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Ejemplo de Errores y Sesgos
en la Teorķa del Calentamiento Global
Missing Physics and Incorrect Physics

(Artículo original en: http://users.erols.com/dhoyt1/annex12.htm)

En esta sección hacemos notar algunas ausencias de la Física en los modelos climáticos. También se discuten algunos problemas conseptuales en la Física. Estos son sólo algunos ejemplos de "falta de Física" y no una crítica completa.

  1. Variaciones seculares en el factor medio de depolarización: El factor de depolarización para la atmósfera puramente molecualr de hoy, es de unos 0,0289. Para el dióxido de carbono es de 0,0805. Para una dyuplicación del CO2, el factor medio de depolarización aumentará. Este cambio incrementará la profundidad media óptica Rayleigh, y en consecuencia causará que más radiación sea reflejada al espacio. El efecto de enfriamiento es pequeño, siendo de unos 0,1 W/m2. El punto de traerlo a colación es triple: 1) la física es franca y directa, 2) el efecto es un enfriamiento secular, y 3) la F'isica está completamente omitida en todos los modelos climáticos. Existen muchas otras instancias en donde la Física está omitida. La pregunta que se impone es: ¿Por qué los modelistas eligen omitir en sus modelos climáticos aspectos de la Física?

  2. Variaciones seculares en vegetación y nubes: A medida de que el CO2 aumenta, causará fertilización de la vegetación que puede mostrarse como un aumento de la vegetación. Con más vegetación, podemos esperar mayor transpiración de agua y mayor nivel de cobertura de nubes a baja altura, conduciendo a un neto enfriamiento secular. ¿Por qué este proceso de realimentación negativo es ignorado por los modelos?

  3. El bucle de realimentación del vapor de agua: De acuerdo al resultado de los modelos, un aumento de 300 ppm de CO2 causará que el contenido promedio de vapor de agua aumente de 14,000 ppm a 14,600 ppm. Estas 600 ppm extras de vapor de agua se agregarán al efecto invernadero natural y por ello es llamado "acentuado" efecto invernadero. Según Ramanathan, la duplicación del CO2 aumentará el flujo de radiación de la superficie en 1 W/m2. Sin embargo, me gustaría hacer notar que 600 ppm de vapor de aua, cuando son sumadas a lo largo y anho de todo el mundo, representan un tonelaje considerable. Esta masa debe ser elevada a un promedio de 5 km de altura y reemplazada semanalmente. Para llevar a cabo este ciclo de levantamiento, son necesarios más de 1 W/m2. Mi conculsión es que la realimentación del vapor de agua es energéticamente imposible.

    Parece ser que los modelistas están ignorando al flujo gravitacional de energía. Incluir a la energía gravitacional en este bucle de realimentación hará que su fuerza se reduzca en más del 90%. De manera breve: de la manera actualmente formulada, el bucle de realimentación del vapor de agua resulta imposible. Simplemente no existe la suficiente energía disponible para llevar a cabo el calentamiento informado, la evaporación informada y la elevación en altitud del agua informada.

  4. Valor del impulso radiativo del CO2: Para una duplicación del CO2, el impulso radiativo neto es normalmente citado como unos 3,8 W/m2 en la parte superior de la troposfera. Esta cifra es la diferencia entre dos atmósferas con impulsos radiatiovos netos de 30 y 34 W/m2. En una atmósfera, el actual perfil de temperatura troposférica se elige con 300 ppm. En la segunda atmósfera perturbada, el actual perfil troposférico se elige con 600 ppm. La diferencia en flujos radiatiovs se define como el impulso ("forcing"). Hay un problema conceptual con este enfrentamiento: la atmósfera con 600 ppm tiene un perfil de temperatura que no está en equilibrio con sus constituyentes radiativos.

    De hecho, se trata de un estado en desequilibrio que no puede ser alcanzado jamás en la realidad. No existe modo ninguno en que una atmósfera pueda evolucionar hasta alcanzar este estado termodinámico: los campos de radiación y temperatura no son auto-consistentes, y por ello no están en equilibrio. De allí que esta atmósfera en desequilibrio debería ser llamada
    "un estado ficticio" y, en consecuencia, el valor de impulso de 3,8 W/m2 bebe ser considerado un número ficticio.

    Cuál es el método correcto para calcular el impulso radiativo para una duplicación? Debe elegirse un valor de sensibilidad climática y luego debe calcularse un campo de temperatura troposférica auto-consistente, en donde todas las realimentaciones sean ignoradas. Entonces, debe encontrarse la diferencia entre los flujos radiativos en este nuevo equilibrio y el equilibrio de la atmósfera de 300 ppm. Esto nos daría lo que puede llamarse el
    "impulso radiativo en equilibrio". Para una sensibilidad climática de 0,3 K/W/m2, encontraremos que la duplicación del impulso será de 1,5 W/m2, en vez de 4 "/m2. El valor de 4 W/m2 debería ser denominado como el impulso radiativo en desequilibrio. El valor en desequilibrio es mucho mayor que el valor de equilibrio, y usarlo en los modelos climáticos es incorrecto.

    Esta es una de las razones por las cuales los modelos climáticos predicen un calentamiento de 1°C a partir del CO2, si hubiese ocurrido durante el sihglo 20, pero, del calentamiento de 0,57°C observado desde 1861, como lo informa Joes et al. (1999), sólo 0,3°C puede ser atribuido a los gases de invernadero. El calentamiento observado es consistente con unos 0,6°C para una duplicación del CO2, y es consistente también con un impulso radiativo del CO2 de 1,4 W/m2. (
    Nota: Un ejemplo concreto de una cifra "ficticia" sería calcular cuánto le llevaría a un hombre caminar hasta la Luna. La cifra puede calcularse muy precisamente, pero no tiene ninguna significancia física dado que la caminata jamás podría ser físicamente ejecutada).
  5. Sensibilidad Climática: el calentamiento natural por invernadero es de 33°C (de 235 K a 288 K) y es causado por 148 W/m2 de la atmósfera. Estas cifras implican un calentamiento de 0,23°C por cada W/m2. Una duplicación del CO2 causará que los 148 W/m2 aumenten a 149 W/m2, o por 1 W/m2 en la superficie. Por consiguiente uno podría esperar un calentamiento de 0,23°C por una duplicación del gas de invernadero. Este número está próximo a la cifra de 0,3°C informado en la literatura. Pero los modelos climáticos afirman que el calentamiento será de 2,5°C, o sea unas 10 veces mayor. ¿Por qué el sistema climático está postulado ser tan sensible a este 1 W/m2, y tan insensible al los otros 148 W/m2?

  6. Medidas empíricas de sensibilidad climática: El ciclo solar de 11 años impone un impulso de 0,5 W/m2 sobre el sistema climático. Si el impulso del CO2 de 1 W/m2 a nivel de la superficie causa un cambio de temperatura de 2,5°C, como afirma el IPCC, el impulso solar debería causar un ciclo de 1,25°C en la temperaturas superficiales. Este valor para el ciclo es unas 5 veces mayor que el observado (Currie, 1993), sugiriendo que la sensibilidad climática del CO2 está sobreestimada en un factor de 5. Aún si el ciclo de temperatura es amortiguado por un factor de 2, para tomar cuenta de las constantes de tiempo en el sistema climático. La sensibilidad climática estimada por el IPCC sería de un factor de 2 a 3 veces mayor. Usando una sensibilidad climática consistente con la respuesta observada de la temperatura, debida a las variaciones solares, una duplicación del CO2 en realidad daría lugar a un calentamiento de entre 0,5 y 1,0°C. Esta cantidad de calentamiento es consistente con numerosos estudios empíricos. ¿Por qué en los informes del IPCC no existe una tabulación de las estimaciones empíricamente determinadas del calentamiento?


7. Other omissions. There are other omissions of physics in the models as well as numerous parameterizations made because the physics is not understood. We will not list them here. It is worthwhile pointing out that the parameterizations cannot be fully capturing the physics and the interactions of these parameterizations may be producing unrealistic results.



Observational Problems

In this section we point out a few problems with the surface temperature observations whose increasing trend is the major support for the enhanced greenhouse effect.

1. Russian network in the 1980's. In 1988 USSR has 244 temperature stations. In that year 135 stations were shut down leaving 109 stations. It appears rural stations were preferentially shut down. The net effect will be a spurious warming in Russia with the subset of remaining stations being more urban than the former network. Indeed, the major portion of the reported global warming comes from this region. It is unlikely this warming is real. The warming is not confirmed by surface pressure measurements that remain unchanged in this region as the temperature increases. This is the only region where such an inconsistency between pressure and temperature observations exists. The warming here is also inconsistent in large part with the MSU satellite observations and may be accounting for most of the differences in global trends between surface and satellite observations. Finally the temperature record there is inconsistent with temperatures derived from tree rings. If the reported warming in Russia did not exist, then the global surface temperature trends would be close to zero, as is found from the MSU observations.

Based on these discrepancies, it might be wise to convene an unbiased panel of statisticians to examine the temperature records. They can listen to those who defend the records as being correct and those who are critical of the records and their subsequent use in climate reconstructions. Finally, we note that the Russian network also seems to have a discontinuity in observations around 1960, but the cause of this warming discontinuity is unknown.

2. Seychelles. The thermometer here has been moved from 4 to 2 meters above sea level. It is likely this has caused a spurious warming trend here in a region representing a large part of the Indian Ocean. The warming here is inconsistent with nearby stations, with radiosondes, and with the MSU observations.

3. Diego Garcia, Indian Ocean. This station has undergone rapid development that has likely created an urban heat island near the station. The warming here is inconsistent with radiosonde and MSU observations.

4. South Africa. The heating reported here has been shown to be caused by urban heat island effects. The reported heating is also inconsistent with radiosonde and satellite observations.

5. Other regions. Brazil and the Congo have had numerous land cover changes in recent years probably leading to a regional lower tropospheric warming. Other regions that appear to have spurious warming include Nigeria, New Guinea, a number of Polynesian islands, and Peru. None of the reported warming trends in these countries are consistent with records in neighboring countries or with radiosonde and satellite observations.

6. Canada Vincent and Gullet (1999) recently revised the temperature records of Canada for 1948 to the present. These changes have not been incorporated in the global temperature records. It is significant that they claim temperature records are unreliable prior to 1948. This would suggest that hemispheric temperature reconstructions before 1948 are also unreliable. In the 1990's the instrumentation of this network has been changed and it could be a source of error in this region.

7. Spatial sampling in general. Kelly, Jones, and Pengqun (1999) report that only 8% of the global mean temperature variations are truly global in extent. 92% of the variations are regional. It implies that if the surface network has regional gaps in it, the global temperature reconstruction is suspect as to its accuracy. There is a need to put error bars on the global temperature reconstruction that includes temporal variations in areal coverage and temporal variations in individual station quality. The 8% global variation also implies that even if it is eliminated, 92% of the climate variations will still occur.

8. Effects on paleoclimatic reconstructions. Most the above problems are such as to introduce spurious warming trends in the recent climate record. The existence of a spurious warming trend will result in spurious paleoclimatic reconstructions with all earlier years being reported as artificially cool (e.g., Mann, 1999).



Inconsistencies between Models and Observations

In this section we point out some the inconsistencies between model predictions and observations. Models are generally validated using observations. There are so many inconsistencies between the predictions and observations that the models cannot be correct.

1. Temperature trends 1979-1999. In the last two decades, the global temperature trend measured by MSU, TOVS, radiosonde thermistors, radiosonde pressure transducers, and tree rings all have shown no warming and in some cases a slight cooling. Only the sixth way of measuring global temperatures, using surface thermometers, does a reported warming appear. In the section on observational problems we showed that this reported warming is likely due changes in areal coverage, urban warming, changes in instrument types, and other problems. Why does IPCC put so much emphasis on observations that disagree with numerous other observations? These surface thermometer observations are not validated by five other independent methods of measurements.

2. Predictions of temperature trends. The climate models in 1980 were predicting a 0.5 C per decade warming. By 1990 they were predicting a 0.3 C per decade warming. None of the thousands of model runs has ever successfully made a prediction that was confirmed by subsequent observations even over a 10 year span, let alone a 100 year time span.

3. Latitudinal temperature variations. For 1940-1999, there should be a 1.0 to 3.0 C warming according to the climate models in the Arctic. Measurements show that the region is cooling (Balling, 1992; Kahl et al., 1993; Overpeck et al., 1997).

4. Vertical temperature variations. The climate models predict that the warming should increase with altitude. The observations show little or no warming in the mid-troposphere in contradiction with the models. In other words, the models predict a decreasing lapse rate, but all the observations indicate an increasing lapse rate, which is a symptom of a cooling climate.

5. Diurnal temperature variations. The climate models predict the warming should occur equally in the day and night (Hansen, 1995). The observations however show most of the warming at night. This type of warming cannot be explained by greenhouse gases or by clouds (Kaiser, 1998), but is consistent with urban heat island contamination of the data.

6. Seasonal temperature variations. The global annual temperature cycle is predicted to decrease by 0.5 to 1.1 C in the twentieth century. The observed decrease is only 0.1 C or much less than predicted (Mann and Park, 1996). This result is consistent with very weak positive feedback loops in the climate system.

7. Anthropogenic aerosols. According to some climate modelers, the warming is being masked by anthropogenic aerosols. A major source of aerosols is presumably occurring in Europe (Charlson et al., 1991). Atmospheric transmission measurements in this region (McWilliams, 1973; Dogniaux and Sneyer, 1972; Hoyt and Frohlich, 1981) show no long-term secular trends in aerosol amounts. The modeled aerosol source in this region is not confirmed by observations. Furthermore, if aerosols were extensive in Europe, then we would expect it to be cooling. Instead, Europe appears to be warming, but as soon as one gets to countryside in Ireland, there is no warming. The observed warming in Europe is consistent with urban heat islands.

8. Other. There are many other ways the models and observations do not agree, including cloud cover trends (increasing when models say it should be decreasing), extreme weather events frequency (no trend), Southern Hemisphere ice cover (which is increasing), sea level rise (which is falling according to TOPEX unless one "corrects" these observations to agree with a limited number of surface gauges), hurricane frequency and intensity trends (no trends), and the phase of the annual temperature cycle.




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