Blog > Komentarze do wpisu

A więc efekt cieplarniany istnieje!

Wzrost koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze ma wiele konsekwencji, z których część można zaobserwować przy pomocy względnie prymitywnych przyrządów, takich jak termometry, i stosunkowo niewielkim wysiłkiem. Dla odmiany, wczorajszy numer "Nature" opisuje zjawisko, które choć było przewidywane wiele lat temu*, dopiero teraz udało się je bezpośrednio zmierzyć.

Od ponad 100 lat wiadomo, że wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze nie tylko zmniejszy1 ilość promieniowania podczerwonego uciekającego z planety w kosmos, ale zwiększy też ilość promieniowania podczerwonego emitowanego przez atmosferę w kierunku powierzchni2, bo więcej cząsteczek CO2 oznacza więcej zdarzeń absorpcji i emisji kwantów światła.

Choć efekt ten, zwany powierzchniowym3 wymuszeniem radiacyjnym jest globalny (bo atmosfera jest dobrze wymieszana), czyli teoretycznie można zaobserwować go wszędzie, wcale nie jest to takie łatwe. Główną przeszkodą jest boltzmannowska zależność strumienia promieniowania od temperatury, oraz obecność innych aktywnych radiacyjnie składników atmosfery, takich jak para wodna, metan i ozon. Wyłowienie sygnału związanego wyłącznie z wzrostem zawartości CO2 w powietrzu wymaga precyzyjnych pomiarów radiancji w zakresie widma odpowiadającym liniom absorpcyjnym cząsteczek tego gazu, i to prowadzonych w dłuższym okresie czasu, gdy ten wzrost faktycznie miał miejsce.

Ostatnimi czasy staje się to jednak coraz łatwiejsze, bo wzrost emisji gazów cieplarnianych powoduje coraz szybszy przyrost koncentracji atmosferycznego dwutlenku węgla. Autorom artykułu "Observational determination of surface radiative forcing by CO2 from 2000 to 2010", o którym dzisiaj piszę, wystarczył trend 10-letni, w którym to okresie ilość CO2 wzrosła o 22 ppm. Gdyby dodać do tego dane z ostatnich kilku lat, można byłoby dodać do tego kolejne 10 ppm.4

Pomiary radiancji omawiane w artykule wykonano w dwóch centrach ARM amerykańskiego Departamentu Energii: SGP koło Oklahomy i NSA na Alasce, niedaleko Barrow. Wykres poniżej pokazuje wyniki jednego z nich:

Różne kolory tła oznaczają kawałki widma w których dominuje absorpcja (a w tym przypadku emisja) poszczególnych gazów cieplarnianych. Czerwony to CO2, w okolicach maksimum emisji ciała doskonale czarnego o temperaturze pokojowej. Potem mamy oznaczone kolorem białym okno atmosferyczne, w którym powietrze jest w dużej mierze przezroczyste dla promieniowania długofalowego (a zatem i niewiele emituje w tym zakresie), z wyjątkiem dziury wygryzionej przez linie absorpcyjne ozonu (kolor zielony).5 Jeszcze dalej na prawo, w kierunku krótszych długości fali, dominuje para wodna (niebieski), oraz w jednym istotnym miejscu metan (żółty).

Wynik tego pomiaru można przewidzieć przy pomocy programu komputerowego zwanego modelem transferu radiacyjnego. Model taki, zasilony wartościami temperatury, ciśnienia i składu powietrza, i w oparciu o ogromną bazę danych linii absorpcyjnych, może z dużą dokładnością obliczyć przepływ promieniowania przez atmosferę. Dysponując danymi z danego dnia i godziny, można więc zasymulować jak wyglądałoby widmo zarejestrowane przez wycelowany w niebo radiometr.

Można też sprawdzić, jak wyglądałoby widmo, gdyby te dane były inne. Na przykład, gdyby koncentracja CO2 w atmosferze nie wzrosła o 22 ppm. Różnica pomiędzy tą symulacją i obserwacjami, oraz symulacją opartą o rzeczywisty stan atmosfery, pokazana jest poniżej (panele b i c dla SGP, oraz e i f dla NSA).

Trend za który odpowiada wzrost stężenia CO2 jest doskonale widoczny. Ludzie, poprzez emisję dwutlenku węgla, naprawdę wzmacniają efekt cieplarniany!

Całkowity strumień promieniowania długofalowego emitowanego przez atmosferę w kierunku powierzchni liczony jest w setkach W/m2 (345,6±9 W/m2globalnie według Stephensa et al. 2012). Długoletni trend tegoż strumienia (uwzględniając wszystkie czynniki, przede wszystkim wzrost temperatury atmosfery i zawartości pary wodnej) to około 1% tej wartości na dekadę, a sygnał związany tylko z CO2 to zaledwie ~1/1000.

Choć więc wynik ten, będąc potwierdzeniem przewidywań teoretycznych znanych od ponad 100 lat, nie jest sam w sobie zbyt ekscytujący, mój szczery szacunek budzi to że w ogóle można go zmierzyć. 


*) Zaryzykowałbym nawet tezę, że pierwszy raz w 1896 roku, w znanym artykule Arrheniusa.

1) Aż do momentu powrotu systemu, na drodze ocieplenia, do stanu równowagowego.

2) A ten efekt, dla odmiany, będzie trwały. Strumień promieniowania uciekającego w kosmos może nawet być większy niż oryginalnie, ze względu na zmniejszone albedo i zwiększone pochłanianie promieniowania słonecznego przez atmosferę i powierzchnię planety.

3) W odróżnieniu od "normalnego" wymuszenia, zdefiniowanego dla szczytu atmosfery.

4) Z podobnych powodów, jak piszą autorzy innego opublikowanego w ostatnich dniach artykułu, maleje niepewność związana z (przejściową) czułością klimatu na wymuszenia (transient climate response, TCR).

5) Dla jasności, nie chodzi o absorpcję promieniowania krótkofalowego (ultrafioletu) przez ozon. Tej części widma wykres nie pokazuje.

piątek, 27 lutego 2015, perfectgreybody

Polecane wpisy

  • Koniec Wielkiego Maksimum

    Czyli jak heliofizycy dołączyli do spisku globalnego ocieplenia. Jeśli zajrzycie do starych podręczników albo artykułów przeglądowych dotyczących zmian klimatu,

  • Znowu o pliocenie

    Jak pisałem jakiś czas temu, klimat pliocenu różnił się znacznie od obecnego, z powodów których do końca nie znamy. Dwie charakterystyczne jego cechy (a w każdy

  • Fizyka deszczu

    Z okazji udanego wystrzelenia amerykańsko-japońskiego satelity GPM w dzisiejszej notce będzie kilka słów o globalnym ociepleniu i deszczu. Wszyscy wiedzą (albo

TrackBack
TrackBack w tym blogu jest moderowany. TrackBack URL do wpisu:
Komentarze
Gość: PapperClip, *.neoplus.adsl.tpnet.pl
2015/02/28 20:18:23
Moje pytanie: absorpcja promieniowania w przypadku CO2 jest uzależniona od jego stężenia w atmosferze, ale czy ten związek jest liniowy? Tzn jak efekt 'uszczelniania okna' atmosferycznego' dla fali o długościach absorbowanych przez CO2 będzie zmieniał się w miarę wzrostu jego stężenia. I czy przy określonych wartościach zjawisko to ulega pewnemu wysyceniu?
-
Gość: PapperClip, *.neoplus.adsl.tpnet.pl
2015/02/28 20:43:18
Może trochę mało czytelnie: jak będzie się zmieniać ilość energii absorbowanej przez CO2 atmosferyczny przy założeniu ciągłego wzrostu jego stężenia?
-
2015/02/28 20:47:31
Jak logarytm stężenia. Dlatego (przynajmniej w przybliżeniu) każde podwojenie stężenia CO2 odpowiada jednakowemu wzrostowi wymuszenia.
-
2015/02/28 20:51:12
@perfectgreybody

Mała korekta. Ten artykuł nie jest z wczorajszego numeru Nature. On na razie jest tylko dostępny online ale jeszcze nie ma przydzielonego numeru i stron.
-
Gość: fn, *.range86-187.btcentralplus.com
2015/03/01 23:15:07
Logartym stężenia masz mniej więcej w przedziale od kilku paskali do kilkuset hPa ciśnienia parcjalnego CO2. Wcześniej zależność jest liniowa (bo atmosfera jest ciągle "półprzezroczysta" we wszystkich częstotliwościach absorbcji-reemisji), a później "pierwiastkokwadratowa" (bo atmosfera jest już nieprzezroczysta we wszystkich częstotliwościach, w których zachodzi absorbcja-reemisja)..

Raz po raz pojawia się przecież absurdalny argument denialistów, że Ziemię różni od Wenus "tylko" 18 podwojeń stężenia CO2, więc na powierzchni Wenus powinno być góra stokilkadziesiąt stopni więcej niż na Ziemi, a jest cieplej o 450.
Argument jest absurdalny, bo przy stężeniach CO2 typowych dla Wenus efekt cieplarniany staje się już proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego ze stężenia.
-
2015/03/02 09:03:18
@fn

Podaj jakieś źródło dla tego kwadratowego reżimu dla Wenus. Jakoś nigdy o czymś takim nie słyszałem. Dla Wenus ma znaczenie poszerzenie ciśnieniowe linii - wzór podaję w tym wpisie anomaliaklimatyczna.com/2010/04/15/czy-efekt-cieplarniany-moze-sie-wysycic/

Trzeba też pamiętać, że przy takich grubościach optycznych jak na Wenus wymuszenie radiacyjne i wywołana nim anomalia temperatury nie są już liniowo zależne od absorpcji. O tym z kolei pisałem tu:
anomaliaklimatyczna.com/2010/04/11/efekt-cieplarniany-pierwsze-przyblizenie-radiacyjne/

Wydaje mi się, że te dwa efekty łącznie wystarczą aby wytłumaczyć temperatury na Wenus. Ale jeśli się mylę to podaj Twoje źródło.
-
2015/03/06 13:37:10
Znajomy podrzucił to, jako dowód, że kiedyś było cieplej:
www.rmf.fm/swoja-droga/show,317,zwierzyniec-jedyny-na-swiecie-pomnik-szaranczy.html
Co sądzicie?
-
2015/03/06 14:38:02
-
2015/03/06 15:50:15
Wydaje mi się, że szarańcza ma fazę stadną nie kiedy jest ciepło tylko kiedy jest sucho (często to idzie w parze ale nie zawsze).

W dodatku nawet z naszej Wikipedii
pl.wikipedia.org/wiki/Szara%C5%84cza_w%C4%99drowna
można się dowiedzieć, ze widywano ją i w Sztokholmie i w Permie (na Uralu), a w Polsce ostatnio w 1967 roku, czyli mniej więcej w najzimniejszym momencie XX wieku. Zatem miarą średniej temperatury to ona raczej nie jest.
-
2015/03/06 15:51:42
Jeśli chodzi o zasięg występowania szarańczy wędrownej:
www.nzdl.org/gsdl/collect/hdl/index/assoc/HASHd1ed.dir/p069.png

Szarańcza nie jest chyba jakoś szczególnie ciepłolubna, szczególnie "nasz" gatunek. Wystarczy przypomnieć, że 1711 to Mała Epoka Lodowa. Może szarańczę po prostu wytępiono?
-
2015/03/06 16:29:52
Sprawdziłem w literaturze. Najciekawszy artykuł na temat związków epizodów szarańczy z klimatem opublikowano w PNAS (Stige i inni 2007). Wyniki tych badań, oparte na 1000 lat chińskich kronik, streszczono w towarzyszącym tekście (Lima 2007):
www.pnas.org/content/104/41/15972.full.pdf

Okazuje się, że rzeczywiście suche lata sprzyjają szarańczy. Przez to rzeczywiście zdarza się ona w cieplejszych latach niż sąsiednie (susze korelują się z temperaturą). Jednak w skali dekad czy stuleci mamy niespodziankę. Szarańcza częściej atakuje w okresach chłodnych i mokrych, takich jak właśnie Mała Epoka Lodowa. Czyli pewnie idealne warunki dla niej to ciepły i suchy rok ale w zimnym i mokrym okresie.

Na dowód, że nie zmyślam fragment tekstu:

"Locust outbreaks are statistically associated with cold and wet periods, and they are more frequent during decades characterized by a high frequency of floods and droughts. In addition, higher frequencies of droughts and floods occur during cold and wet periods."
-
2015/03/07 15:00:12
Pasowałoby to do 1711. To stosunkowo ciepły (jak na początek XVIII w.) rok, zaledwie dwa lata po wielkim mrozie. W Paryżu chyba mieli w tym roku powódź.
-
Gość: threeme, *.neoplus.adsl.tpnet.pl
2015/03/14 18:42:46
Ponoć po raz pierwszy w historii emisje CO2 się ustabilizowały (nie wzrosły względem poprzedniego roku). Fatih Birol (Światowa Organizacja Energii) mówi, że to zasługa rozwoju OZE, zwłaszcza w Chinach. Jednak coś mi się tu nie podoba. Mam artykuł w WiŻ o wykorzystaniu na świecie węgla. Autor (którego nie posądzam o nieznajomość tematu w najmniejszym stopniu) pisze, że ilość budowanych przez Chiny nowych elektrowni wystarcza, by emisje z tego kraju rosły jeszcze przez 5-10 lat! A w kolejce są też przecież jeszcze Indie, które też bardziej stawiają na tani węgiel, niż na inne, droższe paliwa. Dlatego te doniesienia o stabilizacji poziomu emisji mocno mnie zaskoczyły. Może nie nazwę tego ściemą, ale jak już pisałem, coś mi tu "śmierdzi". Jestem ciekawy, co Wy o tym myślicie.
-
Gość: threeme, *.neoplus.adsl.tpnet.pl
2015/03/31 17:54:27
-
2015/04/01 09:12:45
A mnie to cieszy bo potrzebuję podobnych artykułów z polskiej prasy do pewnego projektu. Jeśli znacie podobne rzeczy to wrzucajcie linki (czy chociaż informację), nawet jeśli cała treść jest niedostępna w sieci.
-
Gość: monster, *.nat.umts.dynamic.t-mobile.pl
2016/06/24 03:35:21
zdecydowanie jestem za
Creative Commons License