Alsó légkör - Haladó

ENVIRONMENTAL SCIENCE PUBLISHED FOR EVERYBODY ROUND THE EARTH

Alsó légkör: Haladó

1. A fõ oxidánsok és a megfigyelés
Oxidáció a légkörben

2. Sugárzás, üvegházgázok és az üvegházhatás
A földi sugárzási egyenleg és az üvegházhatás
Vízgõz és a felhõk

3. Többet az ózonról és a tûzrõl
Miért veszélyes az ózon?

4. Gázok a légkörben
Eloszlás & koncentráció(1)

A vízgõz, a közismerten legfontosabb üvegházgáz, az üvegházhatás körülbelül 60%-áért 1 felelõs. A vízgõz koncentrációról mindeddig azt feltételeztük, hogy többé-kevésbé állandó, ezért nem járul hozzá az üvegházhatás fokozódásához. Ez a Föld jövõbeli melegedése következtében meg fog változni…

Az éghajlat jövõjének becslésében a legjelentõsebb bizonytalanság valószínûleg a vízgõz visszacsatolásból, valamint a felhõk és ezek sugárzással való kölcsönhatásából fakad.

Telítés

A levegõ vízmegtartó képessége növekszik a hõmérséklettel, azaz a melegebb levegõ több vizet tud felvenni. A telítési görbe azt mutatja meg, hogy a levegõ mennyi vizet tarthat meg adott hõmérsékleten, mielõtt a kondenzáció elkezdõdik (pl. a relatív nedvesség 100%). A légkörben azonban a levegõ telítetlen. A relatív nedvességet (angolul RH) a következõ egyenlet adja meg:

értéke széles határok között változhat.

p = adott parciális vízgõznyomás
psat = telítési vízgõznyomás

A psat értéke függ a hõmérséklettõl, amint azt a jobboldali ábrán is láthatjuk. 
Általában megjósolható, hogy a növekvõ levegõhõmérséklet növekvõ párolgáshoz vezet, és ennek következtében megnövekszik a levegõben lévõ vízgõz mennyisége. Míg a párolgási folyamatokban az ideális termodinamikai feltételek közelítõen fennállnak a troposzféra határrétegében (1-2 km-ig), addig a szabadlégkör modellezése sokkal bonyolultabb, és ott a fõ üvegházgáz a vízgõz mennyisége növekszik.

1. A vízgõz telítési görbéje megmondja, hogy a levegõ maximum mennyi vizet tud megtartani (100% nedvesség) adott hõmérsékleten. A nagyításhoz kattints a képre!

Felhõképzõdés

A növekvõ nedvesség következménye a növekvõ felhõborítottság. A felhõk kétféle módon kölcsönhatnak a sugárzással. Egyrészt kölcsönhatnak, mint üvegházgáz, elnyelik a hosszúhullámú sugárzást, és visszasugározzák a föld felé. Másrészt növelik a Föld albedóját, és az ûr felé visszaszórják a napfényt, mielõtt az elérné a Földet. Ennek mértéke erõsen függ a felhõk típusától, amelynek hatása meghatározó. A magas felhõk hozzájárulnak a további melegedéshez, amíg az alacsony felhõk több napfényt vernek vissza, ami hûléshez vezet.

2. A felhõk részben visszasugározzák a napból érkezõ rövidhullámú sugárzást (sárga), de a Földrõl érkezõ hosszúhullámú sugárzást is elnyelik (piros), és részben visszasugározzák a föld felé, hasonlóan az üvegházgázokhoz.
Kép forrása: Karlsruher Wolkenatlas © Bernhard Mühr (teljes méret: 120 K)

Kétszeres visszacsatolás

A Föld melegedése következtében növekvõ vízgõz és felhõképzõdés akár hûléshez is vezethet, ahogyan a következõ vázlaton láthatjuk. Azonban ez idáig nem tisztázott, hogy a fokozott felhõképzõdés összességében negatív vagy pozitív visszacsatolást eredményez-e a felmelegedés folyamatában. A különbözõ modellek különbözõ következtetéseket adnak. (lásd: IPCC TAR 2001, 7.2.2.5).

3. Visszacsatolások a víz körforgásban: Mivel a globális felmelegedés növekvõ vízgõz koncentrációt eredményez, a több vízgõz pedig további melegedéshez vezet, megállapíthatnánk, hogy a vízgõz növekedése pozitív visszacsatolást (az eredeti folyamatot erõsítõ hatást) vált ki. A helyzet azonban nem ennyire egyszerû, mivel a növekvõ felhõképzõdés ellensúlyozhatja ezt a hatást. Ahogy azt a „Felhõképzõdés” címû bekezdésben tanultuk, bizonyos magas szintû felhõknek lehet melegítõ hatása, (pöttyözött nyilak), más alacsonyszintû felhõk azonban több napfényt vernek vissza, ezáltal jelenlétük hûlést eredményezhet.
vázlat: Elmar Uherekk

Bizonytalanságok

A felhõképzõdés és a vízgõzkoncentrációban lévõ nagy különbségek regionális skálán jelentkeznek, tehát az éghajlati modellek rácsmérete alá esnek. Éghajlati modelljeink túl durva felbontásúak ahhoz, hogy figyelembe vegyenek minden nagy tó fölött megjelenõ felhõt, vagy a lejtõszelet egy meleg nyári napon. Számos bizonytalanság származik az alábbiaktól való a függéstõl:

- nagyskálájú dinamika
- rács skála alatti dinamika
- mikrofizika
- a cseppek méretének függése a napsugárzás felhõkkel való kölcsönhatásától
- különbség a felhõjégben és a felhõvízben

A légkör egy dinamikus rendszer, távol áll egy egyszerû egyensúlytól. A nedvességszállítást a szélesség függvényében különbözõ folyamatok kormányozzák:

1. a trópusokon a konvekció (függõleges szállítás), ahol a magas cumulonimbus tornyok képzõdnek
2. nagyskálájú emelkedõ és süllyedõ mozgások a magas szélességeken, ahol a réteges felhõk dominálnak.
3. fõleg az advekció (vízszintes szállítás) a száraz területeken a trópusok és a közepes szélességek között.

4. Vízgõz, mint a levegõdinamika része
forrás: EU (teljes méret: 60 K)

5. A globális relatív nedvesség eloszlása [%] a szabadlégkörben, 600 és 250 hPa (körülbelül 5-11 km magasság) szint között. Figyelem: Légy óvatos a térképpel! A szabadlégkör a Déli Sark fölött relatíve telítettebb, mint a trópusokon, de abszolút értékekben kevesebb vizet tartalmaz köbméterenként.
forrás IPCC TAR Fig. 7-1 (nagy felbontás: 120 K)

A vízgõz és a felhõ-visszacsatolások megbecslése

A jelenlegi becslések szerint, amikor majd bekövetkezik a légköri CO2 mennyiség megkétszerezõdése (azaz a keverési arány az iparosodás elõtti 280 ppm helyett 560 ppm-re emelkedik majd (2001-ben 370 ppm volt)), addigra a hõmérséklet 1.5 - 4.5°C közötti értékkel lesz magasabb. Hogy ez a tartomány ennyire széles az fõleg a felhõképzõdési hatások bizonytalanságának köszönhetõ.

A CO2 szint megkétszerezõdése, bármi más változás nélkül is további 3.5-4 W/m2sugárzási kényszerhez vezetne, (azaz a hõmérséklet 1.2°C-kal növekedne). Figyelembevéve a gázállapotú vízgõz visszacsatolására vonatkozó becsléseket, ez az érték durván a duplája (7-8 W/m2). Ezen a ponton hozzá kell adni a felhõk hatását, ami vagy egy gyenge hûléshez vezet (ez a valószínûbb), vagy további melegedéshez. A bizonytalanság mértéke -3 és +3 W/m2közötti. Ez körülbelül 4-11 W/m2 sugárzási kényszerhez vezetne, ha a CO2 mennyiség megduplázódik, vagy a hõmérséklet 1.5 és 4.5 °C között emelkedik.

Ha ezt összehasonlítjuk az 1.2°C-kal, (ami a CO2 megduplázásából származik, más visszacsatolás nélkül), láthatjuk, hogy milyen fontos a vízgõz éghajlatunkra gyakorolt hatásának modellezéssel való jobb megismerése.

6. A sugárzási kényszer megbecslése kétszeres CO2 mellett vízgõzzel és anélkül, valamint felhõ visszacsatolással.
Diagramm: Elmar Uherek, adatok: IPCC TAR Chapter 7
A nagyításhoz kattints a képre! (30 K)
1 Néhány hivatkozás szerint a troposzférában lévõ víz, ideértve a felhõk hosszúhullámú abszorpcióját is, felelõs a természetes üvegházhatás 80%-áért. (Curry&Webster, Thermodynamics of Atmospheres and oceans, Academic Press, 1999).

Kapcsolódó oldalak:

A felhõk és a sugárzás kölcsönhatásáról, a sugárzásról és ennek éghajlati hatásairól itt olvashatsz:
Felhõk és Részecskék - Alap – 3. Fejezet – Felhõk és az éghajlat

Az oldalról:

szerzõ: Elmar Uherek - Max Planck Institute, Mainz
1. tudományos lektor: Dr. Susanne Nawrath, Potsdam Institute for Climate Impact Research - 2003-06-10
2. tudományos lektor: Dr. Benedikt Steil, Max Plack Institute for Chemistry, Mainz 2004-05-16
pedagógiai lektor: Michael Seesing - Uni Duisburg - 2003-07-02
utolsó módosítás: 2004-05-17