Hannu A. Sinivirta

Ilmakehäfysiikkaa J.W. Chamberlain (CO2 / H2O)

  • Astrofyysikko emeritusprof. J.W. Chamberlain (1928 - 2004)
    Astrofyysikko emeritusprof. J.W. Chamberlain (1928 - 2004)
  • Kuva 1.
    Kuva 1.
  • Kuva 2.
    Kuva 2.
  • Kuva 3.
    Kuva 3.
  • Kuva 4.
    Kuva 4.
  • Kuva 5.
    Kuva 5.
  • Kuva 6.
    Kuva 6.
  • Kuva 7.
    Kuva 7.
  • Kuva 8.
    Kuva 8.
  • Kuva 9.
    Kuva 9.
  • Kuva 10.
    Kuva 10.
  • Kuva 11.
    Kuva 11.
  • Kuva 12.
    Kuva 12.
  • Kuva 13.
    Kuva 13.
  • Kuva 14. Veden höyrynpaine lämpötilan funktiona
    Kuva 14. Veden höyrynpaine lämpötilan funktiona
  • 15. Veden höyrynpaine lämpötilan funktiona Integroituna
    15. Veden höyrynpaine lämpötilan funktiona Integroituna

Astrofyysikko, emeritusprof. J.W. Chamberlain (1928 - 2004)

 

Työn kuva (ao. linkki)

 

https://aas.org/obituaries/joseph-wyan-chamberlain-1928-2004

 

Missä J.W. Chamberlain meni vikaan, ei juuri missään:

 

(ΔF = 5.35 ln (C/C0)

 

Lähdetään liikkeelle Planckin fraktiosta, spektrivälillä:

550cm-1 - 1015cm-1

(ks. kuva 1)

 

CO2 GHG vuontiheys (F0) alku-konsentraatioon C0 antaa

(ks. kuva 2)

 

Sitten laskemme ilmakehän opasiteetin (τg), jonka johti J. W. Chamberlain yleisestä lämmönsiirtoyhtälöstä:

(ks. kuva 3)

 

Määritellään Ts :n suhde ΔF:ään τ:n läpi

(ks. kuva 4)

 

Derivoidaan kaava 3. ja korvataan Te

(ks. kuva 5)

 

Korvaamme nyt kaavat 4, 6, 7 ja 8 kaavaan  5.

(ks. kuva 6)

 

Ts:n korvaaminen yllä olevaan kaavaan:

(ks. kuva 7)

 

Kasvihuonekaasut mukaan lukien hiilidioksidi ja vesihöyry, pitävät maapallon lämpimänä noin 33 °C: n lämpötilassa, kun se ilman näitä ei olisi. Kuinka paljon lämpenemistä hiilidioksidi itse vaikuttaa maan nykyiseen pintalämpötilaan? 

Voimme laskea hiilidioksidin vuontiheyden (F) pitoisuudessa C nykyisessä ilmakehässä käyttäen yhtälöä:

(ks. kuva 8)

 

Vesihöyry

Lasketaan nyt lämpötilan nousu ilmakehän CO2-pitoisuuden kaksinkertaistuminen heti, kun vesihöyryn opasiteetin muutoksesta tulee palautetta lämpötilan muutoksen vuoksi. CO2-pitoisuuden kaksinkertaistumisesta johtuva lisääntynyt pintalämpötila mahdollistaa suuremman vesihöyryn pitoisuuden, suhteellisen kosteuden ollessa vakiona. 

Clausius-Clapeyron-yhtälön mukaan CO2:n aiheuttama maapallon pintalämpötilan 1,2°C:een lisäys itsessään antaa täydellisen 8%: n kasvun lämpimässä ilmakehässä kyllästyneen vesihöyryn määrässä tai 6,2%:n nousu 0,77: ssä, maapallon keskimääräisessä suhteellisessa kosteudessa. Ylimääräinen vesihöyryn opasiteetti lisää vesihöyryn kokonaisabsorptiota, mikä lisää pinnan lämpötilaa.

Vesihöyryn opasiteetti on vesihöyryn osapaineen (P) funktio:

(ks. kuva 9)

 

Hyödyntämällä yhtälöä 16. ja kun Maan pintalämpötila T = 288.15°K ≈ 15°C, P0:ksi saamme 1315.86Pa. Lämpimämmässä ilmakehässä oleva ylimääräinen vesihöyry nostaa osapaineen. Jos P1 ja P2 ovat osapaineessa kahdessa lämpötilassa T1 ja T2, saamme:

(ks. kuva 10)

 

Kasvihuone-efekti

Kasvihuone-efektin tehostuminen:

(ks. kuva 11)

 

Ilmastoherkkyys

Ilmastoherkkyys yhtälö:

(ks. kuva 12)

 

Esimerkki:

kaksinkerstainut CO2:n säteilypakote on luokkaa ≈ 4.35W/m2. Jos oletamme, että Maan albedo ei muutu (se todennäköisesti kuitenkin muuttuu), estimoitu ilmastoherkkyys tekijä λ ja muuttunut pintalämpötila pitäisi asettua tasapainoon tulevan ja lähtevän säteilyn välillä.

Muutos Q:n ja T:n välillä antaa:

(ks. kuva 13)

 

Ja vielä lopuksi Clausius-Clapeyron-yhtälön mukainen veden höyrynpaine lämpötilan funktiona ja integraali 0:sta 1:een.

(ks. kuvat 14 ja 15)

 

A. IPCC on määritellyt tasapainoisen ilmastoherkkyyden (ECS - Equilibrium Climate Sensitivity) välille 1.5°C - 4.5°C. Käytännössä se tarkoittaa sitä, kuinka paljon odotamme maailman lämpenevän, jos ilmakehän hiilidioksidi kaksinkertaistettaisiin ja odottaisimme muutaman sadan vuoden ajan, jotta ilmasto saavuttaisi uuden tasapainon.

B. IPCC on myös arvioinut λ:n eli ilmastoherkkyysparametrin välille 0.34 - 1.03

Säteilypakote RF = ΔFλ ja jos nyt varioimme ΔF:än ääripäitä, eli:

RF1 = ΔF1 x λ1 = 3.71W/m2 x 1.03 ≈ 3.8°C

RF2 = ΔF2 x λ2 = 4.35W/m2 x 0.34 ≈ 1.5°C

(ks. kuva 13)

Lukemat asettuvat vielä kauniisti ECS:n välille 1.5°C - 4.5°C

Piditkö tästä kirjoituksesta? Näytä se!

0Suosittele

Kukaan ei vielä ole suositellut tätä kirjoitusta.

NäytäPiilota kommentit (7 kommenttia)

Käyttäjän JaliKarjalainen1 kuva
Jali Karjalainen

hiiltä co2 ei kyllä nyt ole kuin 415ppm, liitukaudella oli hiiltä co2, korkein arvio yli 7000ppm, mutta silloin oli paljon enemmän metšiä lämmittässä ilmastoa, paljon metsiä, niin paljon lämpöä ja hiiltä co2,nyt on paljon ihmisiä, liikenteen kalustoa, teollisuutta, kulutus, maataloutta jne.

Käyttäjän aveollila1 kuva
Antero Ollila

Olet näköjään joutunut aivan ristiriitaan arvostamasi IPCC:n kanssa.Tässä suora lainaus raportista AR4:

IPCC writes: “The diagnosis of global radiative feedbacks allows better understanding of the spread of equilibrium climate sensitivity estimates among current GCMs. In the idealized situation that the climate response to a doubling of atmospheric CO2 consisted of a uniform temperature change only, with no feedbacks operating (but allowing for the enhanced radiative cooling resulting from the temperature increase), the global warming from GCMs would be around 1.2 °C.” Vesihöyryn takaisinkytkekntä aiheuttaa IPCC:n mukaan tämän arvon kaksinkertaistumisen.

Kun mukana ei ole veden takaisinkytkentää, niin IPCC:n mukaan CO2:n aiheuttama ilmastoherkkyys on 1,2 astetta. On muuten arvo, johon monet tutkijat ovat päätyneet, mutta siinä on vain yksi pieni mutta: he ovat käyttäneet tutkimuksissaan lähtökohtana Myhre et al.:n kaavaa RF = 5,35 *ln(C/280), joka antaa arvon 3,7 W/m2. Yksi tunnetuimmista luvuista ilmastonmuutostieteessä. Kun kerrot tuon arvon IPCC:n ilmastoherkkyysparametrilla 0,5, niin päädyt arvoon 1,85 astetta eli TCS-arvoon.

Käyttäjän HannuSinivirta kuva
Hannu Sinivirta

2. En tiedä miten tulkitset IPCC:n ja minun arvioita (yksinkertaistuksia ja virheitä?), se on täysin subjektiivista ja suhteellista. Itse en näe suurtakaan ristiriitaa heidän tulkinnoissaan. Päinvastoin minulle on tullut hyvin vahvasti sellainen käsitys, että sinulla on se ristiriita.

On myös hyvä muistaa, että laskelmat ovat teoreettisia riippumatta siitä, kuka niitä formuloi ja ne ovat enemmän tai vähemmän approksimaatioita.

Mikä näissä kysymyksissä on tärkeintä, on palata perus-asioiden äärelle ja yhtenä erinomaisen hyvänä esimerkkinä veden ja vesihöyryn palauteilmiö, sekä (HE = Hydrostatic Equilibrium). Tämä on unohdettu näissä keskusteluissa.

Vetoat voimakkaasti veden ja vesihöyryn merkitykseen ilmaston lämpötiloissa, -jolla on toki voimakas dominantti, mutta ei primäärinen dominantti. Mikä veden ja vesihöyryn merkitys on, se yksinkertaisesti johtuu siitä, että ilmakehä lämpenee syistä, kuten auringon ja muiden pitkäikäisimpien kasvihuonekaasujen vaikutuksena.

Vettä ja erityisesti vesihöyryä (faasi - ilmakehä) kuvaa hyvin eksplisiittisesti Clausius-Clapeyron -yhtälö, jossa huomioidaan vesihöyryn osa-paine lämpötilan ja suhteellisen kosteuden funktiona. Ilmakehän opasiteetti on myös unohdettu näissä keskusteluissa, joka kaiken kaikkiaan on oleellinen tekijä.

RF:ssä on variantteja, sekä ΔF että λ ovat laskennallisia.

Käyttäjän jallerajala kuva
Jari Rajala

Hienoa perehtyneisyyttä aiheeseen! Mitäpä mieltä seuraavasta. Ihmisen vaikutus ilmaston lämpenemiseen olisi linkin mukaan max. 0,01 C
Linkki - https://www.naturalnews.com/2019-07-12-climate-cha...

Käyttäjän HannuSinivirta kuva
Hannu Sinivirta

4. Jollakin on täytynyt olla hurja mielikuvitus tai sitten 0.01°C:een tarkkuudella toimiva globaali kvantti-mittari..:)

Käyttäjän jallerajala kuva
Jari Rajala

Varmaankin niin, en tunne alaa niin hyvin. Tuolta löytyy Turkulaisten tutkimuksesta lyhyt pdf. >>>
https://arxiv.org/pdf/1907.00165.pdf

Käyttäjän HannuSinivirta kuva
Hannu Sinivirta Vastaus kommenttiin #6

En kyllä panostaisi Turkulaisten tutkimukseen ja yksinkertaisesti siitä syystä, ettei vain muutamilla kuvilla ja yksinkertaisella matematiikalla johdeta ohi oikeastaan mistään tietokonemallinnuksista. Kyllä minä luotan edelleen astrofysiikan ja ilmakehän pioneereihin ja heidän asiantuntemukseen, kuten esim. J.W. Chamberlainin ansiokkaaseen työhön. Hän oli yksi ensimmäisistä maailmassa, joka johti eri planeettojen atmosfäärien profiilit (CO2, -H2O, -O3..jne) ja niiden vaikutukset. Niistä päivistä aina näihin päiviin hänen formulointeja on sovellettu ilmastonmuutoksen selvittämiseksi.

Toimituksen poiminnat

Tämän blogin suosituimmat kirjoitukset