home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ ftp.pasteur.org/FAQ/ / ftp-pasteur-org-FAQ.zip / FAQ / sci / climate-change / basics
Encoding:
Internet Message Format  |  1997-08-17  |  58.1 KB

  1. Path: senator-bedfellow.mit.edu!faqserv
  2. From: jan.schloerer@medizin.uni-ulm.de (Jan Schloerer)
  3. Newsgroups: sci.environment,sci.answers,news.answers
  4. Subject: Climate change: some basics
  5. Supersedes: <sci/climate-change/basics_866621822@rtfm.mit.edu>
  6. Followup-To: sci.environment
  7. Date: 16 Aug 1997 10:40:57 GMT
  8. Organization: University of Ulm
  9. Lines: 1084
  10. Approved: news-answers-request@MIT.EDU
  11. Expires: 29 Oct 1997 10:38:26 GMT
  12. Message-ID: <sci/climate-change/basics_871727906@rtfm.mit.edu>
  13. Reply-To: jan.schloerer@medizin.uni-ulm.de (Jan Schloerer)
  14. NNTP-Posting-Host: penguin-lust.mit.edu
  15. Summary: Nontechnical outline of some basic climate change topics,
  16.          including natural and enhanced greenhouse effect, feedbacks,
  17.          aerosols, natural climatic variability, and ice cores.
  18. Keywords: climate change, greenhouse effect, radiation balance,
  19.          aerosols, carbon cycle, natural variability, past climates
  20. X-Last-Updated: 1997/04/05
  21. Originator: faqserv@penguin-lust.MIT.EDU
  22. Xref: senator-bedfellow.mit.edu sci.environment:143771 sci.answers:6917 news.answers:109925
  23.  
  24. Archive-name: sci/climate-change/basics
  25. Version: 2.02
  26. Last-modified: 05 April 1997
  27. Posting-Frequency: about every two months
  28.  
  29. Changes April 1997:  Minor patches in sections 6 and 7,
  30. amendment in section 11, some references and web sites added.
  31. Changes Oct 1996:  Many modifications and amendments,
  32. some references replaced by pointers to [IPCC 95].
  33.  
  34.  
  35.  
  36.                    Climate change: some basics
  37.  
  38.  
  39.  
  40. Subject: 1.  Introduction
  41.  
  42. By outpouring greenhouse gases humankind has launched an experiment
  43. of geologic proportions.  Will this experiment, if countermeasures
  44. worth mentioning are delayed for some more decades, cause serious
  45. consequences during the next century ?   Alas, there is no simple
  46. yes-no-answer to this question.  Climate, its natural vagaries,
  47. and the long-term effects of rising greenhouse gas levels are only
  48. partially understood.  The shortest defensible answer I can think of,
  49. a first approximation so to speak:  it is roughly an even bet,
  50. fifty-fifty.  The longer greenhouse gas emissions go on uncurbed,
  51. the worse the odds.
  52.  
  53. A nontechnical, by no means comprehensive outline of some of the basic
  54. science behind this answer follows.  Potential impacts and responses
  55. are not addressed.  Please note that this is not my field.  I have
  56. a fair idea of the broad picture, but I don't understand all the
  57. technical niceties.  I have attempted to sketch some basics in a way
  58. which most readers with some interest in our planet's workings might
  59. be able to understand.
  60.  
  61.  
  62. Jan Schloerer
  63. jan.schloerer@medizin.uni-ulm.de
  64.  
  65.  
  66.  
  67. Subject: 2.  Contents
  68.  
  69.     1.  Introduction
  70.     2.  Contents
  71.     3.  The natural greenhouse effect
  72.     4.  Tropospheric lapse rate
  73.     5.  The enhanced greenhouse effect.  Radiative forcing
  74.     6.  Climate sensitivity.  The modern temperature record
  75.     7.  Human-made tropospheric aerosols
  76.     8.  Ocean and response time
  77.     9.  Feedbacks: water vapor, ice and snow, clouds
  78.    10.  The global carbon cycle.  Biological feedbacks
  79.    11.  Natural climatic variability
  80.    12.  Ice record of greenhouse gases and last glaciation
  81.    13.  Conclusion
  82.    14.  Further reading.  References
  83.    15.  Some web sites
  84.    16.  Acknowledgements. Administrivia. How to get this file
  85.  
  86.  
  87.  
  88. Subject: 3.  The natural greenhouse effect
  89.  
  90. The sun's radiation, much of it in the visible region of the spectrum,
  91. warms our planet.  On average, earth must radiate back to space the
  92. same amount of energy which it gets from the sun.  Being cooler than the
  93. sun, earth radiates in the infrared.  (An object, when getting warmer,
  94. radiates more energy and at shorter wavelengths.  On cooling, it emits
  95. less and at longer wavelenghts.  Lava or heated iron are examples.)
  96. The wavelengths at which the sun and the earth emit are, for energetic
  97. purposes, almost completely distinct.  Often, solar radiation is called
  98. shortwave, whereas terrestrial infrared is called longwave radiation.
  99.  
  100. Greenhouse gases in earth's atmosphere, while largely transparent to
  101. incoming solar radiation, absorb most of the infrared emitted by earth's
  102. surface.  The air is cooler than the surface, emission declines with
  103. temperature, so the air or, rather, its greenhouse gases emit less
  104. infrared upwards than the surface.  Moreover, while the surface emits
  105. upwards only, the air's greenhouse gases radiate both up- and downwards,
  106. so some infrared comes back down.  Clouds also absorb infrared well.
  107. Again, cloud tops are usually cooler and emit less infrared upwards
  108. than the surface, while cloud bottoms radiate some infrared back down.
  109. All in all, part of the infrared emitted by the surface gets trapped.
  110.  
  111. Satellites, viewing earth from space, tell us that the amount of
  112. infrared going out to space corresponds to an  `effective radiating
  113. temperature'  of about -18 o C.  At -18 o C, about 240 watts per square
  114. metre (W/m**2) of infrared are emitted.  This is just enough to balance
  115. the absorbed solar radiation.  Yet earth's surface currently has a mean
  116. temperature near 15 o C and sends an average of roughly 390 W/m**2 of
  117. infrared upwards.  After the absorption and emission processes just
  118. outlined, 240 W/m**2 eventually escape to space; the rest is captured
  119. by greenhouse gases and clouds.  The `natural greenhouse effect' can
  120. be defined as the 150 or so W/m**2 of outgoing terrestrial infrared
  121. trapped by earth's preindustrial atmosphere.  It warms earth's surface
  122. by about 33 o C.
  123.  
  124. As an aside, note that garden glasshouses retain heat mainly by lack
  125. of convection and advection [Jones].  The atmospheric `greenhouse'
  126. effect, being caused by absorption and re-emission of infrared
  127. radiation, is a misnomer.  We won't get rid of it, though ;-)
  128.  
  129. Under clear sky, roughly 60-70 % of the natural greenhouse effect is
  130. due to water vapor, which is the dominant greenhouse gas in earth's
  131. atmosphere.  Next important is carbon dioxide, followed by methane,
  132. ozone, and nitrous oxide [IPCC 90, p 47-48].
  133.  
  134. Clouds are another big player in the game.  Beginners please don't
  135. confuse clouds with water vapor: clouds consist of water droplets or
  136. ice particles or both.  Under cloudy sky the greenhouse effect is
  137. stronger than under clear sky.  At the same time, cloud tops in the
  138. sunshine look brilliantly white: they reflect sunlight.  Globally and
  139. seasonally averaged, clouds currently exert the following effects:
  140.  
  141.    Outgoing terrestrial infrared trapped (warming)     about 30 W/m**2
  142.    Solar radiation reflected back to space (cooling)  nearly 50 W/m**2
  143.    Net cloud effect (cooling)                        roughly 20 W/m**2
  144.  
  145. Earth's present reflectivity or albedo (whiteness) is near 0.3.  This
  146. means that about 30 % or slightly over 100 W/m**2 of the sun's incoming
  147. radiation is reflected back to space, while roughly 240 W/m**2 or about
  148. 70 % is absorbed.  Almost half of earth's current albedo and perhaps
  149. 20 % of the natural greenhouse effect is caused by clouds.  Quantities
  150. involving clouds are hard to measure and may vary by a few W/m**2,
  151. depending on whom you listen to.
  152.  
  153. Globally averaged, the surface constantly gains radiative energy,
  154. whereas the atmosphere scores a loss.  Sending up about 390 W/m**2,
  155. the surface absorbs roughly 170 W/m**2 solar radiation and over 300
  156. W/m**2 infrared back radiation from greenhouse gases and clouds.
  157. The atmosphere, clouds included, radiates both up- and downwards,
  158. altogether over 500 W/m**2.  It absorbs roughly 70 W/m**2 solar
  159. radiation and 350 W/m**2 terrestrial infrared.
  160.  
  161. The surface's radiative heating and the atmosphere's radiative
  162. cooling are balanced by convection and by evaporation followed by
  163. condensation.  When evaporating, water takes up latent heat; when
  164. water vapor condenses, as happens in cloud formation, latent heat is
  165. released to the atmosphere.  Information in this section comes from
  166. [Berger] and [Hartmann, chapters 2-4], unless indicated otherwise.
  167.  
  168.  
  169.  
  170. Subject: 4.  Tropospheric lapse rate
  171.  
  172. At any given location, the temperature profile of the air column varies
  173. between day and night, from winter to summer.  At times and places the
  174. air may get warmer higher up (an inversion).  Globally averaged, the
  175. troposphere, the lower about 10 to 15 km of our atmosphere, gets cooler
  176. with height.  A typical value cited is 6.5 o C cooling / km of altitude.
  177. This is the so-called global mean tropospheric lapse rate.  Some people
  178. attach a plus, others attach a minus sign to this rate [Hartmann, p 3,
  179. 69] [Sinha].  In any case, it indicates the average rate of cooling
  180. with height.  For illustration, if the amount of the mean tropospheric
  181. lapse rate should increase by 1 o C / km, then the mean air temperature
  182. at 5 km altitude would drop by 5 o C.
  183.  
  184. Basically, earth's surface temperature and the greenhouse effect tend
  185. to go up and down with the amount of the tropospheric lapse rate.  To
  186. see why, recall that infrared emitted from the surface rarely reaches
  187. space directly: greenhouse gases and clouds absorb most of it.  Earth's
  188. effective radiating temperature of -18 o C corresponds to an apparent
  189. radiating altitude of 5 or so km.  The bulk of the infrared escaping
  190. to space comes from the middle and upper troposphere.  On its way up,
  191. little of this radiation gets caught: still higher up the air is thin,
  192. there are few greenhouse gases and clouds [Hartmann, p 28, 59-60].
  193.  
  194. Now imagine that the amount of the global mean tropospheric lapse rate
  195. goes up, while anything else remains equal (a wild simplification, but
  196. never mind).  Then the middle and upper troposphere get cooler and emit
  197. less infrared to space.  The sun keeps shining, so earth's radiation
  198. budget gets out of balance.  The surface (and troposphere) must warm
  199. until they emit enough infrared to restore the balance under the enhan-
  200. ced lapse rate.  The difference between surface emission and emission
  201. to space, that is: the greenhouse effect, increases.  Vice versa, if
  202. the magnitude of the global mean tropospheric lapse rate drops, then
  203. the middle and upper troposphere warm and emit more infrared to space.
  204. To regain the balance, the greenhouse effect must decline.
  205.  
  206. Once again, this is simplified in order to convey the basic idea.
  207. The mean tropospheric lapse rate is a balance between many processes
  208. of energy transfer, like radiation, convection, evaporation, cloud
  209. formation, and large scale air motions.  Data from the midlatitudes
  210. and tropics suggest that local lapse rate changes currently tend to
  211. amplify local variations of surface temperature and of the greenhouse
  212. effect.  It is unclear whether and how the global mean tropospheric
  213. lapse may change with a changing global climate [Sinha] [Soden].
  214.  
  215. Finally, note that if the surface warms, while the lapse rate remains
  216. unchanged, then the troposphere will warm by the same amount as the
  217. surface.  Infrared emission to space will rise accordingly.
  218.  
  219.  
  220.  
  221. Subject: 5.  The enhanced greenhouse effect.  Radiative forcing
  222.  
  223. Since around 1800 and especially during the past few decades, human
  224. activities have increased the atmospheric levels of several greenhouse
  225. gases.  To name a few:  Carbon dioxide (CO2) went up from about 280 ppmv
  226. (parts per million by volume) in the year 1800 via 315 ppmv in 1958
  227. to about 358 ppmv in 1994 [IPCC 95, p 16, 78] [Keeling].  Methane (CH4)
  228. increased from roughly 0.8 ppmv in 1800 to more than 1.7 ppmv in 1992.
  229. Nitrous oxide (N2O) rose from a preindustrial level of about 0.275 ppmv
  230. to 0.310 or so ppmv in 1992 [IPCC 94, p 87-8, 91-2].
  231.  
  232. The resulting enhanced greenhouse effect is often expressed in terms of
  233. `radiative forcing'.  To get a feeling for this notion, suppose that
  234. greenhouse gas levels go up, while anything else, including temperature,
  235. is kept fixed.  Adding greenhouse gases renders the atmosphere more
  236. opaque to outgoing infrared radiation.  Thus the mean altitude from
  237. which infrared emitted upwards makes it to space (5 or so km) rises.
  238. As mentioned, the troposphere gets cooler with height.  With rising
  239. emission altitude, both earth's effective radiating temperature and,
  240. consequently, the amount of infrared emitted to space decline.  The
  241. influx of solar radiation, to which greenhouse gases are almost trans-
  242. parent, changes little.  So the net influx (the difference between
  243. what goes in and out) is now positive instead of being zero.
  244.  
  245. Radiative forcing means a  _change_  in the net downward flux of radia-
  246. tion, in W/m**2, at the tropopause, the borderline between troposphere
  247. and stratosphere.  Eventually the climate system must respond and re-
  248. adjust the net flux to zero, but temporarily this flux may get positive
  249. or negative.  Given some perturbation like a change in greenhouse gas
  250. or aerosol levels, radiative forcing is estimated with tropospheric and
  251. surface temperatures (the response of which takes decades) _kept fixed_
  252. at their unperturbed values [IPCC 94, p 169-71].  Rising greenhouse gas
  253. levels cause positive radiative forcing.  Aerosols, to be described
  254. later, can cause negative radiative forcing.
  255.  
  256. Radiative forcing due to human-made greenhouse gases is currently
  257. estimated at about 2.5 W/m**2.  CO2 causes roughly 1.6 W/m**2 of this,
  258. while methane contributes about 0.5 W/m**2.  Doubling the CO2 level
  259. from its preindustrial 280 to 560 ppmv amounts to a radiative forcing
  260. of a bit over 4 W/m**2.  If business goes on as usual, the combined
  261. effect of the rising greenhouse gas levels is likely to reach the
  262. equivalent of a CO2 doubling around the year 2050 and will hardly
  263. stop there [IPCC 90, p 52] [IPCC 95, p 108-18, 321].
  264.  
  265. An enhanced greenhouse effect disturbs earth's radiation balance:
  266. less infrared gets out, while the sun keeps shining.  This cannot last,
  267. the balance must be restored.  At least one of the following things
  268. must happen:  earth's surface and troposphere may warm (lapse rate
  269. remaining unchanged), earth's albedo may go up, the amount of the mean
  270. tropospheric lapse rate may drop (the latter, though, might also rise
  271. and thus enhance surface warming), or other changes in earth's climate
  272. system may curb the enhanced greenhouse effect.
  273.  
  274. In short, something has to give.  Monkeying with earth's radiation
  275. balance will change the climate in some way.  Earth's surface will most
  276. probably warm, although it is uncertain by how much and how swiftly.
  277. In addition, there will probably be a gamut of other changes, some
  278. of which, like changes in the water cycle, are even harder to predict
  279. and may become more troublesome than warming  [IPCC 95] [Morgan].
  280.  
  281.  
  282.  
  283. Subject: 6.  Climate sensitivity.  The modern temperature record
  284.  
  285. To the best of present knowledge, the so-called equilibrium surface
  286. warming, also known as the `climate sensitivity', is likely to sit
  287. somewhere between  1.5 and 4.5 o C for a CO2 doubling, with a best
  288. estimate of  2.5 o C [IPCC 95, p 34, 48].
  289.  
  290. Since 1890, average global surface temperature went up by about
  291. 0.5 o C with an uncertainty of roughly 0.15 o C both ways: the true
  292. warming is likely to lie somewhere between 0.3 and 0.6 o C.  This
  293. estimate takes into account any known error sources, including urban
  294. heat island bias, relocation of stations, changes in measuring prac-
  295. tices and varying coverage of the globe.  About 0.3 o C warming until
  296. 1940 and 0.1 o C cooling until 1975 were followed by renewed warming.
  297. [IPCC 90, chapter 7.4] [IPCC 95, p 26-8, 141-6]
  298.  
  299. Surface and low to mid-tropospheric temperature are often confused,
  300. but they are not interchangeable.  For tropospheric temperatures, the
  301. radiosonde and satellite record go back to 1958 and 1979, respectively.
  302. Both records are similar since 1979.  On average, both the surface and
  303. lower-to-middle troposphere warmed by about 0.1 o C per decade since
  304. 1960.  From 1979 to 1995, however, the surface warmed by 0.13 o C per
  305. decade, while the lower-to-middle troposphere cooled by 0.05 o C per
  306. decade.  Gaps in the southern oceans surface data and errors in the
  307. tropical satellite record may contribute to the difference, but there
  308. are physical reasons as well.  Surface and tropospheric temperatures
  309. responded differently to El Nino-Southern Oscillation, to volcanic
  310. eruptions, and probably also to deep Aleutian (1976-88) and Iceland
  311. (~1980-95) winter lows.  [Hurrell 96/97] [IPCC 95, p 146-8, 165-6]
  312.  
  313. Since 1960, the lower stratosphere cooled markedly by roughly -0.35 o C
  314. per decade.  Both rising CO2 levels and stratospheric ozone depletion
  315. tend to cool the stratosphere.  Initial model results suggest that,
  316. at the moment, stratospheric ozone loss may play the lead.  It may
  317. also have a hand in the slight cooling of the upper troposphere over
  318. the past decades.  [IPCC 95, p 109-11, 148-9] [Ramaswamy] [Santer]
  319.  
  320. It is currently hopeless to draw conclusions from the observed tempe-
  321. rature record about the present or future amount of greenhouse gas
  322. induced warming.  (Nonetheless, this is attempted time and again ;-)
  323. Apart from the amount of the eventual warming, its speed is uncertain
  324. as well.  A given rate of warming does not by itself reveal when and
  325. at what level the warming is eventually going to stop.  Moreover, the
  326. effects of several factors cannot yet be disentangled.  Among these,
  327. the presumably most important three are:
  328.  
  329.       human-made greenhouse gases                 warming
  330.       human-made tropospheric aerosols            cooling
  331.       natural climatic variability     cooling or warming
  332.  
  333. The geographic and vertical pattern of the temperature changes suggests
  334. an influence from human-made greenhouse gases and aerosols as well as
  335. from stratospheric ozone depletion [IPCC 95, chapter 8] [Ramaswamy]
  336. [Santer] [Tett].  This is a far cry from quantifying the human influen-
  337. ce, let alone the extent of future climate change.  Taking into account
  338. numerous factors that can affect climate, climatologists can only say
  339. that the observed changes are consistent with (though no proof for)
  340. the estimated range of climate sensitivity to greenhouse gases.
  341.  
  342.  
  343.  
  344. Subject: 7.  Human-made tropospheric aerosols
  345.  
  346. Aerosols are tiny (0.001 to 10 micrometres) airborne particles.  In the
  347. troposphere, the lower about 10 to 15 km of our atmosphere, human-made
  348. aerosols have greatly increased since about 1850.  They present a large
  349. source of uncertainty in assessing human influences on climate.
  350.  
  351. `Fine' aerosol particles with sizes between about 0.1 and 1 micrometre
  352. can influence climate in two ways.  Under clear sky they scatter and
  353. absorb solar radiation; some of the scattered sunlight goes back to
  354. space (the direct effect).  Acting as cloud condensation nuclei, they
  355. may enhance reflectivity and life-time of clouds (indirect effect).
  356. Sulfur dioxide from fossil fuel burning, yielding sulfate particles
  357. after oxidation, is presently the largest source of fine human-made
  358. aerosols.  Another large source is organic and elemental carbon from
  359. burning of tropical forests and savannahs.  Globally averaged, fine
  360. human-made tropospheric aerosols may currently cancel about 50 % of
  361. the warming effect of human-made greenhouse gases.  So far, though, the
  362. uncertainty range is large, stretching from roughly 10 to 100 %.  [IPCC
  363. 94, sections 3, 4.4, 4.7] [IPCC 95, sections 2.3, 2.4.2] [Schwartz]
  364.  
  365. Moreover, global averages are misleading.  Even if the global averages
  366. of aerosol and greenhouse gas forcing cancel, their different distri-
  367. butions may cause climatic changes.  With life-spans of up to over
  368. 100 years, human-made greenhouse gases are fairly evenly distributed.
  369. Most tropospheric aerosols are washed out after about a week, they are
  370. unevenly distributed.  Human-made sulfate aerosols occur mainly down-
  371. wind of northern industrialized areas.  Most biomass smoke rises from
  372. tropical land areas during the dry season.  Cutting back sulfur dioxide
  373. emissions or biomass burning reduces the aerosol load quickly, leaving
  374. over the more longlived greenhouse gases.  [Andreae] [IPCC 94 and 95]
  375.  
  376. By the way, roughly one third of the tropospheric sulfate load has
  377. natural precursors, mainly oceanic dimethyl sulfide (DMS) and volcanic
  378. sulfur dioxide.  Violent volcanic eruptions, like Pinatubo 1991, give
  379. rise to stratospheric sulfate aerosols which, being more long-lived
  380. than their tropospheric cousins, tend to warm the stratosphere and to
  381. cool the troposphere and surface for a few years. [IPCC 94, p 135-7,
  382. 141-4, 186-9] [IPCC 95, p 115-6, 148, 504-6]
  383.  
  384. 'Coarse' aerosols with particle sizes between 1 and 10 micrometres
  385. include mineral dust raised by wind blowing over dry soils.  Human
  386. influences like over-cultivation and soil erosion may have up to
  387. doubled the flux of mineral dust.  Mineral dust is most abundant over
  388. North Africa, the Arabian Sea, and South Asia.  It scatters sunlight
  389. and absorbs outgoing terrestrial infrared.  One study suggests that
  390. these two effects largely cancel at the top of the atmosphere.  If so,
  391. mineral dust has little effect on earth's overall radiation balance,
  392. although it regionally cools the surface and warms the air, which in
  393. turn may affect atmospheric circulation.  However, as with sulfate
  394. aerosols and biomass smoke, there are large uncertainties. [Andreae]
  395. [Sokolik] [Tegen]
  396.  
  397. Pinning down aerosol effects more precisely will be tough.  Aerosols
  398. are hard to measure.  Size, shape, composition and regional distribu-
  399. tion of the particles vary.  So do their effects on climate.  Aerosols
  400. can cause not just local but also distant responses, because heat or
  401. rather, in the case of many aerosols, coolness is transported by the
  402. atmosphere and ocean.  Assessing the climatic effects of aerosols
  403. involves modeling of regional climates and of clouds, both of which
  404. are not yet very reliable.  [Andreae] [IPCC 94/95] [Peter] [Schwartz]
  405. [Sokolik] [Wielicki, p 2127-29, 2146]
  406.  
  407.  
  408.  
  409. Subject: 8.  Ocean and response time
  410.  
  411. It is not known whether it will take decades or centuries until
  412. equilibrium is approached for a given enhanced level of greenhouse
  413. gases.  Much of this uncertainty stems from poorly known behavior of
  414. the ocean.  The ocean covers about 70 % of the globe, it transports
  415. large amounts of heat, and it is the major source of atmospheric
  416. water vapor.  The atmosphere and land are affected by variations of
  417. the ocean surface only, which in turn depend on the coupling between
  418. the ocean surface and the deeper ocean.  With its huge heat capacity,
  419. the ocean slows down climate change.  On the other hand, due to the
  420. deep ocean's slow response, temperature may continue to rise for
  421. centuries after stabilization of greenhouse gas levels.
  422.  
  423. The topmost so-called `mixed layer', being warmer and less dense than
  424. the deeper layers, tends to stay on top.  Cool, particularly salty
  425. (thus dense) surface water sinks and deep water forms in the northern
  426. North Atlantic and near Antarctica.  Subsurface water wells up near
  427. eastern margins of oceans.  For other regions of the ocean, the extent
  428. to which surface and deeper waters are exchanged is less clear.
  429. The replacement time for the deep ocean is many centuries.  In heat
  430. capacity, a water column of about 2.5 m depth matches the atmosphere
  431. lying above it.  Less than 2 m of water match an average land surface.
  432. [Hartmann, p 84-5, chapter 7] [IPCC 95, p 210-4, 290].
  433.  
  434. How much heat will the ocean's deeper layers store before things get
  435. really going ?   Already in a "stable" climate, ocean circulation is
  436. likely to vary a good deal.  A changing climate may entail major
  437. changes in ocean currents.  For instance, North Atlantic deep water
  438. formation may decline or become more variable, which, in this region,
  439. may inhibit warming or even produce cooling.  Unfortunately, not even
  440. the ocean's present state is fully known.  This should improve over
  441. the next decade, but tracking down natural variations lasting decades
  442. to centuries may be not so easy.  Exchange processes between surface
  443. and deeper layers of the ocean are among the ocean models' weaknesses.
  444. Improving the models is difficult, as the dearth of observational data
  445. hinders judging whether a given model behavior is reasonable [IPCC 95,
  446. p 166-7, 210-4, 266-7, 302-4, 317, 346, 526, 530].  At this point,
  447. the above question is unanswerable.
  448.  
  449. For illustration, imagine a CO2 rise to 560 ppmv (twice the preindus-
  450. trial level) until about 2050, with CO2 remaining constant thereafter.
  451. Assume that other greenhouse gases and human-made aerosols remain at
  452. their 1990 levels.  For this scenario, 15 out of 16 leading US climate
  453. scientists offered a best guess of between 2 and 4 o C surface warming
  454. by the year 2300, with widely varying time responses.  The sixteenth
  455. expert estimated 0.3 o C and didn't provide a time response.  By 2050,
  456. 9 of the 15 respondents expected roughly 50 to 70 % of the eventual
  457. warming, in line with recent estimates from climate models [IPCC 95,
  458. p 297-300].  The remaining 6 divided equally between swifter and
  459. slower warming.  By 2100 most participants expected 80 % or more of
  460. the eventual warming, two suspected a sluggish response of below 25 %
  461. [Morgan, p 469A, 472A, figure 5].
  462.  
  463. These numbers shouldn't be taken too seriously, yet they highlight
  464. the pickle.  By the way, all 16 researchers estimated some chance,
  465. between 8 and 40 %, that uncertainty about climate sensitivity could
  466. grow by a quarter or more after a 15-year research program [Morgan,
  467. table 1].
  468.  
  469.  
  470.  
  471. Subject: 9.  Feedbacks: water vapor, ice and snow, clouds
  472.  
  473. If nothing except surface and air temperature changed (and if human-
  474. made aerosols vanished), then a CO2 doubling would eventually warm
  475. earth's surface by 1 to 1.2 o C  [Hartmann, p 231-2] [IPCC 95, p 30].
  476. However, there are feedbacks, including though not confined to:
  477.  
  478.    water vapor feedback           probably positive
  479.    ice-snow-albedo feedback       presumably positive
  480.    cloud feedback                 poorly understood
  481.    biological feedbacks           see next section
  482.  
  483. It is widely assumed that warming, which tends to enhance evaporation,
  484. will increase the water vapor content of the troposphere.  This should
  485. amplify the warming, as water vapor is the dominant greenhouse gas
  486. [Hartmann, p 232-4] [IPCC 95, p 197, 200-1, 210].  [Lindzen] proposed
  487. that, in warmer tropics, deep convective clouds might rain out more
  488. thoroughly.  This might dry the tropical upper troposphere and curb the
  489. tropical water vapor feedback.  The available data on spatial patterns
  490. and short-term changes of upper-tropospheric humidity do not support
  491. Lindzen's notion.  However, spatial and short-term variations need not
  492. be reliable surrogates for global climate change.  The same data sug-
  493. gest that some part of the feedback formerly ascribed to water vapor
  494. may instead stem from lapse rate changes, the effects of which were
  495. outlined in section 4 [Sinha] [Soden].
  496.  
  497. Snow and ice reflect much of the incident sunlight back to space,
  498. thus a reduction of snow and ice cover is likely to enhance warming.
  499. Details remain hazy.  Feedbacks between cloud cover and changes in
  500. sea ice and snow cover are poorly understood.  Another hurdle is
  501. the interplay between atmosphere, surface ocean, and sea ice, in
  502. particular at the always present ice-free patches and near sea ice
  503. margins [IPCC 95, p 156-7, 204, 214, 216, 267, 347].
  504.  
  505. The cloud feedback may be large, yet not even its sign is known.
  506. Low clouds tend to cool, high clouds tend to warm.  High clouds tend
  507. to have lower albedo and reflect less sunlight back to space than
  508. low clouds.  Clouds are generally good absorbers of infrared, but
  509. high clouds have colder tops than low clouds, so they emit less
  510. infrared spacewards.  To further complicate matters, cloud properties
  511. may change with a changing climate, and human-made aerosols may
  512. confound the effect of greenhouse gas forcing on clouds.  With fixed
  513. clouds and sea ice, models would all report climate sensitivities
  514. between 2 and 3 o C for a CO2 doubling.  Depending on whether and
  515. how cloud cover changes, the cloud feedback could almost halve or
  516. almost double the warming  [Hartmann, p 68, 71-5, 249] [IPCC 94,
  517. p 150-4, 183-5] [IPCC 95, p 34-5, 201-10, 345-6] [Wielicki].
  518. A recent intercomparison of 15 climate models showed mostly small
  519. to modest negative or positive cloud feedbacks.  Sadly, the validity
  520. of this result is doubtful [IPCC 95, p 205-6].
  521.  
  522.  
  523.  
  524. Subject: 10.  The global carbon cycle.  Biological feedbacks
  525.  
  526. Here, it's tempting to list some numbers  :-)
  527.  
  528.  
  529.            Gt    =  gigatonne  =  10**9 metric tonnes,
  530.                  the mass of one cubic kilometre of water
  531.       1    GtC   corresponds to   ~3.67 Gt CO2
  532.       2.12 GtC   or  ~7.8  Gt CO2  correspond to 1 ppmv CO2 in the
  533.                  atmosphere.   ppmv = parts per million by volume
  534.  
  535.    Carbon reservoirs in GtC
  536.  
  537.       Atmosphere (1990)        750       Surface ocean            1000
  538.       Terrestrial vegetation   600       Marine biota                3
  539.       Soils & detritus        1600       Dissolved organic carbon  700
  540.                                          Deep ocean              38000
  541.  
  542.    Natural carbon fluxes in GtC/year,  <-->  denotes a two-way flux
  543.  
  544.       Atmosphere  -->  terrestrial vegetation        120  Photosynthesis
  545.       Terrestrial vegetation  -->  atmosphere         60  Respiration
  546.       Terrestrial vegetation  -->  soils & detritus   60
  547.       Soils & detritus  -->  atmosphere               60  Respiration
  548.       Atmosphere  <-->  surface ocean                 90
  549.       Surface ocean  <-->  deep ocean                100
  550.  
  551.    Human-made CO2 in GtC/year, average fluxes 1980-1989, estimated
  552.    90 % confidence intervals in parentheses  [IPCC 95, p 79]
  553.  
  554.       Carbon dioxide sources:
  555.          Fossil fuel burning, cement production      5.5  (5.0-6.0)
  556.          Changes in tropical land use                1.6  (0.6-2.6)
  557.          Total emissions                             7.1  (6.0-8.2)
  558.  
  559.       Partitioning among reservoirs:
  560.          Storage in the atmosphere                   3.3  (3.1-3.5)
  561.          Oceanic uptake                              2.0  (1.2-2.8)
  562.          Northern Hemisphere forest regrowth         0.5  (0.0-1.0)
  563.          Other terrestrial sinks: CO2 fertilization,
  564.             N fertilization, climatic variations     1.3 (-0.2-2.8)
  565.  
  566.  
  567. Except for atmospheric CO2, carbon reservoirs and natural fluxes are
  568. hard to measure.  Their estimates vary somewhat across the literature.
  569. Carbon enters and leaves the atmosphere largely as CO2.  Other fluxes
  570. involve various carbon compounds.  The above irreverently lumps land
  571. animals with soils and detritus, and it omits many other details as
  572. well.  For instance, both volcanic CO2 and CO2 removal via silicate
  573. weathering are in the order of 0.1 GtC/year and play a role on geologic
  574. time scales only. [IPCC 95, chapters 2.1, 9, 10] [Butcher, chapter 11]
  575. [Siegenthaler]
  576.  
  577. CO2 uptake by land plants through photosynthesis is roughly balanced
  578. by plant and soil respiration.  Depending on whether photosynthesis
  579. exceeds or falls below respiration, the net result is CO2 drawdown
  580. or CO2 release.  Today, photosynthesis is probably slightly ahead.
  581. In future, climatic changes or rising CO2 level may trigger feedbacks
  582. that curb or speed up the rise of atmospheric CO2.  To name a few:
  583. CO2 fertilization should promote photosynthesis and draw down some CO2,
  584. as long as respiration doesn't catch up.  Warming may stimulate or
  585. slow down both photosynthesis or respiration, depending, among others,
  586. on soil moisture.  The mix of species in ecosystems is likely to shift,
  587. which in turn may affect atmospheric CO2.  Dieback of vegetation can
  588. release CO2.  The overall effect of these and other feedbacks is hard
  589. to tell.  Ecosystem models tentatively suggest that carbon storage in
  590. vegetation and soils may eventually win out.  Temporarily, however,
  591. carbon may be released, especially if large and rapid changes should
  592. cause forests to die back.  [IPCC 95, chapters 2.1 and 9]
  593.  
  594. Turning to the ocean, a sea surface warming of 1 o C may increase
  595. atmospheric CO2 by up to 10 ppmv through degassing [IPCC 94, p 57].
  596. More importantly, marine life, in spite of its low biomass, takes
  597. up and releases about 50 Gt of carbon annually.  Marine biological
  598. production occurs largely in the sunlit surface and is thought to be
  599. limited mostly by nitrogen.  Surface nutrient supplies are replenished
  600. primarily through transport from deeper ocean layers.  (In the open
  601. ocean, iron can be limiting; it enters the ocean mainly in airborne
  602. dust and via rivers.)   The export of organic carbon from the surface
  603. to deeper ocean layers, known as the biological pump, is not or little
  604. affected by CO2 availabilility, but it may be affected by changes in
  605. temperature, cloud cover, ocean currents, nutrients availability,
  606. or ultraviolet radiation.
  607.  
  608. These and other marine biological processes are complex.  Researchers
  609. cannot yet say how they will respond to disturbances.  It has been
  610. estimated that, with no biological pump, preindustrial atmospheric CO2
  611. would have been 450 instead of 280 ppmv, whereas a marine life seizing
  612. all available surface nutrients could have lowered this to 160 ppmv.
  613. On the other hand, preliminary results suggest that changes in the
  614. biological pump may affect atmospheric CO2 only by 10s rather than
  615. 100s of ppmv.  [IPCC 94, p 57-8] [IPCC 95, p 79-80, chapter 10]
  616.  
  617. Biological feedbacks on climate are not limited to the carbon cycle.
  618. For instance, dimethyl sulfide (DMS) from the ocean is a major natural
  619. source of tropospheric sulfate aerosols.  Shifts in DMS production may
  620. affect marine cloud cover and surface temperature.  DMS production is
  621. hard to predict, because it depends, among many others, on the local
  622. biomass and mix of species.  [IPCC 95, p 488, 504-6]
  623.  
  624. Back to the land, spreading of boreal forest into tundra may lead to
  625. warmer winters.  Trees protrude above the snow-covered ground, they
  626. reflect less sunlight back to space than snow-covered tundra.  During
  627. and after deglaciation, the expansion of boreal forests amplified the
  628. warming of northern land areas.  The reverse process, displacement
  629. of boreal forest by tundra, probably played a role in the onset of the
  630. last glaciation.    For another example, rising CO2 tends to improve
  631. the water-use efficiency of vegetation.  Plants may then release less
  632. water vapor to the ambient air.  Regionally, this may warm the surface
  633. and affect precipitation and soil moisture.  [Gallimore] [IPCC 95,
  634. p 217-21, 450, 469-71]
  635.  
  636. These few illustrations should do to show that, for better or for
  637. worse, human land-use changes like de- or reforestation can make
  638. a difference.
  639.  
  640.  
  641.  
  642. Subject: 11.  Natural climatic variability
  643.  
  644. What course would earth's temperature have taken without human
  645. influences ?   We don't know.  [Burroughs] opens his intriguing book
  646. on weather cycles:   "The history of meteorology is littered with
  647. whitened bones of claims to have demonstrated the existence of
  648. reliable cycles in the weather."   Too little is known about natural
  649. climatic fluctuations lasting decades to centuries.
  650.  
  651. Some players that may cause climatic variations on this time scale:
  652. atmospheric variability including shifts of the polar front, varia-
  653. tions in the circulation of the North Atlantic and Pacific Ocean,
  654. solar variability, volcanism.  During the Holocene, the past about
  655. 10,000 years, these factors, taken together, probably did not cause
  656. global mean surface temperature changes exceeding 1 o C [Rind].
  657. Unraveling climate's natural vagaries may take a long time, because
  658. sufficiently long and detailed climatic records are scarce [IPCC 95,
  659. p 173-4, 180-1, 411, 418-21].
  660.  
  661. The Little Ice Age, from about 1450 to the 19th century, and the
  662. Medieval Warm Period, from perhaps the 9th to the 14th century, are
  663. cases in point.  The data, including historical, tree ring, coral
  664. and ice core records, are gappy, in particular for the tropics and
  665. southern oceans.  The global patterns of the climatic changes and
  666. the mechanisms behind these changes are not yet known.  Formerly it
  667. was presumed that both the Medieval Warm Period and the Little Ice
  668. Age were globally more or less uniform.  Now the available data begin
  669. to suggest that no major globally synchronous cool or warm period
  670. occurred during the past millennium.  Instead, asynchronous regional
  671. coolings and warmings appear to have been common.  [Bradley] [Crowley
  672. & North, chapter 5] [Hughes] [IPCC 95, p 174-7] [Overpeck] [Rind]
  673.  
  674. For illustration, summers in northwest Sweden were, by and large,
  675. warmer than their 1860-1959 mean between AD 1000 and 1200 and, again,
  676. between 1400 and 1550.  From 1200 to 1400, summers tended to be cooler.
  677. Year-round sea surface temperatures in the Sargasso Sea appear to have
  678. taken a similar course.  On the other hand, summer temperatures over
  679. the northern Urals show more or less the opposite pattern with cool
  680. summers around AD 1000 and warm summers between 1200 and 1400 [Briffa]
  681. [Keigwin 96].  Over Northern Hemisphere land areas, summers tended to
  682. be cool during the 16th, 17th and 19th century, though with strong
  683. regional differences.  Chinese summers, for instance, were unusually
  684. cool around 1650.  This spell was weaker over the northern Urals and
  685. at other Arctic sites, it is absent or barely noticeable in a central
  686. European and in some North American records [Bradley] [Briffa].
  687.  
  688. There are not yet enough data to tell whether the so-called Medieval
  689. Warm Period, globally averaged, was warmer than the Little Ice Age,
  690. let alone the present century.  The Little Ice Age, though not a
  691. globally synchronous cooling spell, was probably, on average, cooler
  692. than the last hundred years [Bradley] [Hughes] [IPCC 95, p 174].
  693. The warming since around 1900 appears to be one of the globally
  694. most uniform temperature shifts during, at least, the past several
  695. centuries [Crowley & North, p 99] [Overpeck].
  696.  
  697. Several clues suggest a decline of solar activity during the Maunder
  698. Minimum (about 1645-1715), amounting to a radiative forcing of
  699. somewhere between -0.5 and -1.5 W/m**2.  Decline and subsequent rise
  700. of solar activity to its present level may have contributed to the
  701. Little Ice Age and to the warming thereafter.  Solar forcing since
  702. 1850 has been tentatively estimated at between +0.1 and +0.5 W/m**2.
  703. [IPCC 94, p 189-92, 194] [IPCC 95, p 115-8]
  704.  
  705. Without knowing natural climatic variations reasonably well, elucida-
  706. ting their causes is difficult.  Even the causes of wellknown events
  707. can be hard to identify.  1976-77 the behavior of El Nino-Southern
  708. Oscillation appears to have changed.  El Nino episodes got more fre-
  709. quent, sea surface temperatures in the tropical Pacific tended to be
  710. high, precipitation over the tropics and subtropics from Africa to
  711. Indonesia declined.  While some model results suggest that greenhouse
  712. gas induced climate change may look similar, it is still open whether
  713. this was incipient climate change or a natural fluctuation [IPCC 95,
  714. p 153-55, 165] [Meehl].
  715.  
  716.  
  717.  
  718. Subject: 12.  Ice record of greenhouse gases and last glaciation
  719.  
  720. During the past millennium, until about the 19th century, atmospheric
  721. greenhouse gas levels varied little and hence, during that time,
  722. probably contributed little to climatic variations.  On a longer time
  723. scale, changes of greenhouse gas levels probably contributed signifi-
  724. cantly to the coolings and warmings of the last two glacial cycles.
  725.  
  726. Ice cores from Greenland and Antarctica indicate that there was a close
  727. link between greenhouse gases and temperature [Raynaud].  For instance,
  728. the Vostok ice core from Antarctica exhibits a striking correlation
  729. between temperature and the concentrations of carbon dioxide (CO2)
  730. and methane (CH4) over the past 220,000 years [Jouzel].  The level of
  731. nitrous oxide (N2O) probably also varied more or less in phase with
  732. temperature [Raynaud, p 928].  The variations of these trace gases
  733. may account for up to about 50 % of the estimated temperature changes
  734. [Crowley, p 2364] [Raynaud, p 932].  CO2 was most important, while
  735. methane and nitrous oxide contributed less.
  736.  
  737. During the onset of the last glaciation, the CO2 decrease markedly
  738. lagged the onset of the cooling.  During the past two deglaciations,
  739. CO2 may have risen in phase with temperature or with an, in geologic
  740. terms, modest lag of up to about 1000 years [Raynaud, p 931].  Whether
  741. greenhouse gases led or lagged the climatic change, that is, whether
  742. they were a primary cause for the change or whether they acted as a
  743. positive feedback (which amplified a climatic shift already under way),
  744. is important for finding out just exactly what happened, but it is not
  745. by itself relevant for estimating the effect of the trace gases on
  746. surface temperature  [Raynaud, p 932].
  747.  
  748. In spite of this, the effect is hard to quantify.  During the last
  749. deglaciation, roughly 18,000 to 10,000 years ago, the rise of trace
  750. gas levels amounted to a radiative forcing of about 2.5 to 3 W/m**2.
  751. The meltdown of the huge glacial ice shields reduced earth's albedo,
  752. accounting for another perhaps 3 to 3.5 W/m**2.  These figures are
  753. compatible with the IPCC estimate of about 1.5 to 4.5 o C surface
  754. warming for a CO2 doubling.  They do not permit to narrow down the
  755. uncertainty, there remain many unknowns [Crowley, p 2366].
  756.  
  757. Perhaps most important: How cold was the last ice age ?  This is not
  758. yet clear.  Tropical oceans, for instance, may have been between 1
  759. and 5 o C cooler than they are now [IPCC 95, p 173-4], and Greenland
  760. may have been several degrees colder than previously thought [Cuffey].
  761. Another point to keep in mind: The sensitivity of earth's present
  762. climate and the sensitivity of the last glacial maximum's climate
  763. to a radiative forcing of so or so many W/m**2 need not be equal.
  764. The starting positions differ.
  765.  
  766. Glaciations and deglaciations are triggered by variations in earth's
  767. orbit.  Tilt of earth's axis, season of the perihelion (closest ap-
  768. proach of earth to sun, now in January), and eccentricity of earth's
  769. elliptical orbit vary.  These variations cause, among others, changes
  770. in high northern latitude summer insolation, which are critical for
  771. the waxing and waning of ice sheets.  Northern summer insolation was
  772. unusually low at the onset of the last glaciation around 115,000 years
  773. ago, it was high during deglaciation.
  774.  
  775. The direct effect of the "orbital trigger" was too small to cause
  776. glaciation or deglaciation.  Instead, a cascade of feedbacks and
  777. interacting processes with widely varying timescales led to the final
  778. result.  Shifts in atmospheric or oceanic circulation may occur within
  779. decades.  Southward spread of tundra or poleward expansion of boreal
  780. forests can take centuries to millennia.  Over 10,000s of years,
  781. the weight of an ice sheet depresses the underlying bedrock, which
  782. eases melting.  Many twists of the story, like the frequent partial
  783. breakdowns of ice sheets, remain enigmatic, even though the trigger
  784. and the gist of the eventual outcome are known [Crowley & North,
  785. chapters 6-7] [Eddy, chapters 17 & 21] [Gallimore] [IPCC 95, p 177-9]
  786. [Keigwin 95].  In today's climate change gamble even the trigger or,
  787. rather, its aerosol component is poorly known.
  788.  
  789. As we are at it:  For the next 25,000 years, high northern latitude
  790. summer insolation will not drop anywhere near its minimum of 115,000
  791. years ago [Eddy, p 40-41].
  792.  
  793.  
  794.  
  795. Subject: 13.  Conclusion
  796.  
  797.                     We need to know just about everything.   ...
  798.            Is climate system modelling the ultimate example of hubris,
  799.            or, by chopping away at areas of ignorance, will we truly
  800.            improve our predictive capability ?
  801.  
  802.                                  David Rind,  Nature 363 (1993), 312
  803.  
  804. Current climate models tend to predict gradual climate change.  This
  805. is no guarantee against unpleasant surprises.  Climate models as well
  806. as the knowledge fed into the models are far from perfect [IPCC 95,
  807. p 416-8, chapters 2, 4-6, 9-11] [Morgan] [Wielicki].  Rapid changes in
  808. atmospheric circulation, of ocean currents, in ecosystem functioning,
  809. or in the West Antarctic ice sheet's behavior may not be likely,
  810. yet such risks can, at present, neither be excluded nor quantified.
  811. [IPCC 95, p 45-6, 213, 304, 389, 525, 527-8] [Morgan]
  812.  
  813. Vice versa, sudden climatic shifts during the last ice age [IPCC 95,
  814. p 177-9] [Keigwin 95] do not imply that similar shifts must necessarily
  815. happen in the near future: during glaciation the ice sheets were much
  816. larger and less stable than they have been for the past 10,000 years.
  817. Past climates help to understand the climate system's workings, but
  818. they do not readily reveal what to expect.  Our climate seems to be
  819. headed for a  "warm atmosphere-cold pole combination"  which may be
  820. unique in earth history.  No completely satisfactory geologic analog is
  821. known [Crowley & North, chapter 14] [Eddy, p 17-27, 39-71] [Overpeck].
  822.  
  823. Much of the public debate focuses on warming, an admittedly likely
  824. reaction of the climate system.  Disturbing earth's radiation balance,
  825. however, may change the climate in a host of other potentially serious
  826. ways.  Warming need not even be the practically most relevant part
  827. of the response.  This is why many climatologists prefer the term
  828. `climate change' over `global warming'.
  829.  
  830. For example, spatial and seasonal patterns of precipitation, evapora-
  831. tion, soil moisture and river runoff may shift.  These in turn may
  832. affect agriculture and freshwater availability, which are critical
  833. for many poor countries and a potential source of migrations and
  834. conflicts.  Cloud patterns, ocean currents, atmospheric circulation
  835. or the distribution of extreme weather events may change.  Terrestrial
  836. and marine life will be affected and may in turn affect the climate
  837. via changes, for instance, of carbon storage, evaporation, or albedo
  838. [IPCC 95, chapters 9-10].  The risk of rapid climate change is linked
  839. to many other problems of concern, like population growth, poverty,
  840. loss of biodiversity, or stratospheric ozone depletion.
  841.  
  842. Building a balanced public perception of the risks posed by climate
  843. change is difficult.  There is an almost irresistible temptation
  844. to view extreme weather events, like droughts or storms, as signs
  845. of climate change, even if they are well within the limits of natural
  846. variability.  At the same time, gradual change tends to go unnoticed.
  847. Natural climatic variability can lead to temporary coolings; these
  848. would be perceived as all-clears by many.  We are up against a long-
  849. distance race and tend towards a sprinter's outlook. [Maunder, p 75]
  850.  
  851. Human-made greenhouse gases and aerosols will change our climate.
  852. There is no free lunch, we cannot alter earth's radiation balance
  853. for nothing.  It is uncertain by how much, how swiftly and with what
  854. twists the climate will change.  This is dubious comfort, since
  855. uncertainty cuts two ways.  The present best estimates may well
  856. overstate the risk, but they may as well understate it.  Climate
  857. change resembles a gamble with high stakes.
  858.  
  859. Current knowledge of the carbon cycle suggests that atmospheric CO2
  860. will respond sluggishly to CO2 emissions changes  [IPCC 95, p 82-5,
  861. 323].  The response of the climate system to a given CO2 level takes
  862. decades or longer.  Barring surprises, the lag time between changes
  863. in CO2 emissions and their eventual effects on climate is very long.
  864.  
  865. It is an open question how soon the uncertainties can be narrowed
  866. down, and whether climatologists will be able to predict details
  867. reliably before they start to happen in the real world [IPCC 95]
  868. [Morgan].   There is a natural inclination to wait and see until
  869. we know what we shall have to face.  By then it may be too late.
  870.  
  871.  
  872.  
  873. Subject: 14.  Further reading.  References
  874.  
  875. Introductory articles, mainly on questions not addressed here:
  876.     [Schelling]   pensive, allround:  science, impacts, responses
  877.     [Ausubel]     potential impacts:  critical, though not complacent
  878.     [Morgan]      presents the scientific pickle in a nutshell
  879.     [Trenberth]   skills and limits of climate models
  880.     [White]       history, some basics, climate debate up to 1990
  881.  
  882. For details, you might try [Houghton, chapters 1-7] or, if you want
  883. to dig deeply, the reports [IPCC 90/94/95] by Working Group I of the
  884. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).  Working Groups II
  885. and III address impacts and responses [IPCC 95 II/III].  For the
  886. physics of climate, [Hartmann] is a moderately technical starter,
  887. while the professionals often turn to the more rigorous [Peixoto].
  888.  
  889.  
  890. [Andreae]   Meinrat O. Andreae,  Raising dust in the greenhouse.
  891.     Nature 380 (1996), 389-390
  892. [Ausubel]   Jesse H. Ausubel,  A second look at the impacts of
  893.     climate change.   American Scientist 79 (1991), 210-221
  894. [Berger]   A. Berger  and  Ch. Tricot,  The greenhouse effect.
  895.     Surveys in Geophysics 13 (1992), 523-549
  896. [Bradley]   Raymond S. Bradley  and  Philip D. Jones,  `Little Ice Age'
  897.     summer temperature variations: their nature and relevance to recent
  898.     global warming trends.   The Holocene 3 (1993), 367-376
  899. [Briffa]   Keith R. Briffa,  Philip D. Jones,  Fritz H. Schweingruber,
  900.     Stepan G. Shiyatov  &  Edward R. Cook,  Unusual twentieth-century
  901.     summer warmth in a 1,000-year temperature record from Siberia.
  902.     Nature 376 (1995), 156-159
  903. [Burroughs]  William James Burroughs, Weather Cycles: Real or Imaginary?
  904.     Cambridge University Press 1992
  905. [Butcher]   Samuel S. Butcher, Robert J. Charlson, Gordon H. Orians
  906.     &  Gordon V. Wolfe, eds,  Global Biogeochemical Cycles.
  907.     San Diego, CA, Academic Press 1992
  908. [Crowley]   Thomas J. Crowley,  Geological assessment of the greenhouse
  909.     effect.    Bulletin of the American Meteorological Society 74
  910.     (1993), 2363-2373
  911. [Crowley & North]   Thomas J. Crowley,  Gerald R. North,
  912.     Paleoclimatology.   Oxford University Press 1991
  913. [Cuffey]  Kurt M. Cuffey, Gary D. Clow, Richard B. Alley, Minze Stuiver,
  914.     Edwin D. Waddington, Richard W. Saltus,   Large Arctic temperature
  915.     change at the Wisconsin-Holocene glacial transition.   Science 270
  916.     (1995), 455-458.   Also:  Doug MacAyeal, ibid. 444-445.  Richard
  917.     Kerr, Science 272 (1996), 1584-1585
  918. [Eddy]   J.A. Eddy  and  H. Oeschger (eds),  Global Changes in the
  919.     Perspective of the Past.  Chichester, UK, John Wiley & Sons 1993
  920. [Gallimore]   R.G. Gallimore  &  J.E. Kutzbach,   Role of orbitally
  921.     induced changes in tundra area in the onset of glaciation.
  922.     Nature 381 (1996), 503-505.   Also:  Mark Chandler,
  923.     Trees retreat and ice advances,  ibid. 477-478
  924. [Hartmann]   Dennis L. Hartmann,  Global Physical Climatology.
  925.     San Diego, CA, Academic Press 1994
  926. [Houghton]   John Houghton,  Global Warming: The Complete Briefing.
  927.     Lion Publishing,  Oxford, UK / Elgin, Illinois, US  1994.
  928.     Albatross Books,  Sutherland, Australia  1994
  929. [Hughes]   Malcolm K. Hughes  and  Henry F. Diaz,
  930.     Was there a `Medieval Warm Period', and if so, where and when ?
  931.     Climatic Change 26 (1994), 109-142
  932. [Hurrell 96]   James W. Hurrell  and  Kevin E. Trenberth,
  933.     Satellite versus surface estimates of air temperature since 1979.
  934.     Journal of Climate 9 (1996), 2222-2232.   Also at:
  935.     http://www.cgd.ucar.edu:80/cas/papers/jclim96/
  936. [Hurrell 97]   James W. Hurrell & Kevin E. Trenberth,  Spurious trends
  937.     in satellite MSU temperatures from merging different satellite
  938.     records.   Nature 386 (13 March 1997), 164-167 
  939. [IPCC 90]   Climate Change  -  The IPCC Scientific Assessment
  940.     J.T. Houghton et al., eds,   Cambridge University Press 1990
  941. [IPCC 94]   Climate Change 1994:  Radiative Forcing of Climate Change
  942.     and  An Evaluation of the IPCC IS92 Emission Scenarios.
  943.     J.T. Houghton et al., eds,   Cambridge University Press 1995
  944. [IPCC 95]   Climate Change 1995:  The Science of Climate Change.
  945.     J.T. Houghton et al., eds,   Cambridge University Press 1996
  946. [IPCC 95 II]   Climate Change 1995:  Impacts, Adaptations and
  947.     Mitigation of Climate Change:  Scientific-Technical Analyses.
  948.     Robert T. Watson et al., eds, Cambridge University Press 1996
  949. [IPCC 95 III]   Climate Change 1995:  Economic and Social Dimensions
  950.     of Climate Change.   James P. Bruce et al., eds,   Cambridge
  951.     University Press 1996.
  952. [Jones]   M.D.H. Jones  and  A. Henderson-Sellers,
  953.     History of the greenhouse effect.
  954.     Progress in Physical Geography  14, 1 (1990), 1-18
  955. [Jouzel]   J. Jouzel, N.I. Barkov, J.M. Barnola, M. Bender, 13 more
  956.     authors,  Extending the Vostok ice-core record of paleoclimate
  957.     to the penultimate glacial period.   Nature 364 (1993), 407-412
  958. [Keeling]   C.D. Keeling, T.P. Whorf, M. Wahlen & J. van der Plicht,
  959.     Interannual extremes in the rate of rise of atmospheric carbon
  960.     dioxide since 1980.   Nature 375 (1995), 666-670
  961. [Keigwin 95]   Lloyd D. Keigwin,  The North Pacific through
  962.     the millennia.    Nature 377 (1995), 485-486
  963. [Keigwin 96]   Lloyd D. Keigwin,  The Little Ice Age and Medieval Warm
  964.     Period in the Sargasso Sea.   Science 274 (29 Nov 1996), 1504-1508
  965. [Lindzen]   R.S. Lindzen,   Climate dynamics and global change.
  966.     Annual Reviews of Fluid Mechanics 26 (1994), 353-378
  967. [Maunder]   W. John Maunder,  Dictionary of Global Climate Change.
  968.     London, UCL Press / New York, Chapman and Hall 1992
  969. [Meehl]   Gerald A. Meehl  and  Warren M. Washington,  El Nino-like
  970.     climate change in a model with increased atmospheric CO2 concen-
  971.     trations.   Nature 382 (1996), 56-60
  972. [Morgan]   M. Granger Morgan,  David W. Keith,
  973.     Climate change: Subjective judgments by climate experts.
  974.     Environmental Science & Technology 29, 10 (1995), 468A-476A
  975. [Overpeck]   Jonathan T. Overpeck,  Paleoclimatology and climate system
  976.     dynamics.  Reviews of Geophysics 33, Supplement (July 1995), 863-871
  977. [Peixoto]   Jose Peixoto  and  Abraham H. Oort,   Physics of Climate.
  978.     Institute of Physics Publishing, 1992
  979. [Peter]   Thomas Peter,  Airborne particle analysis for climate studies.
  980.     Science 273 (1996), 1352-1353
  981. [Ramaswamy]   V. Ramaswamy, M.D. Schwarzkopf & W.J. Randel,  Fingerprint
  982.     of ozone depletion in the spatial and temporal pattern of recent
  983.     lower-stratospheric cooling.   Nature 382 (1996), 616-618
  984. [Raynaud]   D. Raynaud, J. Jouzel, J.M. Barnola, J. Chappellaz,
  985.     R.J. Delmas, C. Lorius,  The ice record of greenhouse gases.
  986.     Science 259 (1993), 926-934
  987. [Rind]   David Rind & Jonathan Overpeck,  Hypothesized causes of decade-
  988.     to-century-scale climate variability:  climate model results.
  989.     Quaternary Science Reviews  12 (1993), 357-374
  990. [Santer]   B.D. Santer, K.E. Taylor, T.M.L. Wigley, T.C. Johns, P.D.
  991.     Jones, 8 more authors,  A search for human influences on the thermal
  992.     structure of the atmosphere.   Nature 382 (1996), 39-46
  993. [Schelling]   Thomas C. Schelling,  Some economics of global warming.
  994.     The American Economic Review  82 (March 1992),  1-14
  995. [Schwartz]   Stephen E. Schwartz and Meinrat O. Andreae,  Uncertainty
  996.     in climate change caused by aerosols.  Science 272 (1996), 1121-22
  997. [Siegenthaler]   U. Siegenthaler & J.L. Sarmiento,  Atmospheric carbon
  998.     dioxide and the ocean.   Nature 365 (1993), 119-125
  999. [Sinha]   Ashok Sinha,  Relative influence of lapse rate and water
  1000.     vapor on the greenhouse effect.  Journal of Geophysical Research
  1001.     100 (1995), 5095-5103
  1002. [Soden]   Brian J. Soden and Rong Fu,  A satellite analysis of deep
  1003.     convection, upper-tropospheric humidity, and the greenhouse effect.
  1004.     Journal of Climate 8 (1995), 2333-2351
  1005. [Sokolik]  Irina N. Sokolik & Owen B. Toon,  Direct radiative forcing by
  1006.     anthropogenic airborne mineral aerosols.  Nature 381 (1996), 681-683
  1007. [Tegen]   Ina Tegen,  Andrew A. Lacis  &  Inez Fung,  The influence
  1008.     on climate forcing of mineral aerosols from disturbed soils.
  1009.     Nature 380 (1996), 419-422
  1010. [Tett]   Simon F.B. Tett, John F.B. Mitchell, David E. Parker, Myles
  1011.     R. Allen,  Human influence on the atmospheric vertical structure:
  1012.     detection and observations.   Science 274 (15 Nov 1996), 1170-1173
  1013. [Trenberth]   Kevin E. Trenberth,  The use and abuse of climate models.
  1014.     Nature 386 (13 March 1997), 131-133
  1015. [White]   Robert M. White,  The great climate debate.
  1016.     Scientific American 263, 1 (July 1990), 18-25
  1017. [Wielicki]   Bruce A. Wielicki, Robert D. Cess, Michael D. King,
  1018.     David A. Randall, and Edwin F. Harrison,  Mission to Planet Earth:
  1019.     Role of clouds and radiation in climate.  Bulletin of the American
  1020.     Meteorological Society 76 (1995), 2125-2153
  1021.  
  1022.  
  1023.  
  1024. Subject: 15.  Some web sites
  1025.  
  1026. If this article is too technical for your taste, you might try
  1027. the introduction by Granger Morgan, Tom Smuts, and others at
  1028.       http://www.gcrio.org/gwcc/toc.html
  1029.   
  1030. The quarterly _Consequences_, edited by John A. Eddy, has readable
  1031. articles by first rate scientists on past climates, climate models,
  1032. and more.  Published by Saginaw Valley State University, Michigan.
  1033.       http://www.gcrio.org/CONSEQUENCES/introCON.html
  1034.  
  1035. For summaries of the 1995 IPCC reports see
  1036.       http://www.unep.ch/ipcc/ipcc95.html
  1037.  
  1038. UNEP's Information Unit on Climate Change (IUCC) at Geneva offers
  1039. concise fact sheets covering science, impacts and responses:
  1040.       http://www.unep.ch/iucc/fs-index.html
  1041.  
  1042. Some entry points to the myriad of research and other web sites:
  1043.       http://www.epa.gov/globalwarming/
  1044.       http://climate.gsfc.nasa.gov/
  1045.       http://gcmd.gsfc.nasa.gov/            (Global Change)
  1046.       http://www.ncdc.noaa.gov/
  1047.       http://www.nerc-bas.ac.uk/public/icd/wmc/met.links.html
  1048.       http://www-eosdis.ornl.gov/
  1049.       http://www.ucar.edu/dss/faq/          (Meteorology FAQ)
  1050.  
  1051. Some sites linked to sci.environment 
  1052.       http://www.access.digex.net/~rmg3/
  1053.        ftp://ftp.access.digex.net/pub/access/rmg3/sci.faqs/
  1054.       http://www.mnsinc.com/richp/sci_env.html/
  1055. Introduction to sea level change and ice sheets by Robert Grumbine,
  1056. Robert Parson's Ozone Depletion FAQ, Torsten Brinch's FAQ on ground
  1057. level ozone, an article on atmospheric CO2, and more.
  1058.  
  1059.  
  1060.  
  1061. Subject: 16.  Acknowledgements. Administrivia. How to get this file
  1062.  
  1063. Acknowledgements:  My wife Rosemarie and Dave Halliwell patiently and
  1064. friendly endured an inordinate amount of murky drafts.  Michael Tobis,
  1065. Robert Grumbine, Paul Farrar, and many others helped with explanations,
  1066. comments, and suggestions.
  1067.  
  1068. Caveat:  This is not my field.  Those climatologists who told me their
  1069. opinion so far found the article reasonable.  Sole responsibility for
  1070. errors and misconceptions is mine, though.  Corrections are welcomed,
  1071. the more so as time for maintaining this article is scarce.  However,
  1072. please note the motto:  "Not overly detailed" ;-)    Students should
  1073. not use this article as a reference for school projects.  They should
  1074. instead use it as a pointer to some of the published literature.
  1075.  
  1076. Copyright (c) 1997 by Jan Schloerer, all rights reserved.  This article
  1077. may be posted to any USENET newsgroup, on-line service and BBS, as long
  1078. as it is posted in its entirety and includes this caveat and copyright
  1079. statement.  However, please inform me, so I know where the article
  1080. goes.  This article may not be distributed for financial gain, it may
  1081. not be included in commercial collections or compilations without the
  1082. express written permission of the author.
  1083.  
  1084. How to get this file:  Among others, this article is archived at
  1085.  
  1086.    ftp://rtfm.mit.edu/pub/usenet/news.answers/sci/climate-change/basics
  1087.    http://www.lib.ox.ac.uk/internet/news/faq/sci.environment.html
  1088.    http://www.cs.ruu.nl/wais/html/na-bng/sci.environment.html
  1089.  
  1090. Further archives are listed in  "Introduction to the *.answers
  1091. newsgroups"  which is regularly posted to the *.answers newsgroups.
  1092. If you do not have access to anonymous ftp or to the world-wide web,
  1093. send the following email message to  mail-server@rtfm.mit.edu
  1094.  
  1095.    send  usenet/news.answers/sci/climate-change/basics
  1096.  
  1097. If you want to find out more about the mail server, send a message
  1098. to it containing the word  "help"  (without the quotation marks).
  1099.  
  1100.  
  1101. Jan Schloerer                   jan.schloerer@medizin.uni-ulm.de
  1102. Uni Ulm    Biometrie & Med.Dokumentation    D-89070 Ulm, Germany
  1103.  
  1104.  
  1105.  
  1106.  
  1107.