CO2-takaisinsäteily hukkuu pilveen

Kuva 1. MODTRAN antaa CO2:n pakotearvoksi n. 3,3 W/m2 kirkkaalla ja kuivalla säällä. Lähde: http://climatemodels.uchicago.edu/modtran/

Leikkiessäni MODTRAN-mallilla, joka mallintaa lämpösäteilyä ilmakehässä, tein ainakin itselleni yllättävän havainnon: CO2:n kaksinkertaistaminen vaikuttaa maahan kohdistuvaan lämpösäteilyyn mittaustarkkuuden puitteissa kutakuinkin 0 W/neliömetri, jos mallissa käytetään mitä tahansa pilvipeitettä tai sadetta. Kuvassa 1 näkyy vertailuajo kuivahkossa standardi-ilmakehässä kirkkaalla kelillä. Saadaan CO2:n pitoisuuden nelinkertaistamisesta laskettua  n. 3,3 W/m2 säteilypakote ilmakehän CO2-pitoisuuden kaksinkertaistukselle. Tämä on varsin lähellä esim. Wikipediasta löytyvää vastaavaa arvoa. Voitaneen ajatella, että MODTRAN-malli antaa karkeasti saman tuloksen, kuin mitä ilmastotieteessä käytetään. Jos näin ei olisi, ei myöskään pilvisen sään tuloksilla olisi merkitystä.

Kuva 2. CO2 kaksinkertaistamisen pakotearvo n. 0,16 W/m2 pilvisellä säällä. Lähde: http://climatemodels.uchicago.edu/modtran/

Kuvassa 2 näkyy sitten pilvipeitteen merkitys CO2:n säteilypakotteeseen maan pinnalta mitattuna. Se (lisätty sana: säteilypakote) on varsin lähellä nollaa, jos huomioidaan mittaustarkkuuskin. Menikös tässä vahingossa rikki ilmastotieteen perusta ihan vain leikkiessäni?  Ennen hätäisimpiä johtopäätöksiä kannattanee vielä lukea vähän eteenpäin.

Mitä tulos voisi tarkoittaa?

Ensiksikin MODTRAN ei ole ilmastomalli, vaan säteilymalli.  Toisekseen se ei näyttäisi huomioivan vallitsevaa auringonsäteilyä, vaan paremminkin antaa tuloksen hetkellisestä yöllisestä säteilytilanteesta vakiolämpöisen maanpinnan ja ilmakehän välillä ilman palautekytkentöjä. Kolmanneksi ilmastomalleissa on pilvisyys otettu jotenkin huomioon jo pitemmän aikaa (Linkki). Nyt saatu tulos vain herättää kysymyksen, onko ilmastomalleissa pilvipeite huomioitu riittävällä tarkkuudella. Jos ei, niin mallien ennusteet ovat menossa pieleen tämän kosteustekijänkin vuoksi.

Aivan toisesta näkökulmasta tuosta nollaa lähenevästä CO2-pakotearvosta voisi päätellä, että hyvin pieniksi määritetyt CO2:n ilmastoherkkyysarvot saavat vähintäänkin varaselityksen. Niissä olisi vain pilveä enemmän mukana. Samoin kosteuspainotteiset vaihtoehtoiset ilmastoselitykset saattavat saada vähäistä tukea tästä mallinnusesityksestäni. Sehän kertoo, että vain vesi vaikuttaa märällä kelillä ilmakehän takaisinsäteilyyn, ei CO2.

Tiedä sitten, olisiko mitään etua saavutettavissa, jos täyspilvinen maapallo olisi toinen vakiotila täyskirkkaan ilmakehän rinnalla, joihin mallinnettua tilannetta verrattaisiin. Näin voisi maallikkona uskoa, sillä suoran piirtäminen kahden pisteen kautta on tarkemmin rajattua kuin yhden pisteen kautta piirrettäessä.

Ehkä lopuksi on vielä hyvä korostaa, ettei MODTRANin pohjalta pysty ennustamaan täysin pilvipeitteisen maapallon pintalämpötilaa. Poisjääviä vaikutuksia on ainakin albedon kasvu ja yläilmakehän hiilidioksidin takaisinsäteilyn vaikutus pilvipeitteeseen. Maapallolta ulosmenevä lämpösäteilyhän (OLR) joka tapauksessa MODTRAN-mallissakin vähenee, kun CO2-pitoisuus kasvaa.

Linkkejä

http://climatemodels.uchicago.edu/modtran/ (Linkki) MODTRAN-säteilymallin sivusto.

https://en.wikipedia.org/wiki/Climate_sensitivity#Radiative_forcing_due_to_doubled_CO2 (Linkki) CO2:n pakotearvo 3,7 W/m² pitoisuuden kaksinkertaistumiselle ilmakehässä.

https://andthentheresphysics.wordpress.com/2014/03/05/effective-emission-height/ (Linkki) Blogi ja keskustelua säteilytilanteen laskemisesta. Tarkasteltu poistuvaa säteilyä, eikä ole huomioitu kosteustekijöitä.

http://www.goes-r.gov/users/comet/tropical/textbook_2nd_edition/navmenu.php_tab_2_page_5.3.0.htm (Linkki) Tropiikki on kosteampaa kuin standardi-ilmakehä. Napa-alueet kuivempia, mutta pinta-alaltaan pienempiä.

http://michiganssa.blogspot.fi/2015/05/ed-caryl-cant-figure-out-modtran-buttons.html (Linkki) Blogi, josta voi päätellä, että MODTRAN on epäselvästi dokumentoitu. Se taas saa selityksen siitä, ettei paremmastakaan dokumentoinnista olisi maksettu.