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Climate modelling

Swindled: Carl Wunsch responds Aldatıldık: Carl Wunsch Cevap Veriyor

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The following letter from Carl Wunsch is intended to clarify his views on global warming in general, and the The Great Global Warming Swindle which misrepresented them.

Partial Response to the London Channel 4 Film “The Global Warming Swindle”

Carl Wunsch 11 March 2007

I believe that climate change is real, a major threat, and almost surely has a major human-induced component. But I have tried to stay out of the `climate wars’ because all nuance tends to be lost, and the distinction between what we know firmly, as scientists, and what we suspect is happening, is so difficult to maintain in the presence of rhetorical excess. In the long run, our credibility as scientists rests on being very careful of, and protective of, our authority and expertise.
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What triggers ice ages? O que Dispara as Eras Glaciais? Buzul Çağlarını Tetikleyen Nedir?Qu’est ce qui déclenche les glaciations?

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by Rasmus Benestad, with contributions from Caspar & Eric

In a recent article in Climatic Change, D.G. Martinson and W.C. Pitman III discuss a new hypothesis explaining how the climate could change abruptly between ice ages and inter-glacial (warm) periods. They argue that the changes in Earth’s orbit around the Sun in isolation is not sufficient to explain the estimated high rate of change, and that there must be an amplifying feedback process kicking in. The necessity for a feedback is not new, as the Swedish Nobel Prize winner (Chemistry), Svante Arrhenius, suggested already in 1896 that CO2 could act as an amplification mechanism. In addition, there is the albedo feedback, where the amount of solar radiation that is reflected back into space, scales with the area of the ice- and snow-cover. And are clouds as well as other aspects playing a role.

por Rasmus Benestad, com contribuições de Caspar & Eric

Em um artigo recente da Climatic Change, D.G. Martinson e W.C. Pitman III discutem uma nova hipótese que explica como o clima pode mudar abruptamente entre eras glaciais e períodos interglaciais (quentes). Eles argumentam que as mudanças na órbita da Terra ao redor do Sol em isolado não são suficientes para explicar as altas taxas de mudanças estimadas, e que deve necessariamente haver a ação de um mecanismo de feedback (ou retro-alimentação) amplificando o processo. A necessidade de um feedback não é nova, pois o sueco ganhador do Prêmio Nobel (Química), Svante Arrhenius, já havia sugerido em 1896 que o CO2 deveria agir como um mecanismo de amplificação. Além do mais, existe o feedback do albedo, pelo qual a quantidade de radiação solar que é refletida de volta ao espaço é escalonável com a área de cobertura de gelo e neve. E existem nuvens bem como outros aspectos envolvidos.

Orbital forcing A hipótese de Martinson & Pitman III formula que a entrada de água doce funciona em consonância com o ciclo de Milankovitch e o feedback de albedo. Eles concluem que os ‘maiores’ términos podem somente acontecer após um acúmulo de gelo grande o suficiente para isolar o Artico, inibindo o fluxo de entrada de água doce até um ponto em que o aumento da salinidade na camada superficial, através de um vagaroso e contínuo crescimento do gelo marinho, causa uma inversão das águas marinhas do Ártico (pelo efeito na circulação atmosférica e nas correntes oceânicas). A inversão vertical traz água quente de baixo para cima, promovendo condições mais favoráveis ao degelo. A salinidade também tem um papel, mas a hipótese não menciona variações de gases de efeito estufa (GEE). Algumas questões: Martinson e Pitman III esqueceram disso? Ou os GEE representam somente uma pequena contribuição? E, não poderiam as mudanças nos GEE explicar boa parte da variabilidade? Por outro lado, parece plausível que mudanças na salinidade e na entrada de água doce poderiam afetar a formação de gelo marinho e a convecção profunda. Contudo, até o presente, a hipótese proposta por Martinson and Pitman III é meramente uma especulação, e estamos aguardando para ver se a hipótese pode ser testada através de experimentos de modelos numéricos (o que pode requerer modelos oceânicos e de gelo marinho com maior resolução que os atualmente usados em modelos climáticos globais). Seria interessante conduzir experimentos para avaliar a significância individual da água doce, dos GEE e o efeito combinado.

Uma reação ao trabalho de Martison e Pittman é: Onde está o cálculo de energia? Gases de efeito estufa contribuem somente com alguns W/m2, em contraste com uma forçante >40 do ciclo sazonal de Milankovich. Para esta nova idéia ter mérito, teria sido melhor ter no mínimo fluxos de calor em paralelo com a forçante radioativa do CO2. Estudos de modelagem anteriores encontraram que GEE produzem aproximadamente 50% de todo Último Máximo Glacial (inglês, LGM) para a resposta da temperatura atual (veja por exemplo Broccoli & Manabe), a outra parte sendo o albedo, etc., que respondem ao ciclo sazonal de irradiância. É muito difícil isolar completamente as causas individuais pois as mudanças nos GEE podem produzir alterações na distribuição de nuvens e gelo marinho. Mas a grosso modo, se você rodar um LGM e somente somente reduzir o nível do mar, introduzir as calotas de gelo, mudar a vegetação, adicionar alguma poeria (embora esta ainda seja grosseira), então você alcançaria ao redor de 50% do caminho que você quer ir. Mude a concentração de GEE e você chegaria mais próximo. Isso é mais ou menos o que Manabe e Stouffer mostraram há quinze anos atrás. A questão é se realmente precisamos de algo mais, e se esse ‘algo mais’ tem força suficiente.

traduzido por Ivan B. T. Lima e Fernando M. Ramos.


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Stern Science La science de SternA ciência de Stern

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Halldór Björnsson, William Connolley and Gavin Schmidt

Late last year, the UK Treasury’s Stern Review of the Economics of Climate Change was released to rapturous reception from all sides of the UK political spectrum (i.e. left and right). Since then it has been subject to significant criticism and debate (for a good listing see Rabbett Run). Much of that discussion has revolved around the economic (and ethical) issues associated with ‘discounting’ (how you weight welfare in the future against welfare today) – particularly Nordhaus’s review. We are not qualified to address those issues, and so have not previously commented.

However, as exemplified by interviews on a recent Radio 4 program (including with our own William Connolley), some questions have involved the science that underlies the economics. We will try and address those.
Halldór Björnsson, William Connolley and Gavin Schmidt (traduit par Etienne Pesnelle)

A la fin de l’an dernier, le Trésor britannique a publié le rapport Stern sur les conséquences économiques du changement climatique, qui a été reçu avec enthousiasme par l’ensemble de la classe politique du Royaume-Uni, c’est à dire la gauche et la droite Depuis, il a fait l’objet de nombreux débats et critiques (voir la liste qu’a établie Rabbett Run). L’essentiel de la discussion a tourné autour des problèmes économiques (et éthiques) associés à “l’actualisation” (c’est-à-dire comment mesurer le bien-être futur à l’aune du bien-être actuel), ce dont traite notamment Nordhaus . Nous ne sommes pas qualifiés pour discuter de ces points, aussi ne les avons-nous pas commentés précédemment.

Toutefois, comme l’illustrent les interviews données lors d’une émission récente de Radio 4 (dont une avec notre William Connolley), certaines questions ont concerné la science qui sous-tend les calculs économiques. Nous allons essayer de les aborder.
Halldór Björnsson, William Connolley e Gavin Schmidt (traduzido por F. M. Ramos e I. B. T. Lima)

No fim do ano passado, o Tesouro britânico publicou o Relatório Stern sobre as conseqüências econômicas das mudanças climáticas, que foi recebido com entusiasmo pelo conjunto da classe política do Reino Unido, isto é a esquerda e a direita. Depois, ele foi objeto de inúmeros debates e críticas (ver a lista que preparou Rabbett Run). O essencial da discussão realizou-se em torno dos problemas econômicos (e éticos) associados à “atualização” (isto é, como medir o bem-estar futuro em comparação ao bem-estar atual) – particularmente o Relatório Nordhaus. Nós não estamos qualificados para comentar estes assuntos, assim como não comentamos no passado.

No entanto, como ilustram as entrevistas concedidas durante um recente programa de Radio
4 (das quais uma com William Connolley), certas questões diziam respeito à ciência que sustenta os cálculos econômicos. Vamos tentar abordá-las a seguir. Ao contrário de um relatório mais antigo da Câmara dos Lordes, Stern não perde tempo tentando trapacear, e essencialmente busca a ciência no relatório do IPCC, com algumas atualizações de trabalhos mais recentes. A maior parte da ciência está resumida no capítulo um, e um leitor casual familiarizado com o relatório IPCC encontrará poucas surpresas em seções que incluem afirmações como “Uma massa esmagadora de evidências científicas indica que o clima da Terra está mudando rapidamente, predominantemente pelo efeito do crescimento dos gases de efeito estufa causado pelas atividades humanas” etc. Entretanto, as possibilidades científicas em Stern são ponderadas de maneira levemente diferente que nos relatórios do IPCC uma vez que, como ele afirma, “os tomadores de decisão devem levar em conta os riscos extremos, além das previsões médias, por que seria muito grave se estes riscos viessem a se materializar” (Stern reply to Byatt et al).

Há três componentes científicas no relatório Stern: a sensibilidade climática, as emissões futuras dos gases de efeito estufa, e os impactos de uma dada mudança, expressas na forma de anomalia de temperatura global por razões de comodidade.

A sensibilidade climática (já discutida aqui anteriormente) foi considerada como provavelmente estando no intervalo de 1.5 a 4.5 C do IPCC TAR, e no intervalo de 2 a 5 C nos modelos utilizados no relatório Stern. No entanto, a probabilidade de valores maiores tem um papel importante no relatório. Especificamente, Meinshausen* (2006) [estabelece] que há “entre 2% a 20% de probabilidade que o aquecimento possa ser maior que 5 C”. Isto é verdade, mas o relatório esquece de mencionar que outros novos estudos (Annan and Hargreaves; Hegerl et al) sugerem que é insignificante a probabilidade que a sensibilidade climática seja superior a 5 C.

A incerteza sobre o aquecimento futuro não se reduz à incerteza sobre a sensibilidade, mas depende também daquela relacionada aos níveis futuros dos gases de efeito estufa (GEE). Existe uma ampla gama de cenários e de estimativas sobre níveis futuros de GEE que são utilizados nos relatórios do IPCC. O cenário utilizado pelo Relatório Stern é o A2, mas neste cenário, os níveis de GEE na segunda metade do século XXI são superiores àqueles do cenário A1b, por exemplo. A questão não é se o cenário A2 é menos sólido que o A1, mas simplesmente que o Relatório Stern escolheu trabalhar com um dos cenários de “fortes emissões”. Além disso, o relatório reconhece também a grande incerteza (mas não claramente quantificável) de feedbacks positivos nas emissões de CO2 e CH4 de origem natural.

Com relação aos impactos das mudanças climáticas, a estória é semelhante: a maior parte dos impactos são declarados mas sua probabilidade de ocorrência é sujeita à debate. Por exemplo: o enfraquecimento da corrente termohalina sob 1 grau de aquecimento, risco de colapso em 3 graus, risco de derretimento irreversível da calota de gelo da Groenlândia para um aquecimento de 2 graus, a elevação dos mares de 5 a 12 metros durante muitos séculos, – estas eventualidades são questionáveis, e deveriam ser consideradas como “o cenário adverso” dentre os possíveis impactos.

Em conclusão: Stern de um modo geral utiliza bem a ciência do clima, mas desvia-se para o lado das estimativas mais impactantes e as utiliza em seu sumário. Este viés altista faz com que o relatório seja vulnerável a acusações de “alarmismo”. O relatório é justo em apontar que os danos e seus custos crescem de maneira desproporcional com o aumento da mudança de temperatura e portanto, dada esta assimetria, os tomadores de decisão têm razão de levá-los em conta. Entretanto, parece que a maior crítica deste relatório será atribuída (em outros foros) à parte econômica.

NB: De modo previsível, alguns dos “céticos” habituais atacaram igualmente a ciência do relatório Stern. No entanto, uma indicação de sua falta fundamental de seriedade é que, quando há realmente importantes incertezas (por exemplo, a probabilidade de que a sensibilidade seja superior àquela geralmente estimada), eles as ignoram para fazer as mesmas repetitivas, desinteressantes e incorretas afirmações que sempre fazem.

*Meinshausen, M. (2006): ‘What does a 2C target mean for greenhouse gas concentrations? A brief analysis based on multi-gas emission pathways and several climate sensitivity uncertainty estimates’ (“O que significa um alvo de +2°C em termos de concentração de gás de efeito estufa? Uma rápida análise fundamentada em caminhos de emissão multi-gás e várias estimativas de incerteza da sensibilidade climática”), Avoiding dangerous climate change (Evitando uma perigosa mudança climática), in H.J. Schellnhuber et al. (eds.), Cambridge: Cambridge University Press, pp. 265 a 280.
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The Physics of Climate Modelling La physique de la modélisation du climat

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This is just a pointer to a ‘Quick Study’ guide on The physics of climate modelling that appears in Physics Today this month, and to welcome anyone following through from that magazine. Feel free to post comments or questions about the article here and I’ll try and answer as many as I can.

Cet article est aussi disponible en français.

The main article is also available in Portugeuse.

On Mid-latitude Storms

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Statements often appear in the media about suggesting that more extreme mid-latitude storms will result from global warming. For instance, western Norway was recently battered by an unusually strong storm which triggered many such speculations. But scientific papers on how global warming may affect the mid-latitude storms give a more mixed picture. In a recent paper by Bengtsson & Hodges (2006), simulations with the ECHAM5 Global Climate Model (GCM) were analysed, but they found no increase in the number of mid-latitude storms world-wide. Another study by Leckebusch et al. (2006) showed that the projection of storm characteristics was model-dependent. (Note that the dynamics of tropical and mid-latitude (often called ‘extra-tropical’) storms involve different processes, and tropical storms have been discussed in previous posts here on RC: here, here, here, and here).

The factors that control this are often confounding and so make this a tricky prediction. Simple arguments based on the expected ‘polar amplification‘ and the fact that the surface temperature gradient between the tropics and the poles will likely decrease would reduce the scope for ‘baroclinic instability’ (the main generator of mid-latitudes storms). However, there are also increases in the upper troposphere/lower stratospheric gradients (due to the stratosphere cooling and the troposphere warming) and that has been shown to lead to increases in wind speeds at the surface. And finally, although latent heat release (from condensing water vapour) is not a fundamental driver of mid-latitude storms, it does play a role and that is likely to increase the intensity of the storms since there is generally more water vapour available in warmer world. It should also be clear that for any one locality, a shift in the storm tracks (associated with phenomena like the NAO or the sea ice edge) will often be more of an issue than the overall change in storm statistics.
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Historical climatology in Greenland

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Gavin Schmidt & Michael Mann

Extending the instrumental record of climate beyond the late 19th Century when many of the national weather centers were first started is an important, difficult and undervalued task. It often is more akin to historical detective work than to climatology and can involve long searches in dusty archives, the ability to read archaic scripts and handwriting, and even Latin translations (for instance, when going through the archives of the Paris Observatory) (sounds like a recent bestseller, only less lucrative, no?).
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Broadly Misleading

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Just when we were beginning to think the media had finally learned to tell a hawk from a handsaw when covering global warming (at least when the wind blows southerly), along comes this article ‘In Ancient Fossils, Seeds of a New Debate on Warming’ by the New York Times’ William Broad. This article is far from the standard of excellence in reporting we have come to expect from the Times. We sincerely hope it’s an aberration, and not indicative of the best Mr. Broad has to offer.

Broad’s article deals with the implications of research on climate change over the broad sweep of the Phanerozoic — the past half billion years of Earth history during which fossil animals and plants are found. The past two million years (the Pleistocene and Holocene) are a subdivision of the Phanerozoic, but the focus of the article is on the earlier part of the era. Evidently, what prompts this article is the amount of attention being given to paleoclimate data in the forthcoming AR4 report of the IPCC. The article manages to give the impression that the implications of deep-time paleoclimate haven’t previously been taken into account in thinking about the mechanisms of climate change, whereas in fact this has been a central preoccupation of the field for decades. It’s not even true that this is the first time the IPCC report has made use of paleoclimate data; references to past climates can be found many places in the Third Assessment Report. What is new is that paleoclimate finally gets a chapter of its own (but one that, understandably, concentrates more on the well-documented Pleistocene than on deep time). The worst fault of the article, though, is that it leaves the reader with the impression that there is something in the deep time Phanerozoic climate record that fundamentally challenges the physics linking planetary temperature to CO2. This is utterly false, and deeply misleading. The Phanerozoic does pose puzzles, and there’s something going on there we plainly don’t understand. However, the shortcomings of understanding are not of a nature as to seriously challenge the CO2.-climate connection as it plays out at present and in the next few centuries.

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Tropical SSTs: Natural variations or Global warming?

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by Michael Mann and Gavin Schmidt

Roughly a year ago, we summarized the state of play in the ongoing scientific debate over the role of anthropogenic climate change in the observed trends in hurricane activity. This debate (as carefully outlined by Curry et al recently) revolves around a number of elements – whether the hurricane (or tropical cyclone) data show any significant variations, what those variations are linked to, and whether our understanding of the physics of tropical storms is sufficient to explain those links.

Several recent studies such as Emanuel (2005 — previously discussed here) and Hoyos et al (2006 — previously discussed here) have emphasized the role of increasing tropical sea surface temperatures (SSTs) on recent increases in hurricane intensities, both globally and for the Atlantic. The publication this week of a comprehensive paper by Santer et al provides an opportunity to assess the key middle question – to what can we attribute the relevant changes in tropical SSTs? And in particular, what can we say about Atlantic SSTs where we have the best data? [Read more…] about Tropical SSTs: Natural variations or Global warming?

Is Antarctic climate changing?

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Is the Antarctic ice sheet getting bigger or smaller? Is it warming or cooling?

As we’ve reported in earlier posts (here and here), getting accurate answers to these questions is non-trivial, because the available instrumental data remain sparse and generally date back only a few decades, at best. While modern satellite-based techniques such as laser altimetery and gravity anomaly measurements provide important information on very recent changes, to get at the longer term we must rely on less direct methods. In the last 5 years or so, an effort has been under way, much of it under the banner “International Trans Antarctic Scientific Expedition” (ITASE), to do this by collecting many dozens of ice cores from across the Antarctic continent. Two papers out this month represent the first major compilations of results from these efforts. The first, in Science on August 11th, provides a new estimates of Antarctic snowfall changes over the last 50 years. The second, in Geophysical Research Letters (August 30th) provides the first statistical reconstruction of Antarctic temperature change, extending about 200 years into the past.
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Climate Feedbacks

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Guest Commentary by Brian Soden (RSMAS, Miami)

Current model estimates of the climate sensitivity, defined as the equilibrated change in global-mean surface temperature resulting from a doubling of CO2, range from 2.6 to 4.1 K, consistent with observational constraints (see previous article). This range in climate sensitivity is attributable to differences in the strength of ‘radiative feedbacks’ between models and is one of the reasons why projections of future climate change are less certain than policy makers would like. [Read more…] about Climate Feedbacks