Czy efekt cieplarniany może się wysycić?

Poprzedni wpis skończyłem na stwierdzeniu, że efekt cieplarniany (w sensie wymuszenia radiacyjnego) rośnie liniowo z grubością optyczną atmosfery w zakresie długofalowym, ale grubość optyczna jest zależna logarytmicznie od ilości gazów cieplarnianych. To stwierdzenie oparłem na wyprowadzonym przeze mnie na nowo wzorze Eddingtona dla szarej atmosfery (tzn. absorbującej tak samo na każdej długości fali). Jednak fakt dobrego dopasowania wyników zastosowania tego wzoru do niezależnie wyliczonej średniej planckowskiej grubości optycznej oraz obserwowanej średniej temperatury ziemi pokazuje, że nie jest to takie bardzo złe założenie – przynajmniej w tym zastosowaniu.

Prawdziwa atmosfera jednak szara nie jest. Wystarczy spojrzeć na ten wykres jasności Księżyca w podczerwieni mierzonej przez naszą ziemską atmosferę.

I zapewniam Was, że te dzikie oscylacje to nie żaden efekt księżycowy. To widmo absorpcyjne cząsteczek (molekuł) trójatomowych, takich jak para wodna i dwutlenek węgla. Ponieważ połączone ze sobą trzy atomy mogą na wiele ciekawych sposobów drgać i się wiercić, nazywamy ich bardzo skomplikowane, a fascynujące, widma, oscylacyjno-rotacyjnymi. To znaczy, fascynujące dla specjalistów od spektroskopii molekularnej, która jest jedną z tych nielubianych sierot nauki: mnie i wielu znanym mi fizykom wydaje się ona za bardzo chemią, a chemikom za bardzo fizyką.

Na szczęście, istnieją jednak specjaliści także od tego. Jeśli kto ciekaw, może obejrzeć bardzo widma oscylacyjno-rotacyjne chociażby [na tej stronie]. Polecam rysunek skomplikowanego widma na ostatnim obrazku. Do tej pory robi mi się niedobrze, gdy sobie przypomnę, że ja takie widma musiałem umieć wyliczać. Dlatego przyjemnie mi obwieścić, że dokładnie takie widma istnieją  nie tylko w laboratoriach naukowców, ale też… w naszej atmosferze. Wystarczy popatrzeć na ten wykres emisji naszej atmosfery mierzonej satelitarnie w okolicach pasma 6 μm (samo pasmo pochodzi od H2O). Wykres pochodzi z podręcznika Wallace i Hobbsa “Atmospheric Science” (jeszcze zobaczymy parę obrazków z tej książki).

Pasmo to  nie ma wielkiego znaczenia dla bilansu radiacyjnego – leży akurat między zakresem krótkofalowym  (promieniowaniem Słońca), a długofalowym (promieniowaniem termicznym ziemi i atmosfery). Jednak jest na tyle ładne, że nie omieszkałem go pokazać.

No dobrze. Ale po co w ogóle męczę czytelników tą spektroskopią? Mam ku temu powód. Mianowicie widma oscylacyjno-rotacyjne mają ciekawą i sprzeczną z intuicją (przynajmniej moją) cechę. Mianowicie całe składają się z linii. A linie są poszerzone w wyniku zderzeń miedzy cząstkami (tzw. efekt Lorentza, tego samego  Hendrika Lorentza, który wsławił się w każdej chyba dziedzinie fizyki). A im większe ciśnienie, tym więcej zderzeń. Czyli tym szersze linie.

Nie byłoby w tym nic dziwnego, gdyby (znów wbrew intuicji, tym razem nie tylko mojej, ale także perfectgreybody‘ego – czemu daliśmy niedawno wyraz na jego blogu) nie wpływało to na wartość samej sumarycznej absorpcji. A wpływa. Oddam tu głos autorytetowi, a mianowicie podręcznikowi Goody & Yung “Atmospheric radiation. Theoretical basis“, wydanie drugie z 1989 roku, a dokładnie wzorowi (4.133). Otóż absorpcja A całej linii poszerzonej lorenzowsko – jeśli tylko tej substancji jest dość dużo – równa jest

Α = C + D ln(m) + E ln(p)

gdzie C, D i E to stałe, m to ilość substancji absorbującej a p to ciśnienie. Otóż moja i perfectgreybody’ego intuicja wysypała się na ostatnim członie. Absorpcja –  jak widać –  rośnie z ciśnieniem, czyli maleje z wysokością. To znaczy absorpcja dla tej samej, ustalonej ilości substancji. Wrócę do tego w następnym wpisie, w którym wystąpi pomijana dotąd (celowo) pionowa struktura atmosfery.

A dla rosnącej ilości substancji? To już właściwie zdradziłem. W zakresie obowiązywania powyższego wzoru – dla odpowiednio dużych ilości substancji, czyli dla odpowiednio dużych grubości optycznych – absorpcja jest proporcjonalna do ilości (czyli w atmosferze koncentracji) gazów absorbujących. To dlatego podajemy czułość klimatu ze względu na podwojenie koncentracji CO2, a nie na wzrost o stałą wartość (np. 100 p.p.m.). Funkcja logarytmiczna zawsze zmienia się o tę samą wartość przy podwojeniu argumentu, niezależnie od jego początkowej wartości.

Ale czy w atmosferze CO2 i H2O maja wystarczająco wysokie stężenia, aby znajdować się w tym “zakresie logarytmicznym”? Autorzy podręcznika sprawdzili to i stwierdzili, że dla obu gazów zakres logarytmiczny obowiązuje już przy miąższości poniżej 100 m w dolnej troposferze. Czyli nie ma problemu z używaniem tego wzoru.

Możemy już śmiało odpowiedzieć na tytułowe pytanie: “Czy efekt cieplarniany może się wysycić?‘. Sens tego pytania jest następujący.  “No dobrze, wyliczyliśmy na dwa sposoby, jaki efekt cieplarniany jest obecnie na naszej planecie. Ale skąd wiemy, czy się zwiększy, jeśli zwiększymy ilość gazów cieplarnianych?“. Nie jest to pytanie wydumane. Można znaleźć w internecie wiele jego wariantów.

Odpowiedź jest prosta. Skoro efekt cieplarniany jest proporcjonalny do grubości optycznej, a ta (poprzez wartość absorpcji) zwiększa się, jak suma logarytmów koncentracji CO2 i H2O, to nie ma możliwości wysycenia efektu cieplarnianego przez zwiększanie koncentracji gazów cieplarnianych. Logarytm jest funkcją stale (chociaż coraz wolniej) rosnącą.  Zresztą np. planeta Wenus jest orbitującym pomnikiem prawdziwości tego prawa. Ale o tym w następnym odcinku.

Na koniec, ponieważ zawsze odwoływałem się do uważnego czytelnika, nie mogę zawieść go i tym razem. Wspomniałem, że drugi dzisiejszy rysunek przedstawia “emisję naszej atmosfery”, a oś pionowa opisana jest “Brightness temperature” (temperatura jasnościowa). Czyżbym oszukał? Nie. To właśnie metoda jaką Spencer i Christy (i nie tylko) mierzą temperaturę różnych warstw atmosfery (więcej o tym w następnym wpisie).  Podobnie mierzy się temperaturę (a zatem i wysokość) szczytów chmur, a nawet chmury pyłu z wulkanu na Islandii. Jak to działa? Poniższy rysunek (także z Wallace & Hobbs) dobrze to tłumaczy:

Porównujemy po prostu intensywność emisji dla jakiejś długości fali z tą, jaka wynika z prawa Stefana-Boltzmanna (a dokładniej z rozkładu Plancka). Od razu wiemy, jaką temperaturę miało to coś, co emitowało na tej długości (czyli dana warstwa atmosfery). Ale skąd wiemy, która to warstwa? O tym już naprawdę w następnym odcinku.

Dopisek 16.04.2010: Moje tłumaczenie wydaje mi się logiczniejsze niż jakiekolwiek jakie widziałem dotychczas. Streszczę je jeszcze raz: widmo absorpcji molekuł trójelementowych składa się z mnóstwa wąskich linii, z których każda poszerza się lorenzowsko pod wpływem ciśnienia, a uzyskany kształt spektralny ma tę ciekawą właściwość, że przy odpowiednio dużej koncentracji gazu absorbującego absorpcja sumaryczna linii rośnie  logarytmicznie (a nie jakbyśmy się spodziewali liniowo) z koncentracją. Ale się nie wysyca. A ponieważ widmo jest sumą mnóstwa takich linii pochodzących od różnych gazów to cale widmo ma tę samą własność.

W innych tłumaczeniach (na przykład tym z blogu RealClimate) brakowało mi tego elementu dodawania linii, z których każda ma tę logarytmiczna własność. Dlatego nie przekonywały mnie takie  rysunki jak ten z wyżej zlinkowanej strony:

Po prostu nie potrzeba żadnych linii absorpcyjnych, aby wytłumaczyć, że większa grubość optyczna musi powodować większe wymuszenie radiacyjne (to zrobiłem w poprzednim wpisie).  A ten obrazek nie tłumaczy logarytmicznej zależności wymuszenia od koncentracji CO2. To znaczy, gdyby widmo nie składało się z tylu linii lorenzowskich, wzrost temperatury z koncentracją byłby nawet większy niż obserwowany (wymuszenie radiacyjne rosłoby liniowo z ilością gazów cieplarnianych). Problemem jest wytłumaczenie nie dlaczego ono rośnie, ale dlaczego tak wolno. A powyższy rysunek moim zdaniem tego wcale nie tłumaczy tego komuś, kto nie wie, że grubość tych zielonych i bordowych kresek spowodowana jest tym, że składają się one z mnóstwa cienkich linii absorpcyjnych oraz jakie niesie to skutki dla sumarycznej absorpcji.

Dopisek  2 (21.04.2010): O tym, że efekt cieplarniany jest proporcjonalny do logarytmu koncentracji atmosferycznej CO2, pisał już Arrhenius w 1896 roku. Byłem ciekaw skąd wiedział. Otóż opierał się o wyniki doświadczalne. I to bardzo sprytnie. Skorzystał z pomiarów jasności księżyca w podczerwieni, jakie wykonał Langley. A jak zmieniał koncentrację CO2? Otóż nie zmieniał; skorzystał z tego, że Langley mierzył, gdy księżyc był w różnej odległości od horyzontu. Gdy patrzymy przez atmosferę pod różnymi kątami, mamy krótszą lub dłuższą drogę optyczną do szczytu atmosfery, przez co mniejsza lub większa jest (przy tych samych koncentracjach) również grubość optyczna. Tak, tak. Grubość optyczna w zakresie długofalowym kłania się nam znowu. To naprawdę najbardziej fundamentalny parametr, od którego zależy wartość  efektu cieplarnianego. A ta grubość optyczna (którą łatwo wyznaczyć z wartości transmisji) zmieniała mu się logarytmicznie z ilością CO2 na drodze optycznej w kierunku księżyca, gdy był on bliżej lub dalej od horyzontu. I mimo, że nie mógł jeszcze wtedy wiedzieć o poszerzeniu ciśnieniowym linii absorpcyjnych i ich logarytmicznym wpływie na wartość absorpcji w funkcji ilości substancji absorbującej uzyskał poprawny wynik. Nie uwzględnił tylko efektu pionowych strumieni ciepła w atmosferze. To zrobili dopiero Manabe i Strickler w 1964 roku oraz Manabe i Wetherald w 1967. I o tym między innymi będzie w następnym odcinku.

Dopisek 3 (16.05.2010). Według artykułu Ramamanathana z 1997 o podstawach naukowych efektu cieplarnianego, 80% wymuszenia spowodowanego przez CO2 jest spowodowane “silnymi” pasmami o liniach w zakresie logarytmicznym (pozostałe są “słabymi” pasmami dla których zależność jest liniowa – czyli wymuszenie wprost proporcjonalne do koncentracji tego gazu) i dlatego efektywne wymuszenie CO2 jest “prawie logarytmiczne”.

Hits: 17

Subscribe
Notify of
guest

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

37 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
bukowylas
Member
10 years ago

A czy można by przedstawić odpowiedź na tytułowe pytanie w wersji dla humanistów? Słowo “logarytm”, dla osoby, która nie przepada za matematyką, nie niesie ze sobą żadnego znaczenia, a “suma logarytmów”, jest już kompletnie niezrozumiałe.

Kwestia “Czy efekt cieplarniany może się wysycić?” jest bardzo ważna i jest podnoszona przez sceptyków, którzy twierdzą, że dodawanie CO2 do atmosfery nie zwiększy efektu cieplarnianego. Wyobraźmy sobie więc dyskusję w studiu telewizyjnym w niedzielne popołudnie, gdzie np. prof. Marks tłumaczy widzom, że nie ma się co przejmować emisjami CO2 z kominów elektrowni, bo większa ilość tego gazu, nie spowoduje wzmocnienia efektu cieplarnianego. Na to, zaproszony do studia klimatolog, odpowiada, że tak nie jest, bo “efekt cieplarniany jest proporcjonalny do grubości optycznej, a ta (poprzez wartość absorpcji) zwiększa się, jak suma logarytmów koncentracji CO2 i H2O”.

Co z odpowiedzi klimatologa zrozumie przeciętny widz tego programu? Czy mógłbym prosić o przetłumaczenie tego dla 12-latków? 🙂

bukowylas
Member
10 years ago

Tekst specjalistyczny dla fizyków jest oczywiście bardzo potrzebny i kolejny artykuł z serii o efekcie cieplarnianym też. Może tylko dodawać na dole taką malutką ramkę, z objaśnieniem dla humanistów? 😉

Przedstawianie zagadnień naukowych osobom spoza branży może nie być łatwe, pamiętam, jak autor programu telewizyjnego “Laboratorium” zastanawiał się z naukowcami, jak przedstawić widzom kwestię zmiany właściwości ciał stałych pod wpływem zmiany temperatury. Długo na ten temat rozmawiali, aż w końcu jeden z nich mówi coś w stylu: “No, właściwie to jest taki eksperyment, którym można to zobrazować…”, “Jaki?”, “Można pokazać, że po obniżeniu temperatury da się wbić w deskę gumowego gwoździa za pomocą banana”. I to rozumiem, całe zagadnienie jest dla mnie jasne 🙂

Z kolei argument “tak jest, bo tak ustalili naukowcy” jest, w mojej ocenie, niedopuszczalny. To stąd właśnie biorą się zarzuty, że kwestię zmian klimatu ludzie przyjmują na wiarę. Akurat fizykę można wytłumaczyć i zrozumieć, pytanie oczywiście, jak to zrobić. Nie wszystko przecież da się przedstawić za pomocą gumowego gwoździa i banana 😉

Marw
Marw
10 years ago


“A czy można by przedstawić odpowiedź na tytułowe pytanie w wersji dla humanistów? Słowo “logarytm”, dla osoby, która nie przepada za matematyką, nie niesie ze sobą żadnego znaczenia, a “suma logarytmów”, jest już kompletnie niezrozumiałe”

Rozumiem że humanista to osoba mająca trudności z matematyką na poziomie szkoły średniej? Dotychczas miałem inne wyobrażenie humanistów ale widocznie znaczenia słów ulegają zmianie.

@Autor
Moim zdaniem notka napisana jest wystarczająco przystępnie dla uważającego na lekcjach licealisty. Myślę że takich pojęć jak logarytm nie trzeba dodatkowo objaśniać. Co najwyżej można dodać w tekście linki do wikipedii czy innych źródeł przy niektórych pojęciach. Co prawda każdy może sobie sam wyszukać, ale link podany przez autora jest jakby gwarancją, że informacje tam podane są na dobrym poziomie.

whiteskies
whiteskies
10 years ago

Bardzo prosty model tzw. “wielu szyb” pokazujacy ze efekt cieplarniany sie nie nasyca ( lopatologicznie choc nie najlepiej z fizycznego punktu widzenia interpretowany “im wiekszej szyb tym wieksza grubosc optyczna”) omowiony jest “dla humanistów” tutaj (rys.3):
http://www.igf.fuw.edu.pl/wyklady/Klimat_ZOPAN_2007_IIa.pdf
a lbo ( z prostym rachunkiem)
tu:
http://www.igf.fuw.edu.pl/wyklady/Fizyka_zmian_klimatu.pdf
slajdy 9-11.

bukowylas
Member
10 years ago

@ whiteskies

Muszę przyznać, że choć znam ten model z dwiema szybami to nigdy nie trafiał mi do przekonania 🙂 Nie chodzi tu o to, że jest on jakoś bardzo skomplikowany, ale o to, że atmosfera tak nie wygląda w rzeczywistości, nie ma w niej żadnych dwóch warstw (ani nawet jednej szyby) i przykład z szybami wydaje mi się w ogóle dosyć mylący.

@ Krzysztof Haman

Panie Profesorze, tak się złożyło, że akurat materiały do pańskiego wykładu podlinkował whiteskies, mam zatem pytanie do strony nr 5 (pierwszy pdf): pisze Pan, że para wodna jest odpowiedzialna za ok. 97% efektu cieplarnianego w pobliżu powierzchni Ziemi. Akurat niedawno czytałem tekst Gavina Schmidta na temat pary wodnej, w którym próbował dociec skąd wzięła się liczba 98% podawana przez Lindzena. Czy mógłbym zapytać skąd Pan wziął te 97%?

@ Marw

Rzeczywiście, słowo “humanista” jest tu użyte w znaczeniu osoby, która wzdryga się na widok wszelkich wzorów, a nawet na sam dźwięk słowa “fizyka” 🙂 Wydaje mi się, że w moim liceum fizyka nie była uczona na poziomie, który pozwalałby bez szperania w sieci zrozumieć wszystko, co było w tym artykule. A mówiąc szczerze, to nawet gdyby była, to i tak bym już tego wszystkiego nie pamiętał tak, jak nie pamiętam postanowień II pokoju toruńskiego i przebiegu mitozy 🙂 Co nie znaczy jednak, że w ogóle nie uznaję fizyki za interesującą. Jest w niej wiele rzeczy fajnych, szczególnie tych, dotyczących życia codziennego. Nawet po studiach czytałem dla przyjemności “Sześć łatwych kawałków” Richarda Feynmana. A w dzieciństwie “Przygody z Machefim” 😉

bukowylas
Member
bukowylas
Member
10 years ago

Dodam jeszcze tylko, że celem tego krótkiego tekstu nie jest przerobić cały artykuł „Czy efekt cieplarniany może się wysycić?” na wersję dla humanistów, a już na pewno nie to, by poprawiać autora 🙂 Chodziło mi o to, by spróbować przybliżyć czytelnikom pojęcie “efekt nasycenia pasma”, które jest związane z powyższym tematem i zrobić to tak, by było to jak najłatwiejsze do zrozumienia.

Stefan
Stefan
10 years ago

Proszę o wytłumaczenie mi tego:

widma oscylacyjno-rotacyjne mają ciekawą i sprzeczną z intuicją
(przynajmniej moją) cechę. Mianowicie całe składają się z linii. A
linie są poszerzone w wyniku zderzeń miedzy cząstkami (tzw. efekt
Lorentza
[…]
A im większe ciśnienie, tym więcej zderzeń. Czyli tym szersze
linie.

O jakie linie chodzi? O te pionowe, z których na oko składa się
wykres? No, ale to przecież musi być niedokładność rysunku, bo wykres
przedstawia funkcję, więc o żadnych naprawdę pionowych jego
fragmentach nie może być mowy. A jeszcze zderzenia miałyby je
poszerzać? Nie rozumiem.

Jeszcze ten wzór:

Α = C + D ln(m) + E ln(p)
gdzie C, D i E to stałe, m to ilość substancji absorbującej
a p to ciśnienie.

skłania mnie do pytania o jednostkę absorpcji. Nie wiem, co rozumiesz
przez ,,ilość substancji absorbującej”, ale jeśli jej masę, to
środkowy składnik ma jakąś szaloną jednostkę d·ln(kg),
więc Α powinno mieć tak samo
(d == nieznana mi jednostka stałej D, zapewne coś/ln(kg)).

W każdym razie czy nie prostszy byłby zapis

Α = ln(C1 · m^D · p^E)

z jednym logarytmem?

– Stefan

Stefan
Stefan
10 years ago

Zmyliła Cię nazwa “linia” w sensie używanym w spektroskopii. Nie
chodzi o linie w znaczeniu matematycznym ale o wąskie maksima
absorpcji (bo na naświetlonej kliszy ze spektrografu każda wygląda jak
wąska linia).

Aha, dzięki.

Co do wzoru to masz rację. Można go napisać tak jak proponujesz. Ale
czy to coś zmienia?

Obliczeniowo oczywiście nic. Ale pojęciowo… Już słyszałem, że
,,absorpcja jest proporcjonalna do logarytmu z ilości gazów
cieplarnianych w atmosferze”. Ten wzór może nadać sens takiemu
niejasnemu frazesowi. Jak go w Twoim powyższym artykule zobaczyłem,
to zaraz zacząłem się zastanawiać, co może wyrażać iloczyn masy przez
ciśnienie. Ale szybko to rozważanie porzuciłem, bo przecież i tak nie
znam wykładników potęg D i E, a nawet ich jednostek.

No właśnie, czy mógłbyś wyjaśnić te jednostki?

– Stefan

whiteskies
whiteskies
10 years ago

@arctic
Ja wiem, ze model z szybami jest modelem poglądowym (co należy zaznaczać przy omawianiu go). Pokazuje jednak dobitnie różnice miedzy własnościami optycznymi atmosfery w zakresie widzialnym i podczerwieni, na prosty wykład dla niespecjalistów jest “w sam raz”.

Stefan
Stefan
10 years ago

Zmyliła Cię nazwa “linia” w sensie używanym w spektroskopii. Nie
chodzi o linie w znaczeniu matematycznym ale o wąskie maksima
absorpcji (bo na naświetlonej kliszy ze spektrografu każda wygląda jak
wąska linia).

Czy mógłbyś mnie odesłac do jakiegoś obrazka pokazującego, jak wygląda
taka naświetlowna klisza ze spektrografu? Żeby było widać te linie, i
żeby było wiadomo, skąd się wzięły.

Próbowałem wyszukać w Interśmieciu, ale bez skutku.

– Stefan

Krzysztof Haman
Krzysztof Haman
10 years ago

Przepraszam za dotychczasowy brak odpowiedzi na pytanie z 16 kwietnia ale przez dłuższy czas nie zaglądałem do tego blogu i dopiero dziś je odkryłem. Ponieważ 97% o które Pan pyta wziąłem z wysokościowych rozkładów efektu cieplarnianego różnych gazów, które dostarczył mi kolega bez odsyłaczy do źródła, muszę te dane dopiero odgrzebać (wykład jest 2007 r) i może trochę potrwać zanim będę mógł odpowiedzieć bardziej wyczerpująco.

mora
mora
10 years ago

@arctic
Na rys.1 zamiescil Pan wykres. Moze Pan wyjasnic wymiar tej jednostki ktora tam wystepuje i co sie tam stalo z nawiasami?
@arctic, @Stefan
Mysle, ze dziwnie wymyslacie Panowie z tymi logarytmami, a szczegolnie z wymiarami. Panowie, prawdopodobnie malo wiele w zyciu co mierzyli. Mysle, ze autorzy w tym rownaniu poslugiwali
sie jednostkami wzglednymi: p i m, podobnie jak c=1 (predkosc swiatla).
Wtedy mozna w prosty sposob wyznaczyc stale C, D, E. Zakladajac, ze tak jest to: dla: m<1 lub p<1 to poszczegolne skladowe sa ujemne. Ten wzor musi, chyba, miec ograniczenia w stosowaniu, bo mogla by sie okazac, ze calos jest mniejsza od zera, a to brzydko pachnie.

Krzysztof Haman
Krzysztof Haman
10 years ago

Z ponad miesięcznym opóźnieniem uzupełniam odpowiedź na Pana pytanie, skąd się w moim wykładzie wziął 97 procentowy udział pary wodnej w efekcie cieplarnianym, ale miałem ostatnio inne sprawy na głowie, a rzecz okazała się bardziej złożona niż mi się początkowo wydawało. Jak wyjaśniałem uprzednio, skorzystałem z dostarczonych mi przez kolegę, specjalistę od promieniowania (sam się nigdy tą problematyką głębiej nie zajmowałem) pionowych rozkładów wymuszenia radiacyjnego (różnicy pomiędzy natężeniem promieniowania “w dół” i “do góry”) w dalekiej podczerwieni dla pary wodnej i CO2 w stosunku do atmosfery pozbawionej tych gazów. Jak się okazuje, były to jego własne obliczenia pewnym standardowym programem, przy założeniu jakiś typowych pionowych rozkładów tych gazów w atmosferze. Przeliczyłem to sobie pobieżnie na efekt temperaturowy, (jak teraz widzę, błędnie) a ponieważ był bliski wartości podawanej przez Lindzena (skądinąd mojego dobrego znajomego) uznałem go, niestety, za właściwy. Gdy jednak zacząłem z tym kolegą obecnie dyskutować, doszliśmy do wniosku, że na pytanie o procentowy udział takiego czy innego gazu w ogólnym efekcie cieplarnianym (rozumianym jako różnica pomiędzy temperaturą faktycznie obserwowaną przy powierzchni Ziem a temperaturą na powierzchni hipotetycznej Ziemi pozbawionej atmosfery) nie sposób jednoznacznie odpowiedzieć. Najprościej jest (podobnie ja to zrobił przywoływany przez Pana Schmidt) policzyć wymuszenie radiacyjne danego gazu przy założeniu że innego w atmosferze nie ma i porównać go z wymuszeniem w przypadku atmosfery o pełnym składzie, lub atmosferą danego gazu pozbawioną. Wynik będzie jednak zależał od przyjętego modelu, oraz sposobu uwzględniania oddziaływań pomiędzy różnymi gazami a także innymi czynnikami kształtującymi temperaturę Ziemi i jej atmosfery a wobec hipotetyczności takiej sytuacji można to robić w różny sposób. Np. w przypadku pary wodnej można pytać, czy i jak uwzględniać chmury (powstają dzięki obecności pary wodnej) lub czy uwzględniać pochłanianie przez parę wodną bliskiej podczerwieni w promieniowaniu słonecznym (dość istotny składnik w ogólnym bilansie energetycznym atmosfery). Dodatkowy problem powstaje przy przejściu do efektu temperaturowego, który w rzeczywistości zależy nie tylko od wymuszeń radiacyjnych. Ostatecznie więc wszelkie procentowe szacunki poszczególnych składników tego efektu mają charakter dość umowny i różni autorzy mogą operować różnymi wartościami. Najsensowniejsze wyniki można by zapewne uzyskać za pomocą porównawczych obliczeń najbardziej zaawansowanymi operacyjnymi modelami klimatu, ale nie wiem czy ktoś to zrobił.
Trochę łatwiej mają autorzy tabelek takich jak znana tabelka z raportów ICCP, gdzie atmosferą odniesienia jest hipotetyczna atmosfera z epoki przedindustrialnej, gdyż wobec stosunkowo niewielkich przyrostów wymuszeń od różnych składników atmosfery, można w pierwszym przybliżeniu założyć ich addytywność.

bukowylas
Member
10 years ago

@ Krzysztof Haman

Dziękuję bardzo za odpowiedź. Ta kwestia wydaje mi się istotna z tego względu, że wpływ pary wodnej jest jednym z ulubionych argumentów naszych lokalnych sceptyków, szczególnie jednego 😉 Prof. Jaworowski wskazuje często, że para wodna stanowi, według niego, aż 98% efektu cieplarnianego, w związku z czym wpływ CO2 jest tak minimalny, że ograniczanie jego emisji nie ma najmniejszego sensu. Jak wskazuje jednak Gavin Schmidt, nie wiadomo skąd się wzięło to 98%, a że źródło jest wątpliwe, to i liczba jest wątpliwa. Tymczasem pojawia się wiarygodne źródło, w którym podane jest, że para wodna stanowi 97% efektu cieplarnianego – Pana wykład. Prof. Jaworowski mógłby więc powoływać się na ten wykład i mówić: “Jak to skąd wziąłem te 97%? Z wykładu prof. Hamana! Jest zamieszczony w internecie, proszę sprawdzić samemu” 🙂

Krzysztof Haman
Krzysztof Haman
10 years ago

Zgodnie z Pana sugestią poprawiłem tekst swego wykładu na stronie Instytutu Geofizyki UW, w szczególności usuwając to nieszczęsne 97%. Niestety, w tekście drukowanym w “Nauce” już tego zrobić nie mogę. Przy okazji podrążyłem ten problem dokładniej i chyba rozumiem skąd się u Lindzena wzięło to 98%. Prawdopodobnie zrobił podobny błąd jak ja poprzednio, tzn. przyjął, że procentowy udział poszczególnych gazów cieplarnianych w ogólnym efekcie temperaturowym jest proporcjonalny do czwartego pierwiastka z ich procentowego udziału w ogólnym wymuszeniu radiacyjnym (który sam, jak widać choćby z cytowanego przez Pana Schmidta, może być różnie szacowany). Jeżeli przyjąć go w górnej granicy, tzn. 90%, to dla przyrostu temperatury wychodzi 97.4%. Tymczasem sensowniej jest przyjąć prostą proporcjonalność.

whiteskies
whiteskies
9 years ago

@arctic
Jestem tu częstym gościem i czytam z ciekawością 🙂

Darwi
Darwi
7 years ago

Chyba nie da się z Panem sensownie dyskutować na tym blogu, (rozumiem, to blog a nie lista dyskusyjna).
Nie wiem czy Pan sam blokuje wysyłanie replik czy to jakaś opcja w ustawieniach bloga ale fakt jest faktem.

Mimo to spróbuje napisać parę słów o “wysyceniu” efektu cieplarnianego.

Po pierwsze, z właściwym sobie wdziękiem wypisuje Pan wzory i nie pisze dokładnie co w nich jest czym i niech się czytelnik sam napracuje skoro odważy się w coś zwątpić (zwrócił(a) na to uwagę już mora.. przyjrzyjmy się owemu groźnemu
Α = C + D ln(m) + E ln(p)
wygląda na to, że wbrew dotychczasowym zwyczajom absorpcja nie jest tu w jednostkach względnych lecz bezwzględnych.
Co się stanie gdy zamiast ilości P wstawimy 2p ?
załóżmy iż ta dodatkowa ilość jest zbyt mała by zmienić rozkład ciśnienia a więc pierwszy i trzeci człon pozostanie niezmieniony i mamy nowa wartość
A2=A +D*ln(2)
Co to zmieni ? Jeśli się okażę iż D*ln2 <0,001A to nie zmieni praktycznie nic.

Darwi
Darwi
7 years ago

1. Po wysłaniu paru replik niestety następnej wysłać się nie da,
2. Nie mam nic przeciw temu że moderuje Pan wręcz przeciwnie, byłby śmietnik gdyby Pan tego nie robił.
3.Przepraszam, pomyliłem literki,napisałem że chodzi mi o podwojoną ilość ale pomyliłem literki ( napisałem nawet że zakładam iż ta dodatkowa ilość ta dodatkowa ilość nie zmieni ciśnienia)
A przy okazji w czym to m jest wyrażone ?

Więc dla wyjściowej ilości m mamy:

Α = C + D ln(m) + E ln(p)

Dla podwojonej ilości mamy
Α = C + D ln(2*m) + E ln(p’)

Nie bardzo wiem dlaczego miały by się od tego zmienić stałe wiec pozwalam sobie opuścić “primy”
założyłem iż ta dodatkowa ilość jest wystarczająco mała by rozkład ciśnienia się nie zmienił więc:

A’=A + D*ln(2) rachunków nie przytaczam bo Pan tak ładnie to porachował że raz wystarczy.

Więc absorpcja wzrośnie o stały składnik (ciekawe jak mały), co zmieni ja o jakiś procent (ciekawe czy większy niż 10^-5), o jakiś mały procent wzrośnie grubość optyczna. Tylko CO Z TEGO ?
“Odpowiedź jest prosta. Skoro efekt cieplarniany jest proporcjonalny do grubości optycznej, a ta (poprzez wartość absorpcji) zwiększa się, jak suma logarytmów koncentracji CO2 i H2O, to nie ma możliwości wysycenia efektu cieplarnianego przez zwiększanie koncentracji gazów cieplarnianych.”
A skąd to Panu przyszło do głowy że efekt Cieplarniany jest proporcjonalny do grubości optycznej ?

Darwi
Darwi
7 years ago

Mam choć nie wiem czy Pańskie ograniczenia na ilość moich replik choćby te przepuszczą.

1. dlaczego nazywa Pan “stałe” wielkości we wzorze gdy one wg Pana zmieniają się w zależności od parametrów.
przecież to Pan napisał:
“Α = C + D ln(m) + E ln(p)

gdzie C, D i E to stałe,”

Ta nie pytam o to co się stanie jak zmienimy jednostki, tylko jak obliczyć wg tego wzoru przyrost wielkości A(m) spowodowany podwojeniem ilości gazu. Parametr m pierwotnie równy m1 po podwojeniu koncentracji gazu jest równy 2*m1, ilość CO2 w atmosferze jest tak niewielka że dodanie drugie tyle do atmosfery chyba nie zmieni znacząco ciśnienia. więc p pozostawiam bez zmian.
wstawiam do Pańskiego wzoru i wychodzi
A(2*m) = A(m) + B*ln(2)
Gdzie wg Pana jest błąd w rozumowaniu ?

2 ” Skoro efekt cieplarniany jest proporcjonalny do grubości optycznej” to cytat z Pańskiego artykułu.

Niestety moich wyjaśnień Pańskie wspaniałe “ograniczenia na które sobie zapracowałem” nie puściły i dlatego zdziwiło mnie pańskie stwierdzenie o liniowej zależności efektu cieplarnianego od grubości optycznej,

Choć Pański wzór wyprowadzony jest przy założeniu iż atmosfera jest szara (a nie jest) to nie protestuję bo moje wyprowadzenie jak pisałem tego założenia nie wymaga.

wiec jeszcze takie małe pytanko : (znów Pana zacytuję):” τ jest planckowską grubością optyczną długofalową”,
jak zmieni się owa optyczna grubość długofalowa w wyniku podwojenia ilości gazu który blokuje emisję w pewnym nie znów tak szerokim pasmie ?

Jan Kubicki
Jan Kubicki
3 years ago

Żeby gaz (np. dwutlenek węgla) mógł pochłaniać promieniowanie i zatrzymywać energię, jego temperatura musi być niższa od temperatury ciała, które to promieniowanie emituje. Czy zna Pan pionowy rozkład stężenia CO2 w troposferze. Wydaje się, że jako gaz cięższy od powietrza, powinien zalegać dolne warstwy troposfery a tym samym mieć temperaturę zbliżoną do temperatury litosfery. W związku z tym energia promienista nie powinna być przez CO2 zatrzymywana.

jacmus
jacmus
9 months ago

Wprawdzie tekst tego odcinka pochodzi sprzed wielu lat, wróciłem do niego. Nawiążę do zdania: “Wrócę do tego w następnym wpisie, w którym wystąpi pomijana dotąd (celowo) pionowa struktura atmosfery”.
Może przeoczyłem coś, ale w którym to odcinku jest opisane? Chciałbym poznać właśnie Pana zdanie, gdyż w wielu punktach wykracza Pan ponad myślenie czysto akademickie.
Pozdrawiam

jacmus
jacmus
9 months ago

Pionowa struktura atmosfery mogłąby być ciekawym kolejnym watkiem.