EFEKT CIEPLARNIANY. Efekt cieplarniany występuje, gdy atmosfera zawiera gazy pochłaniające promieniowanie termiczne (podczerwone).

Transkrypt

1 Efekt cieplarniany występuje, gdy atmosfera zawiera gazy pochłaniające promieniowanie termiczne (podczerwone). Promieniowanie termiczne emitowane z powierzchni planety nie może wydostać się bezpośrednio w kosmos, bo jest pochłonięte przez atmosferę. Atmosfera ogrzewa się od tego pochłoniętego promieniowania i w sama emituje promieniowanie termiczne: w kosmos i do powierzchni planety. W związku z tym, do powierzchni planety dociera więcej energii, niż gdyby nie było atmosfery. EFEKT CIEPLARNIANY

2 Temperatura efektywna Ziemi widzianej z kosmosu wynosi: Te=[(1-A)FS/σ]1/4 gdzie: A albedo, Fs średni strumień promieniowania krótkofalowego na jednostkę powierzchni (342W/m2), σ stała Stefana-Boltzmanna. Temperatura efektywna naszej planety wynosi 255K, podczas gdy średnia temperatura przy powierzchni Ziemi wynosi 288K. Te 33K różnicy zawdzięczamy gazom cieplarnianym:

3 Począwszy od początku XIX wieku koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze stale rośnie i wg prognoz w 2050 roku jego zawartość podwoi się w stosunku do wartości jaka była na na początku tego okresu. Jest to efektem spalania paliw kopalnych oraz (w mniejszym stopniu) zmianami w szacie roślinnej. W paliwach tych zgromadziły się znaczne zasoby węgla przyswojone w przeszłości z atmosfery przez rośliny. Według modeli radiacyjnych podwojenie dwutlenku węgla spowoduje wymuszanie radiacyjne wzrost strumienia promieniowania długofalowego docierającego do powierzchni Ziemi o ok 4W/m2 (w stosunku do ery preindustrialnej). Podobnie jest z koncentracją innych gazów cieplarnianych. Obserwujemy stały wzrost ich koncentracji w ostatnich latach. Wiąże sie to: 1) ze wzrostem produkcji rolnej (ryż, bydło i trzoda chlewna produkują metan, nawozy sztuczne powodują wzrost koncentracji tlenków azotu); 2) ze wzrostem transportu (tlenki azotu powstają w silnikach spalinowych, ozon troposferyczny powstaje w reakcjach fotochemicznych z udziałem węglowodorów).

4 BILANS ENERGII UKŁADU ZIEMIA ATMOSFERA PRZESTRZEŃ KOSMICZNA EFEKT CIEPLARNIANY KOSMOS ATMOSFERA ZIEMIA Zmiany tego bilansu prowadzą do zmian klimatu.

5 Zmiany koncentracji dwutlenku węgla (CO2 ) w atmosferze.

6 Aktualna i prognozowana emisja dwutlenku węgla do atmosfery rozkład przestrzenny.

7 Zmiany koncentracji metanu (CH4 ) w atmosferze.

8 Metan w atmosferze

9

10

11

12

13 Aerozole wpływają istotnie na transfer promieniowania słonecznego w dolnej atmosferze rozpraszając je. Cząsteczki zanieczyszczeń mogą również absorbować promieniowanie słoneczne jednak dna ogół efekt ten jest zaniedbywalnie mały. Oddziaływanie aerozolu z promieniowaniem zależy od rozmiaru aerozolu, jego składu chemicznego oraz długości fali. Rozmiar cząsteczek aerozolu jest porównywalny do długości fali promieniowania słonecznego, w efekcie mamy do czynienia z rozpraszaniem typu Mie. Oznacza to, że współczynnik ekstynkcji promieniowania nie jest monotoniczną funkcja długości fali, zaś funkcja fazowa rozpraszania jest asymetryczna i zdecydowana większa liczba fotonów jest rozpraszana do przodu niż do tyłu. Aerozole oddziałują na klimat w dwojaki sposób. Pierwszy, tzw. bezpośredni efekt aerozolowy związany jest ze zmianami bilansu promieniowania słonecznego, wynikającymi z obecności warstwy aerozolu. Drugi, tzw. pośredni efekt aerozolowy polega na wpływie aerozolu na własności mikrofizyczne chmur. Oba te efekty działają LOKALNIE.

14 Rozkład przestrzenny grubości optycznej aerozolu atmosferycznego.

15 Aerozol mineralny pył z Sahary nad Oceanem Atlantyckim. Obraz satelitarny w świetle widzialnym.

16 Po lewej burza piaskowa nad Zatoką Perską, po prawej ten sam obszar pod cienką warstwa chmur Cirrus.

17

18 Grubość optyczna aerozolu w różnych porach roku.

19 Ilustracja pierwszego pośredniego efektu aerozolowego (czasami zwanego Efektem Twomeya ).

20 Pierwszy pośredni efekt aerozolowy: zmiany rozmiaru kropel chmurowych wpływają na własności optyczne chmur. Drugi pośredni efekt aerozolowy: zmiany rozmiaru kropel chmurowych wpływają na czas życia chmur i powstawanie opadu.

21

22 Smugi kondensacyjne nad Europą.

23

24

25 Wszystkie wspomniane czynniki musimy wziąć pod uwagę modelując procesy klimatyczne. Oczywiście to nie wystarczy!!! Niezwykle ważne jest to co dzieje sie na powierzchni Ziemi: własności powierzchni gruntu i OCEAN a w szczególności: - temperatura powierzchni morza (ang. Sea Surface Temperature) SST - cyrkulacje oceaniczne ( mechanizm transferu ciepła)

26

27

28

29 Modelowanie klimatu: + równania hydrodynamiki równania termodynamiki prawa transferu radiacyjnego własności składników atmosfery promieniowanie słoneczne oddziaływanie z podłożem model oceanu przemiany chemiczne układ równań modelu * * * zaklęcie w kod numeryczny uwzględnienie danych pomiarowych wielki superkomputer wirtualna rzeczywistość, w której możemy symulować mechanizmy zmian

30

31

32

33

34

35 Główne przyczyny zmian klimatu to: zmiany składu atmosfery: efekt cieplarniany efekt aerozolowy (bezpośredni i pośredni) w tym wybuchy wulkanów zmiany cyrkulacji oceanicznej zmienność aktywności Słońca zmiany w ozonosferze zmiany parametrów orbity ziemskiej dryf kontynentów zmiany pokrycia powierzchni Ziemi zmiany albeda, zmiany szorstkości, zmiany w wymianie ciepła i wody między atmosferą i powierzchnią Ziemi

36