MODTRAN antaa outoja tuloksia, osa 2


Kuva 1

MODTRAN on infrapunasäteilymalli, jolla on saavutettu hyviä simulaatiotuloksia jo kymmeniä vuosia sitten (Linkki). Kuvassa 1 on tämän kirjoitussarjani ensimmäisen osan kuva hieman täydennettynä. Aiempi ihmettelyni siitä, että pilvipeitteen alla hiilidioksidipitoisuuden muutos ei näy välittömänä säteilymuutoksena ilmakehästä pintaan suuntautuvassa säteilyssä saa nyt täydennyksekseen sen ihmettelyn, että vaikka pilvisellä säällä avaruuteen poistuva pitkäaaltoinen OLR-säteily onkin huomattavasti vähäisempää kuin kirkkaalla säällä, niin hiilidioksidipitoisuuden muutos näkyy varsin samantapaisesti. Vihreä ”OLR70km, pilvetön,standardi”-  ja violetti ”OLR70km, stratus,sandardi”-käyrät antavat tästä esimerkin standardi-ilmakehän osalta. Tämä voisi harhauttaa uskomaan, että CO2:n pitoisuusmuutoksen pintalämpötilavaikutus on sama pilvipeitteestä riippumatta. MODTRAN kuitenkin vihjaa siihen suuntaan, että pintalämpötila ei muutu ollenkaan pilvipeitteisessä maassa, olipa hiilidioksidia enempi tai vähempi. Tässä siis pintalämpötilan muutosta odotetaan alas suuntautuvan säteilyn muutoksesta, mutta koska tämä DLR-säteily ei muutu, oletetaan pintalämpötilankin jäävän muuttumatta.

Edellä ei ehkä ole mitään oudoksi luettavaa, mutta sittenpä sitä saadaan, kun aletaan tutkailla MODTRANin antamia pintatehoarvoja. Kaavassa 2 RF on säteilypakote, jonka kerrotaan olevan palautteettomalla hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistumisella 3,7 W/m2 ja lämpötilamuutoksen  (ΔTs) olevan yhden kelvinasteen verran, jolloin ilmastoherkkyys λ saa arvon 0,27 K/(W/m2).

ΔTs = λRF  (Kaava 2)

Ilmastoherkkyys ei kuitenkaan ole mikään luonnonvakio eikä hiilidioksidin ominaisuus. Siihen ympätään myös seurannaisvaikutukset eli palautteet, jolloin käytetäänkin λ-lukemaa 0,8 K/(W/m2). Tällöin taas (ΔTs) saakin arvon n. 3 K kaavasta 2 laskettuna.

MODTRAN ei anna palautevaikutuksille sijaa, vaan se voidaan nähdä silmänräpäyskuvana asetusten mukaisen järjestelmän alkutilasta. On varmaan kiinnostavaa, että pilvettömälle standardi-ilmakehälle MODTRAN antaa CO2:n kaksinkertaistumisen säteilypakotteeksi hieman yleisesti käytettyä pienemmän arvon, 3,27 W/m2, mutta kuivalle standardi-ilmakehälle vastaavaksi pakotearvoksi 6,4 W/m2. Vesihöyryn vaikutus näkyy siis MODTRANissa varsin voimakkaasti ja pilvettömässä standardi-ilmakehässä vesihöyry onkin peittänyt miltei puolet hiilidioksidin absorptiosta tai säteilypakotteesta.

Vesihöyryn pitoisuusmuutoksen pakotevaikutus

Koska vesihöyry on selkeästi hiilidioksidia merkittävämpi IR-absorboija ja -säteilijä eli lämmöneriste ilmakehässä, yritin MODTRANista saada tämän muutoksen vaikutusta ulos. Kuva 2 kertoo tästä jotain. Kuvassa näkyy, miten yhden asteen lämpötilan muutos vaikuttaa pilvettömästä ilmakehästä alas tulevaan säteilyyn suhteellisen kosteuden pysyessä vakiona, käytännössä siis vesipitoisuuden kasvaessa.

Kuva 2.

Kuva 2.

Säteilyenergian muutos kuvan vasemman ja oikean puoliskon tilanteen välillä on 4,805 W/m2. Siitä arviolta 0,7 W/m2 on CO2:n lämpenemisen osuutta ja vesihöyryn ”pakotevaikutus” yhtä astetta kohti on luokkaa 4,1 W/m2.

Jos lasketaan välitön yhteispakote hiilidioksidipitoisuuden kohoamiselle esiteollisesta 280 ppm:stä 400 ppm:n ja yhden asteen kohoamiselle kirkkaassa ilmakehässä, saadaan 1,66 W/m2 + 4,8 W/m2 = n. 6,5 W/m2.  Koska ilmaston lämpötila ei ole kohonnut ainakaan merkittävästi yli yhden asteen tällä tarkasteluajalla, välitön λ eli ilmastoherkkyys olisikin luokkaa 0,15 K/(W/m2).

Jos taas luotamme Wikipediastakin löytyvään arvioon hiilidioksidin kaksinkertaistamisen tasapainotilasta 3 K lämpötilan kohoamisineen, niin silloin arviolaskelma saa muodon 3,27 W/m2 + 3*4,8 W/m2 = n. 17,7 W/m2. Tästä laskettu ilmastoherkkyys olisi 0,17 K/(W/m2). Yllättävästi kohtuullisen lähellä edellistä arviota.

Entä sitten?

Edellä olevasta selvinnee, että ilmastotieteen käyttämä kaavan 2 ilmastoherkkyyden λ-lukema on CO2-priorisoitu. Eli siinä on ainakin vesihöyryn säteilyvaikutus ympätty hiilidioksidin ilmastoherkkyyteen. Tällä voinee olla merkitystä vesihöyryn itsenäisempää merkitystä korostavien esitysten osalta. Viittaan tässä mm. tohtoreihin Ollila ja Kauppinen.

Edellä laskemani ilmastoherkkyysarvot ovat kirkkaalle ilmakehälle, jolloin niitä ei pidä pitää koko ilmakehälle edustavina edes välittöminä eli palautteettomina lukemina. Olen tehnyt alustavia laskelmia, joissa eri pilvipeitemuodot ovat painoarvoisesti huomioituina.  Jatkoa saattaa seurata.

Linkkejä

https://en.wikipedia.org/wiki/Cloud_forcing (Linkki) Artikkeli pilvipakotteesta. Ei näytä ottavan kantaa CO2-pakotteen häipymiseen pilvien alla.

https://en.wikipedia.org/wiki/Outgoing_longwave_radiation (Linkki) Artikkeli avaruuteen suuntautuvasta maapallon lämpösäteilystä.

https://scienceofdoom.com/2010/07/17/the-amazing-case-of-back-radiation/ (Linkki) Blogi aiheen liepeiltä.

https://judithcurry.com/2010/12/11/co2-no-feedback-sensitivity/ (Linkki) Curryn artikkeli samasta aiheesta.

21 responses to “MODTRAN antaa outoja tuloksia, osa 2

    • Nämä gravitaatiolämmitysjutut ovat minulle ainakin outoja. Jos vaikka ilmaston keskilämpötila oli painovoiman aikaansaannos, niin keskilämpötilan muutosta tuskin pystyy selittämään gravitaation muutoksella.

      Tykkää

      • Ei pysty, mutta siitä huolimatta ilmakehän paine on oleellinen tekijä lämpötilajaukaumaan, mikä näkyy lapse-rate-käyrästä.

        MODTRAN:sta on eri versioita. Tuo mihin linkkisi viittaa on erilainen kuin tämä:
        http://forecast.uchicago.edu/Projects/modtran.orig.html
        ainakin siltä osin, että linkkisi ohjelmassa CO2-pitoisuus (ppm) on vertikaalisti vakio, kun taas tuossa minun linkkaamassani se ei sitä ole.

        Tykkää

      • No nyt sinä vasta sen kerrot (-; Äkkipäätä näyttäisi ulosmenevässä säteilyssä olevan isompi ero (n. 2 W/neliö) kuin alastulevassa (n. 0,8W/neliö). Antanee kuitenkin virhearviota. Kiitos.

        Tykkää

  1. Täyynee selvittää miten kuumemmalla mitataan kylmempää, ja mitä se tarkoittaa.

    Lairtamme kahteen ämpäriin erilämpöistä netta ja upotamma kännymme niihin ja pidetään siellä pari minsaa-

    Sitten vaihdamme käsiämme eri astioihin jolloin havaitsemme toisen olevan kuumaa, toisen kylmää.

    Eli Dicke mittaus, jolla on eri sovelluksia.

    Sovitettu pääte on referenssi se om mittalaitteen sisällä olevassa antenni tai sensorihaarassa oleva yleensä 50 Ohmin resistanssi jota voi tarkastella vaikka puolet mittausajasta, ja siintä vähentämällä antennihaarasta tuleva heikompi eli kylmempi säteily
    saamma suht koht helposti laskettua kohten kirkkauslämpötilan, joka ei ole sama kuin lämpötila jonka laskeaksemme tarvitsemme kohteen emissivisyyden joka selviää vain paikan päältä.

    Sen vuoksi Marsin Radiometrilla suoritetut lämpötilamittaukset menivät päin vittua.

    http://lib.tkk.fi/Diss/2003/isbn9512268140/article5.pdf

    Ilkka

    Liked by 1 henkilö

  2. Täytynee palata vielä aiheeseen.

    Myönnän aiheen olevan mystinen sen ollessa mystifiotu ilmastotieteen puolelta jotta ilmastotiede saisi todistaa -50 C ilmakehän lämmittämään maanpintaa 33 C astetta.

    Aiheeseen liittyy nollasummapeli jossa kuvitellut
    säteilyt lämmittävät toisiaan.

    Kuumempi ei tule kuumemmaksi kylmemmän sitä lämmittäessä.

    Tämä tarkoittaa sitä että voimme poistaa yhtälöstä toisensa kumoavat termit merkityksettöminä jolloin lämpöoppi kertoo että energia virtaa vain kuumemmasta kylmempää pääsäännön mukaisesti.

    Tömän voi selittää kvantillisesti taajuuden leikkaantumispisteellä.

    https://www.google.fi/search?q=cutting+frequency+spectrum+solar&rlz=1C1AFAB_enFI488FI488&biw=1024&bih=662&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwjKiqay6qPQAhUE_SwKHfdUDJYQsAQIHw

    Tämä tarkoittaisi sitä ettei kylmemmän fotonin kvantti pysty absorboitumaan kuumempaan jolloin nolla jää tulokseksi.

    Ilkka

    Liked by 1 henkilö

    • ”Tämä tarkoittaisi sitä ettei kylmemmän fotonin kvantti pysty absorboitumaan kuumempaan jolloin nolla jää tulokseksi.”

      Fysiikka ei tunne mitään tuollaista lakia. Uskon ettet pysty nimeämään ko. ilmiötä, olenko oikeassa?

      ..lisäksi sinun tulisi selittää miten kahden eri lämpötilassa olevien detektoria kylmempien kohteiden mittaus onnistuu? Nähdäkseni sinun teoriasi ei moista mahdollista, koska jo 0.01C alle detektorin lämpötilassa oleva kohde antaa mittausarvoksi nollan.

      Tykkää

  3. Kerropa myteurastaja miksi 20C lämpöinen detektori jäähtyy enemmän kun se suunnataan -20C kohteeseen, kuin silloin kun se suunnataan 0C kohteeseen? Mitä tapahtuu?

    Tykkää

  4. Sinun mittarissasi on lämpösähköpari, johon muodostuva lämpögradientti muutetaan jännitteeksi, jota mittari lukee. Gradientti tietenkin muodostuu siihen suuntaan sohotatko laitetta kylmempään vai lämpimämpään suuntaan

    Tykkää

  5. Kylmempi lähde lähettää vähemmin RF säyeilyä kuin kuumemmassa mittarissa sijaitseva tunnetussa lämpötilassa mittalaitteesa sijaitseva 50 Ohmin sovitettu pääte eli referenssi ti antennan eteen vastaavs referenssi joka on musta kappale sanan varsinaisessa merkityksessä..

    Jos miitataan vaihtaen näitä esim, 1000 Hz taajuudella
    Dicke kytkimellä vähentäen tulokset keskenään jällelle jää – luku ts. pienempi kuin referenssi.josta pitää laskea pois vahvistimen oma ja antennilämpötila ts.
    ym. kohina,

    Väittävät päästävätten 0,1 K tarkkuuteen, tiiä hänt?

    http://lib.tkk.fi/Dipl/2007/urn007760.pdf

    Kuka oli Dicke, joku neropatti mutta en tiedä mitä hänen mittaukset olivat löytävinään, jostain alkuräjähdyksen kaiuista höpjävät?

    http://www.cv.nrao.edu/course/astr534/Radiometers.html

    Ilkka

    Tykkää

  6. Niin Esalil, tuo detektori ilmaisee lämpötilaeron termoparin eri pintojen välillä jolloin ylöspäin katsotteassa tulos on miinus merkkinen, siis termoparin toisen tason ollessa mittalaitteen lämpötila, eikä se lämmitä jos jättää miinuksen huomioitta verraten tulosta absoluuttiseen nollapisteeseen joka on itseasiassa tuo 33K,n vallan ihmeellinen lämpeneminen kylmän lämmittämänä kyseessä ollessa vain painovoiman aiheuttama kaasun puristuminen ”lämpöhiukkasten” ollessa tiheämmässä.alhaalla kuin ylempänä viritystilasta riippumati.

    http://claesjohnson.blogspot.fi/2011/08/how-to-fool-yourself-with-pyrgeometer.html

    Ilkka

    Tykkää

  7. Styrgelle, ”Tämä tarkoittaisi sitä ettei kylmemmän fotonin kvantti pysty absorboitumaan kuumempaan jolloin nolla jää tulokseksi.”

    Tätä voi havainnollistaa itselleen Compton säteilyllä, tai olkoon ilmiö tai sironta.

    Ilmiöt ovat resiprookksia, ja on mahdotonta että pitkäaaltoisempi säteily muuttuisi lyhempiaaltoiseksi eli energisemmäksi ilman prosessiin tuotua lisäenergiaa jolloin kuumempi lämmittäisi kylmempää
    kuten johtavin ilmastotiede yrittää todistaa.

    Käytännön esimerkin voimme kokea loisteputkessa
    jossa UV muuttuu lämmöksi ja nähtäväksi valoksi putken loisteainepinnoituksessa, ja rikkoutunut materiaalisirpale alkaa valaisemaan hitsausvalokaaren ääressä muttei auringonvalossa joka on kylmempää.

    http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/compton.html

    Ilkka

    Tykkää

  8. Entäs tämä sitten, mikä lienee vastaus?

    ”Kerropa myteurastaja miksi 20C lämpöinen detektori jäähtyy enemmän kun se suunnataan -20C kohteeseen, kuin silloin kun se suunnataan 0C kohteeseen? Mitä tapahtuu?”

    Olet toisaalla väittänyt että kylmemmän kappaleen säitely ei absorboidu lainkaan – mistä siis ero kahden erilämpöisen detektoria kylmemmän kohteen välillä?

    Tykkää

  9. Fysiikka ei tunne mekanismia jonka avulla kohteet torjuisivat kylmemmästä kappaleesta lähteneitä fotoneita. Oletko esim. kuullut lämmitettyjen peilien toimivan paremmin kuin kylmien?

    Tykkää

  10. Styrge: minä tuossa edellisessä ketjussa jo kerroin Newtonin jäähtymislaista. Väitit olevasi fyysikko. Onko tämä laki sinulle tuntematon? Sen avulla voi ihan laskea jäähtymisnopeuden. Vai tarkoititko ”enemmän jäähtymisellä” lopullista lämpötilaa tasapainossa? Sitä tuskin tarvitsee fyysikolle selittää.

    Tykkää

  11. esalil: 0C lämpöinen kohde lämmittää 20C detektoria enemmän kuin -20C lämpöinen kohde, mistä syystä detektorin lämpötila _laskee vähemmän_ 0C kohteeseen suunnattaessa, kuin -20C kohteeseen suunnattaessa.

    Mitä Newtonin jäähtymislaki asiasta sanoo, tuskin mitään radikaalisti erilaista?

    Tykkää

  12. Joten kommentoin havainnollisesti!

    Auringonsäteitä monistamalla ei saavuteta suurempaa lämpötilaa kuin aurigon pinta, eli mihin monistetut fotonit katosivat, josko niitä ollut alunperin olemassakaan.

    Detekorin jäähtyminen johtuu lämpövirran suunnasta ja määrästä.

    Otollisinta on että detektori olisi 0 K asteessa jolloin mittaustulokset olisivat yksiselitteisesti plussaa ilman tyhjänpäivästä inttämistä mitä se tarkoittaa fotonien nollasummapelin kera.

    Tykkää

  13. Niin, eli miksi -20C kohde jäähdyttää detektoria enemmän kuin 0C kohde? Tälle pitää olla selkä selitys, ja normifysiikassa niin onkin. Mitä tilanteessa tapahtuu?

    Tykkää

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s