MODTRAN antaa outoja tuloksia, osa 3


Toivoakseni tämä on MODTRAN-kirjoitussarjani viimeinen osa. Ensimmäisessä osassa outona tuloksena oli ainakin se, että pilvipeitteisessä säässä maanpintaan kohdistuva pitkäaaltoinen säteily (DLR) ei riipu ollenkaan ilmakehän hiilidioksidipitoisuudesta. Toisessa osassa kävi ilmi, että ilmakehän yläosassa ulosvirtaavassa pitkäaaltoisessa säteilyssä (OLR) hiilidioksidipitoisuuden muutoksen vaikutus on melko samansuuruinen, riippumatta siitä, onko alla olisi pilvipeite tai ei. Kun mitattu suure on pintalämpötila, katson perustelluksi tarkastella tässä pintaan kohdistuvaa säteilyä.

MODTRAN-sarjan toisen osan outoutena oli ilmakehän kosteuden merkittävänä näkyvä rooli välittömässä säteilytilanteessa myös kirkkaalla ilmalla. Lisäoutoutena on sitten se, ettei ilmastoherkkyyttä lasketa erikseen kosteusmuutoksille, joskaan tämä ei ole MODTRANin vika.

Kun MODTRAN antaa ilmakehän hiilidioksidilisäykselle 280 ppm:stä 400 ppm:ään maahan kohdistuvan pitkäaaltoisen säteilymuutoksen 1,664 W/m2 , tätä voi vastata vaikkapa 0,45 K lämpötilan muutos, jos kaavan 2 ilmastoherkkyysmuuttuja λ on 0,27 K/(W/m2).  Nyt kuitenkin on väärä tapa iteroida ottaa seuraavalle palautekierrokselle nämä syntyneet muutokset, jolloin tuloksena on ”räjähtävä” palauteketju, vaikka λ saisi hyvin pienenkin arvon. Ettei tätä räjähdystä oikeasti luonnossa tapahdu, johtuu mm. siitä, että Stefanin–Boltzmannin laissa säteilyenergia on lämpötilan neljännessä potenssissa. Siis maan pinnan lämpeneminen johtaa ”räjähtävästi” suurempaan lämpösäteilyyn ulospäin, joka hillitsee maan pinnan lämpenemistä, koska energiaa on rajallisesti käytettävissä. Hillitsevä palaute on tässä fysikaalinen luonnonlaki.

Jotta saisin jotain rotia kaavaan 2, lukitsen lämpötilan jo tapahtuneeksi ilmoitettuun lämpenemiseen eli 0,8 K:iin. Tätähän voi pitää kohtalaisena yläraja-arvioina, jos ajatellaan, että palautteet eivät ole voittopuolisesti negatiivisia. Näin pääsen laskemaan MODTRANiin pohjautuvia arvioita λ:n arvosta. Kun sitten lasken käyttäen standardi-ilmakehän pilvisyysvaihtoehtoja Ei pilviä, Stratus, Altostratus ja Cirrusmalli ja niille painokertoimia 0,33, 0,2, 0,33 ja 0,14 saan välittömäksi λ arvoksi 0,14 K/(W/m2), kun sekä hiilidioksidin että vesihöyryn palaute on tasa-arvoisesti mukana. Jos kaikki kaadetaan hiilidioksidille palautteineen, välitön λ saa arvon 0,65 K/(W/m2).

Nyt sitten joku voisi huomauttaa, että ilmastotieteessä se pintalämpötila lasketaankin kaavalla 2 ulosmenevästä säteilystä eikä maahan kohdistuvasta säteilystä. (Laskin sitten niin itsekin, ja sain edellä kuvatulla painotuksella λ:n arvoksi 0,77 K/(W/m2) käyttäen laskuissa mukana myös vesihöyrypalautetta. <-Etumerkkivirhe) (Lisäys-> λ  arvoksi tuli edellä kuvatuilla ehdoilla vesihöyry itsenäisenä 0,23 K/(W/m2)  ja 0,56 K/(W/m2), kun jakajana käytetään vain hiilidioksidin säteilyvaikutusta, mutta lämpötilan muutos on yhteinen.

Lopuksi

MODTRAN ei ehkä sittenkään anna niin outoja tuloksia. Outous on pikemminkin ilmastotieteen ominaisuus, kun pintalämpötilan muutosta kuvaava ilmastoherkkyys määritetään avaruuden rajalta ja se nimetään kokonaan CO2:lle. Jos verrataan λ:lle saamaani lukemaa 0,77 Wikipediastakin löytyvään lukemaan 0,8, niin nehän ovat tarkkuuden puitteissa samat.

Tuo yli viisinkertainen moninkertainen ero kahdella eri tavalla saadulle λ:n arvolle saattaisi joissain tilanteissa selittää hyvin alhaiset ilmastoherkkyysarvot. Alhaiset arvotkin voisivat olla kohtuullisen tarkkoja, mutteivät käytännöltään yhteneviä ilmastotieteen kanssa.

Kaavat

ΔF = 5,35ln(C/C0) Kaava 1
ΔTs = λRF  Kaava 2

Linkkejä

http://aveollila.puheenvuoro.uusisuomi.fi/219857-ilmastotutkijalta-meni-usko-tietokonepohjaisiin-ilmastomalleihin (Linkki) Antero Ollilan US:n Puheenvuoron  blogi aiheesta.

https://fi.wikipedia.org/wiki/Maan_s%C3%A4teilytasapaino (Linkki)  Yleisartikkeli maan säteilytasapainosta.

https://fi.wikipedia.org/wiki/Stefanin%E2%80%93Boltzmannin_laki (Linkki) S-B-säteilylaki.

Mainokset

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