LENNART BENGTSSON: Globalstrålningen

Under de senaste decennierna har globalstrålningen ökat i Sverige liksom i större delen av Europa. Jag har i samband därmed fått ett antal förfrågningar från allmänheten som tolkat detta som en orsak till den observerade temperaturökningen sedan slutet på 1970-talet.

Men globalstrålning avses den inkommande solstrålningen från hela himlavalvet som träffar en horisontell yta. Den omfattar således inte bara den direkta solstrålningen utan även den indirekta solstrålningen som följd av spridning i luften.

En ökad globalstrålning påverkar temperaturen och speciellt temperaturen sommartid där globalstrålningen har ökat. Eftersom en ökad globalstrålning i huvudsak beror på minskat molntäcke blir effekten emellertid den motsatta nattetid och speciellt under vintern då ett minskat molntäcke förstärker utstrålningen. För att bedöma globalstrålningens effekt på klimat och temperatur är det därför nödvändigt att studera alla aspekter på energibalansen.

Hur trovärdiga är observationerna av globalstrålningen? Först är det viktigt att påpeka att variationer i globalstrålning varierar över tid och över östra Asien har den snarare minskat under senare decennier, liksom detta var fallet tidigare över Europa. Inte heller finns det några indikationer till en global ökning under 2000-talet så vitt kan bedömas från tillgängliga satellitmätningar.

Figuren visar globalstrålningen från åtta stationer i Sverige för perioden 1983-2018 (källa SMHI). Den heldragna kurvan visar ett ungefärligt 10-års medelvärde. Den långsiktiga ökningen ligger på drygt 50 kWh/m2 på årsbasis. Globalstrålningen för helåret 2018 är exceptionellt högt och ligger på cirka 1050 kWh/m2, vilket är en avsevärd mängd. (1000 kWh/år = 114 W/m2 som ett års- och dygnsmedelvärde). Watt (W) mäter effekt medan kWh mäter energi. Ökningen av globalstrålningen under 35 år uppgår till ca 6W/m2. Huvudorsaken är ett minskat molntäcke Som jämförelse motsvarar den direkta effekten av en koldioxidfördubbling 3,7 W/m2.

För att sätta globalstrålningen i ett sammanhang är det nödvändigt att studera de totala energiflödena som förutom solemissionen består av värmestrålningen från jordyta och atmosfär samt flödena av sensibelt och latent värme från jordyta till atmosfär. Globalt sett balanseras dessa energiflöden varandra så när som på en obetydlig mängd på cirka 0,5 W/m2 som anrikas i jordsystemet och värmer upp detta. Drygt 90 % härav hamnar i havet. Detta är verifierat såväl med sondmätningar (Argo-projektet) som tyngdkraftsmätningar (GRACE-projektet) och radartopografi från satellit.

När det gäller ett begränsat område måste man också ta hänsyn till all nettoenergi i form av värme och vattenånga som transporteras dit utifrån. Låt oss som ett exempel studera den europeiska landytan begränsad av latituderna 72.5°N och 35°N och longituderna 15°W och 40°E. Den inneslutna landytan(havsytan inte inkluderad) uppgår till 7,9 millioner km2 eller 1,55 % av den totala jordytan.

Baserat på nära nog kontinuerliga analyser vid ECMWF av strålning, temperatur, vind och luftfuktighet är det möjligt att beräkna de olika energiflödena genom hela atmosfären. För det europeiska landområdet och för helåret befinner sig dessa flöden i approximativ jämnvikt vid jordytan vilket betyder att all överskottsenergi försvinner genom att värmestrålningen samtidigt ökar. För perioden 1979-2019 uppgår globalstrålningen vid jordytan i års- och dygnsmedelvärde till 119 W/m2 med en positiv trend på cirka 6 W/m2 för hela perioden. Lika stor är ökningen av värmeutstrålningen från jordytan eftersom landytan befinner sig i approximativ energibalans eftersom värmekapaciteten är ytterst ringa på land. Atmosfären över området är däremot inte i statisk värmebalans utan får ett tillskott på 42 W/m2 genom nettotransport av värme och vattenånga utifrån. Samma mängd värme går förlorat över området då utstrålningen vid atmosfärens övre gräns är 42 W/m2 större än instrålningen. Det är stora variationer över året med trefaldiga strålningsförluster vintertid och motsvarande förstärkt värmetransport med vindarna. Även nettotransporten har haft en positiv trend under samma period och uppgår till cirka 3 W/m2.

Sammanfattningsvis gäller att såväl globalstrålning (solstrålning vid jordytan) samt förstärkt värmetransport från lägre latituder har positivt påverkat temperaturen över den europeiska landytan under perioden 1979-2019. Under denna period har den ökade instrålningen dominerat sommartid medan förstärkt värmetransport med vindarna har varit mer förekommande under vintern. Om globalstrålningen minskar och transporten av varmluft från tropikerna går tillbaka så blir det å andra sidan svalare igen över Europa. Detta är helt korrekt och är huvudorsaken till att temperatur och väder varierar så kraftigt från år till år. Däremot finns det inga indikationer att den globala medeltemperaturen ändrats till följd av globalstrålningen eftersom molntäcket i globalt genomsnitt inte mätbart har ändrats. Huruvida ändringarna i globalstrålning över Europa är permanenta eller inte kan ännu inte avgöras men kan inte heller uteslutas.

Eftersom solstrålningen inte har ändrats är därför den globala temperaturökningen en följd av ändringar i jordens värmestrålning. Skillnaden i värmestrålningen från jordytan och värmeutstrålningen mot rymden har ökat med cirka 6 W/m2 för perioden 1979-2019. Det är detta som lett till den globala temperaturökningen med förhöjda växthusgaser som bidragande orsak.

Lennart Bengtsson