III. rész A klímamodell megközelítése, amely alapjaiban változtathatja meg a klímaváltozás felfogását
A felmelegítő szén és lehűtő víz
A világ egyik első klímamodelljében végzett megközelítés az oka annak, hogy ma úgy gondoljuk, a globális felmelegedés kizárólag az üvegházhatású gázoknak köszönhető?
Ez a történet arról szól, hogyan alakult ki a "globális felmelegedés = üvegházhatású gázok" narratíva, és arról, hogy vajon a valódi éghajlati narratívának valóban így kellene-e lennie.
"Globális felmelegedés = üvegházhatású gázok + a talajromlás befolyásolja a vízkörforgást" .
Ebben a történetben Jule Charney, Syukoro Manabe és Richard Wetherald karakterei szerepelnek, akiket az előző, "Az eső eredetének kiderítése II. rész: Időjárás a digitális világokban" című esszében követtünk nyomon, amint felfedezik, hogy esőnk jelentős része a kis vízkörforgásból származik, hogy a tájhasználat változása hatással van az esőre, és hogy a párolgás hűti a Föld felszínét. Jule Charney vezette a világ első numerikus időjárás-előrejelzési kísérletét. Syukoro Manabe, aki később Nobel-díjat kapott üvegházhatást okozó modelljéért, elkészítette az első olyan éghajlati modellt, amely képes volt szimulálni a vízciklust. Elolvashatja ezt előző írást a háttértörténetért, vagy egyszerűen beleugorhat ebbe a történetbe.
Az, hogy melyik fenti elbeszélés a helyes, jelentős vizsgálat, mert ha a második elképzelés a helyes, akkor a globális felmelegedés mérsékléséhez a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésén kívül sokkal több intézkedésre lesz szükség.
1979: A világ ráébred az éghajlatváltozásra
Egyre több volt a tudományos hang, amely azt hirdette, hogy az éghajlatváltozás ember okozta. Az aggodalom egyre nőtt. 1979-ben a Meteorológiai Világszervezet megszervezte az első Éghajlati Világkonferenciát, amelyen 53 ország képviselői vettek részt, és amelyen a mezőgazdaság, a halászat, az ökológia, az éghajlattudomány, a közgazdaságtan, a környezetvédelem és az orvostudomány különböző szakterületek képviselői vettek részt. A konferencián közzétettek egy jelentést, amely leírja, hogy az ember hogyan okozza az éghajlatváltozást - egyrészt az üvegházhatású gázok kibocsátásával, másrészt a földhasználat megváltoztatásával.
Még abban az évben az amerikai Nemzeti Kutatási Tanács tudományos bizottságot hív össze, amelynek élén a meteorológus Jule Charney gyűrűvezető áll, hogy vizsgálja meg a szén-dioxid-kibocsátás üvegházhatását. A tudósok összeülnek, és összehasonlítják globális éghajlati modelljeiket - Manabe és Wetherald, Akio Arakawa és James Hansen modelljét. A modellek eléggé eltérnek abban, hogy szerintük a szén-dioxid hogyan befolyásolja a globális felmelegedést, ezért vita van arról, hogyan tovább. Végül úgy döntenek, hogy átlagolják eredményeiket, és kiadnak egy jelentést, amely szerint ha a szén-dioxid mennyisége megduplázódna, "a globális hőmérséklet 1,5 és 4,5 Celsius-fok között emelkedne, a legvalószínűbb eredmény pedig három fokos felmelegedés lenne". A globális felmelegedés veszélye, amelyet most végre számszerűsítettek és nyilvánosságra hoztak, nagy hatást gyakorol a korabeli kulturális párbeszédre, és a következő évben az üvegházhatásról szóló első amerikai kongresszusi meghallgatáshoz, valamint az ezt követő számos éghajlat-politikai vitához vezet. A később Charney-jelentésként ismertté vált jelentés így kulcsszerepet játszik a modern éghajlati mozgalom megszületésében. (A Charney jelentésben érdekes módon még szerepel a tájhasználat megváltoztatásából származó CO2 kibocsátás is, ami legalább egyenértékű volt a teljes fosszilis kibocsátással vagy ötször annyi.)
A jelentésben tárgyalt három globális klímamodell módszertanát egy olyan számításra alapozza, amelyet Manabe és Wetherald 1967-ben végzett annak megállapítására, hogy a szén-dioxid-kibocsátás hogyan vezethetett a mért globális hőmérséklet-emelkedéshez. Ebben a számításban, ahogy több szén-dioxid kerül a légkörbe, több sugárzás reked meg, ami növeli a globális hőmérsékletet. A megnövekedett globális hőmérséklet azt jelenti, hogy több vízgőz marad a légkörben. Ez a több vízgőz további sugárzást tart vissza, ami még jobban felmelegíti a légkört. A modellben a szén és a víz együttesen melegíti a légkört, ellentétben a korábbi modellekkel, amelyekben csak a szén melegítette a légkört. A számításokat egy tanulmányban írták le, egy olyan tanulmányban, amelyet évtizedekkel később a klímatudósok minden idők legbefolyásosabb éghajlati tanulmányának kiáltanak ki.
A Manabe és Wetherald közelítés. Helyes?
Ehhez a számításhoz Manabénak és Wetheraldnak ki kell találnia, hogyan modellezze a konvekciót és a vízkörforgást. A konvekció a felmelegedett levegő felfelé és a hűvösebb levegő lefelé irányuló mozgása. A konvekció vízgőzt szállít. A konvekciót azért nehéz szimulálni, mert sokkal kisebb léptékben történik, mint amennyit a globális klímamodell rácsai lehetővé tesznek. Azért nehéz modellezni, mert a víz a felhő szintjén fázisváltáson megy keresztül gőzből folyadékká. Manabe és Wetherald ezért egy közelítést alkalmaz, amelyet konvektív kiigazításnak vagy konvektív parametrizálásnak neveznek. Ez egy olyan közelítés, amely az elkövetkező évtizedekben számos klímamodellbe fog beépülni.
A közelítések azonban problémákhoz vezethetnek. Ha a súrlódást kihagyjuk a biliárdgolyó dinamikájának modellezése során, akkor azt kapjuk, hogy minden folyamatosan pattog, anélkül, hogy valaha is lelassulna. Ha a nemlineáris dinamikát lineáris egyenletekkel modellezzük, sok érdekes viselkedést figyelmen kívül hagyhatunk. Kihagynánk a káoszelméletet. A kis perturbációk nagy jelenségekké válhatnak. A nemlineáris egyenletek furcsa attraktorokkal rendelkeznek, a lineáris egyenletek nem. A közgazdászok sok éven át kihagyták a kis perturbációkat a lineáris modelljeikből. Aztán jött Brian Arthur, és azt mondta, hogy egy kis eltérés is átalakulhat valami nagyobbá. Példaként hozta fel, hogy ha korábban valamivel többen használták volna a Bétát a VHS videokazetták helyett, akkor a Béta talán dominálni kezdett volna a VHS felett, ahelyett, ami végül történt, hogy a VHS átvette volna a piacot. A közgazdászok a lineáris közelítések miatt nem értették meg a valós világ jelenségeit.
Manabe és Wetherald közelítései is problémákhoz vezetnének? Az általuk alkalmazott közelítés, az úgynevezett konvektív parametrizálás az oka annak, hogy a mai éghajlati mozgalmunk annyira a szénre összpontosít, ahelyett, hogy a szénre és a vízre egyaránt összpontosítana? Az ő közelítésük az oka annak, hogy az erdők és vizes élőhelyek pusztulásának az éghajlatváltozást előidéző hatását figyelmen kívül hagytuk?
Anastasia Makarieva, az esőfolyosók és biotikus pumpa elmélet társalapítója rámutat, hogy van probléma Manabe és Wetherald modelljével. Szerinte túlságosan leegyszerűsítették a helyzetet. A közelítés hibás.
A konvekció a felmelegedett levegő felfelé, a hűvösebb levegő pedig lefelé irányuló mozgását jelenti. Nehéz kiszámítani, mert a konvekció nemlineáris jelenség. A helyzet leegyszerűsítése érdekében Manabe és Wetherald a konvekciót lineáris jelenségként modellezi. Hidrodinamikai modell helyett hidrosztatikus modellt használnak. A hidrosztatikus modell úgynevezett konvektív kiigazítást használ, amelyet Manabe és Wetherald állandó értéken tart, még akkor is, ha az erdők és a vizes élőhelyek elpusztulnak.
Makarieva szerint az a mód, ahogyan a közelítéseket végzik, ahogyan az úgynevezett konvektív kiigazítást használják, problematikus. A mód, ahogyan ezt állandóan tartják, problematikus. Szerinte figyelmen kívül hagyják az erdők és a vizes élőhelyek párolgásának fontos szerepét a Föld hűtésében, aminek meg kellene változtatnia a konvektív kiigazítást. Tavaly tartott erről egy előadást, amit ebben a videóban és ebben a videóban láthatsz. (Észrevettem, hogy sokaknak gondot okoz az előadása megértése, ezért megpróbálom leegyszerűsíteni a magyarázatát ebben a kis videóban, amit tavaly készítettem. De még az én videóm is valószínűleg túl geekes a nézők felének, hogy megértse). Anastasia Makarieva Andre Nefiokovval, Antonio Nobrével és Anja Rammiggal közösen ír egy tanulmányt erről, és idén év elején publikálják. [Makarieva 2023]. Lehetséges, hogy bombaként hat, ahogy a világ kezdi megérteni, hogy mi történik ezekben a közelítésekben.
Tovább töprengtem azon, hogyan lehetne Makarieva eredményeit könnyebben érthető módon megmagyarázni, és nemrég a következő példával álltam elő. Még mindig igényel egy kis tanulmányozást, és továbbra is azt javaslom, hogy olvassuk el néhányszor, hogy megfelelően megeméssze. (Ha nem akarsz ebbe belemerülni, akkor ugorj néhány szakaszt előre a "Klímamodell-tuning" vagy a "Az öko-körök "alternatív" felfogása az evapotranszpirációs hűtésről" szakaszra).
Azt fogjuk tenni, hogy követjük a vizet, ahogy a konvekció által felfelé szállítja a látens hőt, amelyet aztán a nagyobb magasságokban lead, hogy kisugározza az űrbe. Megpróbáljuk kitalálni, hogy milyen körülmények között fog a víz felfelé mozogni, mert ha nem mozog felfelé, akkor a víz nem lesz képes lehűteni a Földet. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan emelkedik fel a vízgőz, először is megpróbáljuk megérteni, hogyan tudnak felemelkedni a léggömbök. Megmutatjuk, hogy azok a léggömbök, amelyekben több vízgőz van, gyakrabban tudnak felemelkedni, amit technikailag úgy fejezünk ki, hogy alacsonyabb a kritikus elhaladási sebességük. A több vízgőzzel rendelkező ballonok analógok lesznek az erdőkkel és a vizes élőhelyekkel, amelyek több vízgőzt párologtatnak. A léggömbök a vízgőzt magasabbra tudják szállítani a légkörbe, ahol a víz kondenzálódásának látens hőjéből származó infravörös sugárzás hatékonyabban tud az űrbe sugározni, így hűtve a Földet. Amikor erdőirtást végzünk és lecsapoljuk a vizes élőhelyeket, képletesen szólva kivonjuk a vízgőzt a léggömbökből, így azok nem tudnak ugyanúgy felemelkedni.
Képzeljünk el egy léggömböt forró levegővel. Engedd el, és a léggömb emelkedni kezd, ha a levegő elég forró. Ahogy a léggömb emelkedik, a léggömb folyamatosan tágul (feltételezzük, hogy a léggömb egy speciális anyagból készült, amely lehetővé teszi, hogy tovább nyúljon anélkül, hogy kipukkadna), miközben a benne lévő levegő lehűl. Ha a léggömb belsejében lévő levegő egyre hűvösebb lesz, mint a körülötte lévő levegő, akkor a léggömb nem fog tovább emelkedni. Tehát azt mondhatjuk, hogy ha a léggömb emelkedése közben a léggömb belsejében lévő levegő gyorsabban hűl le, mint a külső levegő, akkor a léggömb nem fog tovább emelkedni. Ha a léggömb belsejében lévő levegő lassabban hűl le, mint a külső levegő, akkor a léggömb tovább fog emelkedni. Ezt a hőmérsékletcsökkenési sebességet, ahogyan nagyobb magasságok felé haladunk, lapse rate-nek nevezzük. Azt a hőmérsékletcsökkenési sebességet, amelynél a léggömb már nem emelkedik tovább, kritikus elhaladási sebességnek nevezzük.
Most képzeljük el, hogy a léggömbben vízgőz is van. Ahogy a léggömb emelkedik, a vízgőz kondenzálódik, és látens hőt ad le, ami felmelegíti a léggömb belsejében lévő levegőt. A léggömb így még jobban tud emelkedni, mert most már melegebb. Így a léggömbön kívül a hőmérséklet függőlegesen lassabban csökkenhet, és a léggömb mégis emelkedni fog. A kritikus sebesség, amelynél a légkör hőmérséklete úgy csökken, hogy a léggömb nem emelkedik tovább, a kritikus elhaladási sebesség, így kisebb lesz. Ez egy kulcsfontosságú pont - a több vízgőzt tartalmazó léggömböknek alacsonyabb lesz a kritikus elhaladási sebessége, ami lehetővé teszi számukra, hogy tovább emelkedjenek, mint a kevesebb vízgőzt tartalmazó léggömböknek.
Most képzeljük el, hogy megszabadulunk a léggömböktől, mert a valóságban a légkör nincs tele léggömbökkel, és csak egy vízgőzt tartalmazó légtömeg marad. Képzeljük el, hogy kezdetben ez a légtömb eléggé melegebb, mint a környező levegő, ami miatt emelkedik. Ahogy emelkedik, kitágul és lehűl. A csomagban lévő vízgőz kondenzálódik, és látens hőt szabadít fel, ami felmelegíti a légkört.
[diagram az MS meteorology-ból. Itt van egy videó a saját magyarázza ezt a diagramot . Hasznos lehet néhány meteorológia 101 videót megnézni erről a hatásról].
Most képzeljük el, hogy több ezer ilyen légtömeg emelkedik fel. Egy bizonyos ponton ezek eléggé felmelegítik a légkört ahhoz, hogy több légtömeg ne tudjon felemelkedni, mivel a függőleges hőmérsékleti gradiens már nem elég meredek.
Eközben a légkör folyamatosan infravörös sugárzású hőt is sugároz az űrbe, így idővel lehűl, a légkör teteje gyorsabban hűl, mert az ottani infravörös sugárzásnak kevesebb üvegházhatású gázon kell áthaladnia, mielőtt belépne a légkörbe.
Ahogy idővel lehűl, a függőleges hőmérsékleti gradiens, a lapse rate, nagyobb lesz, és így a légtömegek ismét emelkedni tudnak. A légtömbök addig emelkednek, amíg el nem érik a kritikus szökési sebességet, majd ismét leállnak. (Az ilyen típusú, sugárzást és konvekciót is magában foglaló viselkedés az oka annak, hogy Manabe és Wetheralds modelljét sugárzási-konvektív modellnek nevezik). Mivel a sugárzás útján történő lehűlés lassabb, mint a konvekciós emelkedés, a légkör átlagosan a legtöbb időt a kritikus függőleges hőmérsékleti gradiensnél, a kritikus elhaladási sebességnél tölti.
Ez a fizikai magyarázat egy leegyszerűsített nézete annak, hogy mi történik valójában a légkörben, és Manabe és Wetherald ezt használja az éghajlati modelljében. Ahhoz, hogy a modelljük működjön, szükségük van egy kritikus elhaladási sebességre. Ezért megnézték a Föld átlagos függőleges hőmérsékleti gradiensét, ami körülbelül 6,7 K km^-1, és ezt tették bele a modelljükbe.
A probléma az, hogy a modelljükben azt feltételezték, hogy a kritikus függőleges hőmérsékleti gradiens, a kritikus elhaladási sebesség a jelenben is ugyanolyan, mint a múltban. De ez nem így van, ha az erdőket kivágták, a füves területeket leaszfaltozták, és a vizes élőhelyeket degradálták. A múltban több víz párolgása lett volna. Ami azt jelenti, hogy a tényleges kritikus függőleges hőmérsékleti gradiens akkoriban kisebb lett volna. A probléma Manabe és Wetheralds modelljével az, hogy nem engedik, hogy ez a kritikus elhaladási sebesség idővel változzon, és a kritikus elhaladási sebesség nagy szerepet játszik abban, hogy milyen globális hőmérsékletet érünk el. A modell tehát nem veszi figyelembe a földterület degradációját, amely az éghajlatváltozás egyik kulcstényezője. És az ezt követő legtöbb éghajlati modell, amely a konvektív kiigazítás/paraméterezés ötletére alapozza a modelljét, szintén ugyanezzel a problémával küzd.
Éghajlati modell hangolása
Ahogy Manabe és Wetherald konvektív parametrizálása beépül az éghajlati modellekbe, és az 1967-es évet követő évtizedekben az ezekre a modellekre épülő modellekbe, a konvektív közelítés feledésbe merül. Ez ahhoz hasonló, mint amikor valaki ír egy számítógépes kódot, majd később az emberek erre a számítógépes kódra építenek, de elfelejtik a közelítéseket, amelyek a kódba kerültek.
A hangolás és a paraméterezés áttekintése sok éghajlatkutató által 2017-ben, írják: "Bár a paraméterhangolás szükségességét felismerték az úttörő modellezési munkákban (pl. Manabe és Wetherald 1975), és fontos szempontként vitatták meg az éghajlati modellezés episztemológiai tanulmányaiban (Edwards 2001), a hangolás fontosságát valószínűleg nem úgy hirdetik, ahogy kellene. Gyakran figyelmen kívül hagyják, amikor az éghajlati modellek teljesítményét tárgyalják a többmodelles elemzésekben. Miért ilyen kevés az átláthatóság? Talán azért, mert a hangolást gyakran az éghajlati modellezés elkerülhetetlen, de piszkos részének tekintik, inkább mérnöki, mint tudományos tevékenységnek, a bütykölésnek, amely nem érdemli meg a tudományos irodalomban való rögzítést. Az az aggodalom is felmerülhet, hogy a modellek hangolásának magyarázata megerősítheti azoknak az érveit, akik azt állítják, hogy megkérdőjelezik az éghajlatváltozásra vonatkozó előrejelzések érvényességét." [Hourdin 2017]
Sok későbbi klímamodell is úgy módosítja eredményeit, hogy a szén-dioxid hozzáadásával ugyanazt az 1 fokos globális felmelegedés eredményt kapják, mint amit Manabe és Wetherald kapott. Tehát a klímamodellek már feltételezték, hogy a szén-dioxid-kibocsátás az egyetlen globális felmelegedést okozó tényező. Hourdin és társai azt írják, hogy "egyes modelleket véletlenül vagy szándékosan a huszadik századi felmelegedésre hangoltak [mint kizárólag az üvegházhatást okozó kibocsátások által okozottra]". Ebben az esetben ők defacto már eltüntették a “vízkörforgás zavara a terület pusztulásán keresztül”-hatást.
Tehát itt egy olyan helyzettel állunk szemben, ahol egy olyan közelítésen alapuló, világméretű klímamozgalom van, amely a széndioxid-részt eltalálja, de az okok felét (vagy még többet) valószínűleg kihagyja.
Az ökológiai közösségek "alternatív" felfogása az evapotranszpirációs hűtésről
Intuitív módon sokan az öko-közösség "alternatív" vízparadigmájában úgy érezték, hogy a párolgást megzavaró talajromlás a globális felmelegedés egyik további oka. E tömeg egy jelentős része azonban gyakran túlságosan leegyszerűsíti a helyzetet (példaként lásd ezt a Walter Jehne által készített videót). A víz elszívja a felszíni hőt, amikor elpárolog, ez az alapvető érv. Határozottan igaz, hogy amikor a víz elpárolog, hűti a földet, hasonlóan ahhoz, ahogyan az izzadság hűti a testet. De ez nem az egész történet. Manabe, Wetherald, Yeh-vel együtt, végül is azt találták, hogy a felszíni párolgás több fokkal is lehűtheti a földfelszínt [Yeh 1982], és mégis, ez a hatás nem befolyásolja a hőmérsékletet Manabe és Wetherald globális felmelegedési modelljében. Amit sok klímatudós és sokan az IPCC-ben azt állítják, hogy a vízpára a felszíni hőt a légkörbe szállítja, majd ez a hő újra eloszlik az egész Földön. Azt állítják, hogy a helyzet egy nyitott ajtajú hűtőszekrényhez hasonló. A hűtőszekrény bizonyos területeken lehűti a szobát, de a hűtőszekrény hátuljából kijövő hő felmelegíti a szobát.
Érvelésük azonban Manabe és Wetherald közelítésén alapul, ahol a növényzet és a vizes élőhelyek növekedése és az ezzel járó párolgás növekedése nem változtatja meg a kritikus elhaladási sebességet (a kritikus függőleges hőmérsékleti profilt), ami lehetővé tenné, hogy több vízgőz emelkedjen fel a légkör magasabb részeibe, ahonnan könnyebben sugározódna az űrbe.
A történtek jobb magyarázatát az alábbi ábra szemlélteti.
A víz párolgása hűti a földfelszínt, hasonlóan ahhoz, ahogyan az izzadás hűti a testet. A vízgőz felemelkedik a felhők szintjére, ahol aztán kondenzálódik, hőt szabadítva fel (szaknyelven látens hő felszabadulásának nevezik). Ez a hő aztán infravörös sugárzás formájában kisugározhat az űrbe. Mivel ennek az infravörös sugárzásnak nem kell átmennie az üvegházhatású gázokon, hatékonyabban hűti a Földet. Ha nem lenne párolgás, akkor a felszíni hő az érzékelhető hő formájában felmelegítené a közvetlenül felette lévő légkört. Ez a hő aztán infravörös sugárzást bocsátana ki, de a sugárzást az üvegházhatású gázok elnyelnék, és így nagy része nem jutna el a világűrbe, és nem hűtené le a Földet.
Itt egy analógia állítható fel. Képzeljük el, hogy van egy fűtőberendezésünk, amely egy hideg téli napon fűti a házat, és nyitva hagyjuk a bejárati ajtót. Ha a fűtőberendezés egy hátsó szobában van, kevesebb hő jut ki a szabadba. De ha a fűtőtest közvetlenül a bejárati ajtó mellett, az előszobában van, sokkal több hő távozik kifelé. Az itt felállítandó hasonlat szerint a ház a Föld, a házon kívül a világűr, a hátsó szoba a Föld felszíne, a kondenzálódó vízgőz látens hője az előszobában lévő fűtőtestből származó hő, az érzékelhető hő (ami a hő érzékelhető érzékelése, a levegőmolekulák rezgése) pedig a hátsó szobában lévő fűtőtest, amikor nincs párolgás.
"Szög híján elveszett a patkó. Patkó híján elveszett a paripa. Paripa híján az üzenet nem jutott el. Nem kézbesített üzenet híján a ....." klímamozgalom elvesztett valamennyit az útból? A konvekció megfelelő megközelítési módja az a szög, amire szükségünk van ahhoz, hogy visszatérjünk a helyes útra?
......
Ha a fenti, ebben az esszében leírtak kissé technikai jellegű magyarázatára vágyik, nézze meg a Makerieva et al. tanulmányának részleteit, valamint Lindzen et al. alábbi tanulmányát is.
Kivonatok a "A természetes erdők globális éghajlati szerepének újraértékelése a jobb éghajlati előrejelzések és szakpolitikák érdekében" című könyvből (Makerieva, Nefiodov, Rammig és Nobre, 2023).
(Az IPCC hivatalos modellje alapján az erdőirtás lehűti a légkört. Ez egyszerű empirikus úton szemlélve is akkora ökörség, ami felfoghatatlan. Elég a hőmérővel kimenni a teerepre és azonnal láthatjuk a különbséget)
'"Azt állítjuk, hogy az erdőirtás okozta globális lehűlés abból ered, hogy a modellek korlátozottan képesek figyelembe venni az érintetlen erdők párolgásából származó lehűlés globális hatását. A fák transzspirációja a függőleges hőmérsékleti profil kis mértékű módosításán keresztül megváltoztathatja az üvegházhatást. A konvektív paraméterezésük miatt (amely egy bizonyos kritikus hőmérsékleti profilt feltételez) a globális éghajlati modellek nem képesek megfelelően megragadni ezt a hatást. Ez a paraméterezés a párolgási veszteségből eredő felmelegedés alulbecsléséhez vezethet mind a magas, mind az alacsony szélességeken, és ezért az erdőirtás okozta globális lehűlésre vonatkozó következtetések nem szilárdak.
Annak pontos becsléséhez, hogy mi történik, ha a párolgás és a látens hőáram elnyomása a szárazföldi terület egy bizonyos részén történik, egyszerre kell megoldani a sugárzás-konvektív transzfert [a sugárzás-konvektív transzfer azt jelenti, hogy az infravörös sugárzás felmelegíti a levegőt, ami konvekcióhoz vezet] és a hőmérsékleti profilt. Ez a probléma túl bonyolult a modern globális éghajlati modellek számára, amelyek ezért az úgynevezett konvektív parametrizációt alkalmazzák. Ennek lényege, hogy ahelyett, hogy megoldanánk a kritikus hőmérsékleti elhaladási sebesség (általában ismeretlen) értékét, posztuláljuk. A numerikus szimuláció futtatása során "amikor a sugárzási egyensúlyi elhaladási sebesség nagyobb, mint a kritikus elhaladási sebesség, az elhaladási sebességet a kritikus elhaladási sebességgel egyenlővé tesszük".
Láttuk, hogy adott mennyiségű abszorberek [az abszorberek az infravörös sugárzást elnyelő, alacsonyabb szinten lévő üvegházhatású gázokat jelentik] esetén a felszíni hőmérsékletet a nem sugárzó hőáram függőleges eloszlása határozza meg [a nem sugárzó hőáram a látens hőt felfelé szállító vízgőz]. Ezek a hőáramlások azonban maguk is a függőleges hőmérsékleti gradienstől függenek: ha a levegő hőmérséklete a magassággal gyorsabban csökken, mint egy bizonyos kritikus elhaladási sebesség, a légkör a konvekció szempontjából instabil. A nem sugárzó hőáramlások a tényleges és a kritikus hőmérsékleti szökési sebesség közötti különbséggel arányosan keletkeznek. Ezért szigorúan véve nem indokolt szabadon változtatni, hogy a nem sugárzó hőáramok hol és hogyan oszlanak el hősugárzásra, nem figyelve arra, hogy a keletkező függőleges hőmérsékleti profil összhangban van-e a megadott értékeikkel."
Annak pontos becsléséhez, hogy mi történik, ha a párolgás és a látens hőáram elnyomása a földterület egy bizonyos részén történik, a problémát egyszerre kell megoldani a sugárzási-konvektív átvitelre és a hőmérsékleti profilra. Ez a probléma túl bonyolult a modern globális éghajlati modellek számára, amelyek ezért az úgynevezett konvektív parametrizációt alkalmazzák. Ennek lényege, hogy ahelyett, hogy megoldanánk a kritikus hőmérsékleti eloszlási sebesség (általában ismeretlen) értékét, azt posztuláljuk. A numerikus szimuláció futtatása során "amikor a sugárzási egyensúlyi elhaladási sebesség nagyobb, mint a kritikus elhaladási sebesség, az elhaladási sebességet a kritikus elhaladási sebességgel egyenlővé tesszük".
Ezért a globális klímamodellek konstrukciójuknál fogva nem tudnak semmilyen független információt szolgáltatni a párolgás-transzpirációs lehűlés éghajlati hatásáról - amelynek a globális átlagos lapse rate változásában kellene megnyilvánulnia - azon kívül, amit a konvektív paraméterezéssel a priori betápláltak beléjük"."
Részlet a "A konvektív modellválasztás szerepe a CO2 megduplázódásának éghajlati hatásának kiszámításában " című cikkből, írta R. S. Lindzen, A. Y. Hou és B. F. Farrell.
[ Szerkesztői megjegyzés: A modelljükben lehetővé teszik a változó szökési sebességet, amit ők kumulusz modellnek neveznek. Összehasonlítják Manabe és Wetherald modelljével, amely egy fix lapse rate, azaz a hőmérsékleti gradiens állandó].
"A változó szökési sebesség szabadsága lehetővé teszi, hogy a sugárzási perturbációkat a tropopauza közelében lokálisan befogadják, anélkül, hogy a fix szökési sebességen keresztül a felszínre jutnának. Ennek eredményeképpen egy cumulus modell perturbációs válasza inkább a felhő tetején lévő szintekre koncentrálódik, mint egy fix átbillenési sebességű modell egyenletes válasza; ez aztán kisebb üvegházhatású visszacsatolást eredményezne"."
Referenciák:
Jeevanjee, N., I. Held, and V. Ramaswamy, 2022: Manabe’s Radiative–Convective Equilibrium. Bull. Amer. Meteor. Soc., 103, E2559–E2569, https://doi.org/10.1175/BAMS-D-21-0351.1.
Hourdin, F., and Coauthors, 2017: The Art and Science of Climate Model Tuning. Bull. Amer. Meteor. Soc., 98, 589–602, https://doi.org/10.1175/BAMS-D-15-00135.1
Lindzen, R. S., A. Y. Hou, and B. F. Farrell, 1982: The Role of Convective Model Choice in Calculating the Climate Impact of Doubling CO2. J. Atmos. Sci., 39, 1189–1205, https://doi.org/10.1175/1520-0469(1982)039<1189:TROCMC>2.0.CO;2
Makarieva, Anastassia M., Andrei V. Nefiodov, Anja Rammig, and Antonio Donato Nobre. "Re-appraisal of the global climatic role of natural forests for improved climate projections and policies." arXiv preprint arXiv:2301.09998 (2023).
Ramanathan, V., and James A. Coakley Jr. "Climate modeling through radiative‐convective models." Reviews of geophysics 16, no. 4 (1978)
Yeh, T. C., R. To Wetherald, and S1 Manabe. "The effect of soil moisture on the short-term climate and hydrology change—A numerical experiment." Monthly Weather Review 112, no. 3 (1984): 474-490.
Forrás: Climate Water Project
Ez egy olvasók által támogatott hírlevél. Hozzájárulásokat hálásan fogadunk.