Hvor går varmen hen? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

19. februar 2010

Hvor går varmen hen?

Kære Brevkasse
El Nino var kraftig i 1997/98 og gav det varmeste år i nyere tid. Varmen i atmosfæren angives at være kommet fra oceanet (Stillehavet) men det blev koldere igen året efter.

 - Hvor gik varmen hen?
 - Gik den ned i oceanet eller ud i rummet?
 - Kan varmen sådan forsvinde på kort tid og hvordan?

På forhånd mange tak og venlig hilsen

M G

Jordens middeltemperatur går op og ned, fordi der er fluktuationer i selve energiindholdet. Det kan midlertidigt blive større og mindre, og det kan flytte sig rundt.

Herudover skal man også erkende, at der er en usikkerhed på bestemmelsen af temperaturgennemsnittet (proportionalt med energiindholdet). Fluktuationer forårsaget af sidstnævnte grund kan misforstås som en fluks af energi ind/ud.

Man skal derfor være forsigtig med fortolkninger af korttidsudsving i temperaturen.

Man er helt sikker på, at året 1998, eller andre store El-nino år, alt andet lige er lidt varmere pga. det varmere vand i det østlige Stillehav. Man ved, at den tropiske atmosfære over lidt længere tid hele tiden tilpasser sig den lokale overfladetemperatur. Dette skyldes, at luften i troperne ikke har en generel strømning a'la strømningen i vestenvindsbælterne. Hos os er tilpasningen til overfladen enten helt her og nu præget (f.eks. strømning af kold luft fra havisen i Polarhavet ned over det isfrie og relativt varme Norskehav), eller også er den tværet ret meget ud pga. de stærke vinde og den store luftmasseblanding, der finder sted i det meget dynamisk aktive bælte. Altså helt afhængigt af tidsskalaen, vi kigger over.

Så en varmere Jord pga. en El-Nino svarer til, at man sidder i et rum, hvor temperaturen er i balance med omgivelserne (væggene), men pludselige blotlægges en varm radiator. Jeg tror, at alle vil acceptere, at så bliver der i hvert tilfælde varmere i en periode.

Så tilpasningen til en varmere overflade er nem at forstå. Husk også på, at alt andet lige så er atmosfæren en anelse koldere end overfladen, da det er denne, der modtager det meste af energien fra Solen. Dette er selvfølgelig ekstra tydeligt, når havet bliver 3 ⁰C varmere.

Billedet viser el Nino (fra NASA)

Hvis vi accepterer billedet af en El-nino som en anomali, der starter med at opvarme atmosfæren oven over, men at der ikke sker noget andet, så skal atmosfæren jo køles af igen bagefter, dvs. energien skal ud af atmosfæren igen. Og den kan kun gå enten ned eller op. Jeg vil derfor foreslå følgende forklaring, der sådan set gør brug af begge spørgerens egen forslag.

Efter et år med El-Nino vender den relativt kolde overfladetemperatur tilbage til det østlige Stillehav igen. Dette sker i sammenhæng med, at den kolde havstrøm fra syd reetableres, og at der kommer koldt vand op ved det, man kalder upwelling på engelsk.

I overgangsperioden er atmosfæren i området varmere og vil derfor aflevere energi tilbage til havet. Men der gælder også, at den varmere atmosfære under El-Nino fænomenet hele tiden forsøger at  køle sig af ved en øget udstråling opad. Denne udstråling vil modvirke energiinputtet fra det varme havvand over tidsrum omkring ca. 1 år.

Hvis man vil have en fornemmelse for, hvor hurtigt atmosfæren kan køle sig af, så kan man lave nogle simple regneeksempler. F.eks. kan man sige, at der nettoudsendes til universet 1 W/m2 som reaktion på en pludselig opstået intern energi-refordeling mellem hav og atmosfære. Den totale gennemsnitsudstråling er ca. 239-240 W/m2 til sammenligning. Hvis energifluksen ud på 1 W/m2 fordeles jævnt ud over hele luftsøjlen fra bund til top, så får man en temperaturtendens pga. denne udstråling på

dT/dt = 1/(M*Cp)

Her er T den absolutte temperatur, t tiden, M den samlede masse pr m2 og Cp varmekapaciteten for luften (så der står at ændringen i temperaturen pr. tidsenhed er omvendt proportional med M og Cp). Omregnet til tendens pr år, får man ca. 3 ⁰C/år. Dvs. de få brøkdele af en grad, som en ekstra opvarmning pga. en El-Nino forårsager, vil derfor tilsvarende næsten ikke kræve nogen ekstraudstråling for at sikre, at atmosfæren i løbet af ca. 1 år afleverer de ekstra Joule, den fik smidt i hovedet, eller rettere i bunden.

Læg mærke til den relativt store tendens fra 1 W/m2. Det skyldes, at jeg her kun bruger atmosfærens varmekapacitet. Hvis man tillægger større eller mindre dele af oceanet, så bliver tendensen mindre. Så derfor må det samlede resultat, at systemet tilpasser sig inden for ca. et år afsløre, at El-Nino fænomenet må opfattes som et on-off fænomen. Denne analyse dækker derfor ikke længere tidsrum, da energien i havet jo på et eller andet tidspunkt vil koble sig tilbage til overfladen igen.

Så jeg betragter forklaringen som en slags begivenheds-forklaring og ikke en ligevægts-forklaring.

Hilsner
Aksel Walløe Hansen