Global dimming och brightening

Observationer visar att mängden inkommande solstrålning vid markytan har varierat på tidsskalor över flera decennier och över stora områden på jorden. Från 1950-talet till omkring mitten av 1980-talet rapporterades en tydlig minskning i solstrålningen i många delar av världen – ett fenomen som kommit att kallas ”global dimming”. Från mitten av 1980-talet har det i stället skett en ökning på många håll, vilket troligen är en återhämtning till normala nivåer. Denna positiva trend i solstrålningen benämns ”global brightening”.

Tack vare vädrets ständiga växlingar så varierar den inkommande solstrålningen vid markytan från dag till dag och från år till år. Det beror framförallt på variationer i molnighet, men också atmosfärens innehåll av vattenånga och ljusspridande och absorberande partiklar och gaser har betydelse.

Analyser av långa mätserier visar att det utöver de korta variationerna även förekommer långsamma förändringar som varar ett flertal decennier över mycket stora områden på jorden. Under slutet av 1980-talet och början av 90-talet kom de första studierna som rapporterade om långvarig och utbredd nedgång i uppmätt solstrålning. Uttrycket ”global dimming” (på svenska något i stil med ”global fördunkling”) myntades dock först i början på 2000-talet av två israeliska forskare (Stanhill och Cohen, 2001).

Pyranometer, Chalmers Göteborg
Pyranometer för globalstrålningsmätning på SMHIs solstation i Göteborg. (Juni 2011) Foto Thomas Carlund

Inkommande solstrålning som mäts mot en horisontell yta vid marken kallas ofta globalstrålning. (Så här mäts globalstrålning.) Det var den långsiktiga nedåtgående trenden som upptäcktes just i många globalstrålningsmätningar som gav upphov till uttrycket ”global dimming”, inte att det skulle vara ett globalt fenomen.

Utbredningen är dock omfattande, om än något svårbedömd. Det finns många platser där det saknas globalstrålningsmätningar. Under 1900-talet var det ännu sämre täckning av solstrålningsstationer än idag. Därtill är många av de äldre mätningarna av tvivelaktig kvalitet. De regioner och länder där det finns ett antal stationer med data från omkring 1950-talet och framåt är Europa, Nordamerika (främst USA), Kina, Japan och Indien. Över alla dessa områden fann man att globalstrålningen minskade med i genomsnitt 3-7 W/m2 per decennium (motsvarande ca 2-4 procent per decennium) fram till mitten av 1980-talet.   

Från mitten av 1980-talet vände trenderna i stället uppåt, och man ser en ökningen i globalstrålning l på 2-8 W/m2 per decennium fram till början av 2000-talet. Undantaget är Indien där nedgången fortsatte. Efter omkring 2005 är bilden mer splittrad. Återhämtningen tycks fortsätta i Europa och Norden medan det inte syns någon trend över Japan. I Kina minskar solstrålningen åter och i Indien har den negativa trenden hållit i sig. Återhämtningen (global brightening) syns tydligt i svenska mätningar av globalstrålning

Möjliga orsaker till global dimming och brightening

Trenderna i globalstrålningen kan inte förklaras av variationer i solens utstrålning eftersom dessa förändringar är av en storleksordning mindre. De är inte heller korrelerade i tiden. De observerade förändringarna vid jordytan måste därför härstamma från förändringar i atmosfärens förmåga att släppa igenom solstrålning, det vill säga förändringar i dess transparens.

Transparensen påverkas av de moln, partiklar och gaser som finns i atmosfären. Olika studier har visat att inte heller förändringar i halterna av de för solstrålningen viktigaste gaserna, vattenånga och ozon, kan förklara de observerade trenderna i globalstrålningen. Därmed är det troligt att orsaken främst är förändringar i moln och aerosoler (små partiklar i atmosfären).  

Det är ännu inte fastlagt i vilken utsträckning som moln eller aerosolpartiklar, eller deras interaktion, bidrar till de långsiktiga förändringarna. Flera studier pekar på att aerosolerna borde vara den viktigaste faktorn. Exempelvis så ökade de antropogena (mänskliga) utsläppen av svaveldioxid (SO2, leder till partikelbildning i atmosfären) och sot från 1950-talet till 1980-talet på norra halvklotet. Därefter började partikelhalterna minska igen tack vare förbättrad rening och utsläppsbegränsningar. Dessa förändringar stämmer väldigt väl i tiden med faserna av ”global dimming” och ”global brightening”.

Andra studier indikerar att förändringar i molnigheten tidvis varit den avgörande faktorn. Bland annat tyder satellitbaserade observationer på att molnigheten minskat över Europa under åtminstone en del av brightening-perioden.

Moln och partiklar i atmosfären är nära sammankopplade och det är därmed svårt att reda ut bidraget till förändringar i strålningen från dem enskilt. Aerosolpartiklar ingår i bildningen av molndroppar, och har betydelse för molnens egenskaper så som deras livslängd och förmåga att reflektera strålning. Detta är aerosolpartiklarnas så kallade indirekta effekt.

Förändringar i mängd och typ av partiklar kan därmed återspeglas i förändringar i molnigheten som i sin tur påverkar hur mycket solstrålning som reflekteras bort eller släpps igenom atmosfären. Förändringar i molnighet kan också bero på andra variationer i klimatsystemet.

Flera av de studier som publicerats efter den senaste IPCC-rapporten (2013) stödjer bilden att sedan mitten på 1900-talet så dominerar aerosoleffekter på den längre tidsskalan (30-40 år) medan molneffekter blir mer relevanta på lite kortare tidsskala (omkring 5-15 år). Regionala skillnader förekommer dock. Ju mindre område och ju färre stationer som studeras, desto större betydelse får variationer i molnighet som är kopplade till variationer i atmosfärens cirkulation (frekvens av högtrycks- respektive lågtryckslägen).

Inverkan på den globala uppvärmningen

De ökande mängderna växthusgaser i atmosfären och deras effekt på energibalansen vid jordytan har lett till att den globala medeltemperaturen stigit betydligt sedan slutet av 1800-talet. Från 1950-talet till 1980-talet var dock ökningstakten kraftigt reducerad, vilket kan tyda på ett samband med global dimming. Det har uppskattats att minskningen i inkommande solstrålning under denna period ligger bakom ca två tredjedelar av reduktionen av temperaturökningen under samma tid.

Under brightening-perioden från mitten av 1980-talet har ökningen av den globala medeltemperaturen i stället accelererat.  

Bristen på uppvärmning från 1950-talet till 1980-talet följt av den mycket kraftiga ökningen därefter syns i princip bara på norra halvklotet. På södra halvklotet har det varit en stabil uppvärmning. Detta sammanfaller med den ojämna fördelningen av utsläpp av luftföroreningar mellan de båda hemisfärerna. Utsläppen och partikelhalterna, och deras variation över flera decennier, är i genomsnitt betydligt högre på norra halvklotet än på södra. Detta pekar åter på ett möjligt stort inflytande av aerosolpartiklar på mängden solstrålning som når marken, och därigenom på den globala uppvärmningen.

Vid eventuella förändringar i molnigheten finns ytterligare en faktor att ta hänsyn till, nämligen värmestrålningen från atmosfären, även kallad långvågstrålning. När molnigheten ökar, och därigenom reducerar den inkommande solstrålningen vid markytan, så ökar i stället den inkommande långvågsstrålningen, och tvärtom. Vad nettoeffekten på energibalansen vid jordytan blir beror på när, var och hur molnigheten förändras.

Många av de globala klimatmodellerna som används för att göra beräkningar av framtida klimatförändring reproducerar i viss mån observerade förändringar i t ex temperaturklimatet i samband med global dimming och global brightening då hänsyn tas till förändringar i halten av aerosolpartiklar. Men, det finns stora regionala avvikelser och osäkerheter förknippade med detta. För de flesta regionala klimatmodeller som använts för att ta fram detaljerade regionala klimatscenarier saknas en bra beskrivning av de här fenomenen.

Fortsatta högkvalitativa observationer, utveckling av klimatmodeller och forskning är nödvändiga för att bringa klarhet i hur olika globala variationer och förändringar är kopplade till varandra och hur de kommer att utvecklas.

Referenser

IPCC. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Kapitel 2.3. Cambridge, United Kingdom and New York, NY: Cambridge University Press. (http://www.climatechange2013.org/)

Stanhill G. and S. Cohen (2001). Global dimming: A review of the evidence for a widespread and significant reduction in global radiation with discussion of its probable causes and possible agricultural consequences. Agric. For. Meteor., 107, pp. 255-278.

Wild, M. (2009). Global dimming and brightening: a review. J. Geophys. Res. 114, D00D16. DOI: 10.1029/2008JD011470.

Wild, M. (2012). Enlightening Global Dimming and Brightening. Bull. Amer. Meteor. Soc., 93, pp. 27–37.

Wild, M. (2016). Decadal changes in radiative fluxes at land and ocean surfaces and their relevance for global warming. WIREs Climate Change, 7:91–107. doi: 10.1002/wcc.372

Samt vidare referenser i dessa publikationer.