mit der CRE.
Die Dinge auf die Probe stellen
Da die netto negative CRE durch nichts als Modelle zweifelhafter Natur "bestätigt" wird, da die Logik das Gegenteil nahelegen könnte (um es kurz zu machen) und die ganze GHGE-Theorie völlig davon abhängt, machte diese Frage ein völlig legitimes Ziel für die Überprüfung der Fakten. Es ist die eine zentrale Frage, auf die sich alles zusammenfassen lässt. Ist die CRE tatsächlich negativ und wie könnten wir sie auf die Probe stellen?
Wie bei meinen früheren Arbeiten in der forensischen Wissenschaft schien es mir zwingend erforderlich, jeden konventionellen Ansatz, der vorhersehbaren Einschränkungen unterliegt, zu umgehen. Vielmehr müssen Sie über das Verständnis derer hinausgehen, die sich verschwören könnten, so dass ihre mögliche Verteidigung aussichtslos wird. Und das würde natürlich brachiale Kraft des Intellekts, Kreativität und ein bisschen Glück erfordern, um einen angemessenen Hebel zu finden.
Letzteres entpuppt sich zumindest als ein freundliches Geschenk der NOAA. Unter dem Titel "QCLCD ASCII Files" stellte die NOAA alle METAR-Daten von US-Wetterstationen zur Verfügung[4]. Bedauerlicherweise zogen sie diese wertvollen Daten bald nach dem Herunterladen von ihrer Seite ab, und die Alternative "Global-Hourly Files" funktioniert nicht ganz[5].
Soweit ich weiß, werden die METAR-Daten an Flughäfen aufgenommen und enthalten neben den üblichen meteorologischen Daten auch Wolkenbedingungen, die ursprünglich dazu gedacht waren, Flugzeuge in der Umgebung dieser Flughäfen zu unterstützen. Die Daten sind alles andere als perfekt für unseren Anwendungsbereich und unterliegen einer Reihe von Einschränkungen. In der Regel werden Wolkenzustände nur bis zu einer Höhe von 12.000 ft gemeldet, dennoch können einzelne Ausnahmen auftreten. Dann wird diese Wolkenbedingung in 5 verschiedenen "Geschmacksrichtungen" gemeldet, nämlich CLR, FEW, SCT, BKN und OVC oder Kombinationen davon. Für unseren Zweck wird jede Kombination auf die maximale Trübungsbedingung reduziert.
Auch wenn dies kein idealer Datenpool ist, so erfüllt er doch eine Reihe von notwendigen Anforderungen. Erstens ist es eine völlig unabhängige Datenquelle, die nie für die Klimaforschung gedacht war. Zweitens sind diese Daten von vielen Menschen gesammelt worden, die zwar individuelle Fehler gemacht haben mögen, aber sicherlich nicht systemisch verzerrt waren. Drittens sind diese Daten also "demokratischer" Natur und werden nicht durch den Flaschenhals einiger weniger Experten kontrolliert. Letztendlich, und das ist der wichtigste Punkt, brauchen wir hier keine Modelle, sondern wir können direkt auf die empirische Evidenz schauen.
Das Ergebnis
Zuerst muss ich Ihnen sagen, wie Ihnen diese Grundlagenforschung erstaunliche Erkenntnisse liefert, die sonst nirgendwo erhältlich sind.
Sie werden nicht das zu sehen bekommen, was Sie sehen wollen oder erwarten, sondern das, was es gibt. Genau wie Christoph Kolumbus, der nach Indien suchte und Amerika fand, werden Sie die Dinge für bare Münze nehmen müssen. Bei der Analyse der Daten hin und her, unter Verwendung verschiedener Perspektiven, war dies kein einfaches Nachschlagen, um eine bestimmte Erwartung zu bestätigen, sondern vielmehr ein Prozess des kontinuierlichen Lernens. Dementsprechend gibt es viele Ergebnisse, die ausgezeichnete Einblicke in die Natur der Wolken bzw. ihre Auswirkungen auf das Klima geben.
Diese Grafik wurde der Bildungsseite von Harvard [6] zu diesem Thema entnommen. Hier, wie auch in späteren Iterationen der ERBE / CERES-Modellierung, soll der Nordpazifik zu den Gebieten mit einer massiv negativen CRE gehören, die für mich von besonderem Interesse sind.
Da die Aleuten US-Territorium sind, umfasste mein NOAA-Datensatz 10 Stationen, die genau dort liegen.
Für die Jahre 2016 und 2017 melden diese Stationen etwa 325.000 gültige Datensätze, von denen fast 60% bewölkt sind. Es handelt sich also tatsächlich um eine sehr bewölkte Region.
Sobald wir die Korrelation der Wolken/Temperatur nach Jahreszeit aufgelöst haben, finden wir ein sehr typisches Ergebnis. Der OVC-Himmel korreliert mit niedrigeren Temperaturen im Frühling und Frühsommer und mit höheren Temperaturen während des restlichen Jahres. Dieses Muster wurde in allen Teilmengen mit unterschiedlichen Jahreszeiten beobachtet und ist auf die hinter der Sonnenintensität zurückbleibenden Oberflächentemperaturen zurückzuführen.
Es ist eine Analogie zum Tag/Nacht-Zyklus, bei dem Wolken die Tagestemperaturen niedrig halten, während sie die Nächte relativ warm halten. Es geht um das Verhältnis von einfallender SW zu ausgehender LW-Strahlung. Da Wolken mit beiden Strahlungsflüssen interferieren, wird ihre primäre Wirkung relativ dazu sein, welcher dieser Ströme stärker ist. Im Frühjahr bleiben die Oberflächentemperaturen hinter der Sonnenintensität zurück, die LW-Emissionen werden relativ schwach sein, so dass sich die Wolken abkühlen. Im Herbst kehrt sich dieses Verhältnis natürlich um, und dann erwärmen sich die Wolken.
Anmerkung: Diese "Gezeiteneffekte" sind eine direkte Darstellung der LW-CRE. Obwohl dies weit über den Rahmen dieses Artikels hinausgeht, sind solche Daten sehr hilfreich bei der Beurteilung der tatsächlichen Größenordnung der LW-CRE.
Eine große Überraschung
Wenn wir schliesslich die obigen Ergebnisse addieren und den Jahresdurchschnitt (also saisonbereinigt) betrachten, erwartet uns eine riesige Überraschung (oder möglicherweise nicht mehr an dieser Stelle). Die Korrelation zwischen Wolken und Temperatur ist streng positiv. Je mehr Wolken, desto wärmer ist es, und das in einer Region, in der die Modelle eine massiv negative CRE vermuten lassen.
Offensichtlich ist hier etwas völlig falsch.
Ich bin zuversichtlich, dass die METAR-Daten korrekt sind, und ich bin sicher, dass meine Analyse richtig ist, da ich sie viele Male durchgegangen bin und das Ergebnis mit all den verschiedenen Perspektiven übereinstimmt. Stattdessen sind die ERBE/CERES-Modelle falsch, wenn man sie mit empirischen Beweisen, auch "Realität" genannt, vergleicht. Das ist keine große Überraschung, wenn man bedenkt, dass es in der Vergangenheit immer wieder zu widersprüchlichen Ergebnissen gekommen ist.
Und so sehr das Beringmeer "perfekt zu passen" scheint, um diese Modelle zu überprüfen, so sehr gehen die Probleme weit über die Region hinaus. Wo immer ich auch hinsah, eine negative CRE konnte nicht gefunden werden.
Nur die Spitze des Eisbergs
Doch dies ist nur die Spitze des Eisbergs. Natürlich muss man auf Verzerrungen prüfen, um zu sehen, inwieweit eine Korrelation auch Kausalität bedeutet, und es gibt einige wenige. Die Feuchtigkeit, so sehr sie als Indikator für den angenommenen THG-Dampf dienen mag, ist tatsächlich mit der Bewölkung korreliert (78% rel. Feuchte mit CLR, 85% mit OVC), aber dieses Delta ist a) durch Regen beeinflusst und b) zu klein, um zu erklären, was wir sehen.
Noch wichtiger ist, dass es bei dieser Analyse nur um niedrige Wolken bis 12.000 ft geht, und es ist unbestritten, dass die Netto-CRE umso positiver ausfällt, je höher oben die Wolken sind. Dann ist da noch das Thema des "rain chill", der die Wolken statistisch gesehen kälter aussehen lässt, als sie sind. Schließlich sind die Temperaturen im Verhältnis zu den sich ständig ändernden Wolkenbedingungen träge, und wir würden sicherlich ein größeres Temperaturdelta sehen, wenn die jeweiligen Wolkenbedingungen dauerhaft wären.
Systemisches GHE-Versagen
Im Gegensatz zu dem, was ich vorhin genannt habe, ist dies nicht nur ein Kratzer in der GHE-Theorie, sondern ein Systemversagen. Wenn Wolken den Planeten tatsächlich erwärmen, und alle Beweise weisen in diese Richtung, wird die Grundlage der Theorie vernichtet. Nicht, dass Treibhausgase keine gewisse Rolle für das Erdklima spielen könnten, aber die Größe der GHGE wird nur einen Bruchteil von 33°K betragen, und zwar einen, der noch genau bestimmt werden muss.
1] 5. GB des IPCC, Seite 580
2] https://wattsupwiththat.com/2020/06/29/weekly-climate-and-energy-news-roundup-414/
[3] https://www.researchgate.net/figure/Comparison-of-annual-mean-SW-LW-and-net-CRE-of-E55H20-E61H22-and-E63H23-to-CERES-40_fig2_335351575
[4] https://www.ncdc.noaa.gov/data-access/quick-links
5] Die Dokumentation passt nicht zum Datenformat, aus irgendeinem Grund kann ich die Temperaturmessungen nicht lokalisieren, das Format selbst ist schwer zu lesen, und schließlich entsprechen diese Daten, Station für Station, aus irgendeinem Grund nicht denen der "QCLCD-ASCII-Dateien".
[6] https://www.seas.harvard.edu/climate/eli/research/equable/ccf.html