حساسیت طولانی مدت آب و هوا پس از همه بازخوردها – چه؟

توسط باب ایروین

آب و هوای جهان یک سیستم بسیار پیچیده و پر هرج و مرج است. اثرات اقلیمی بسته به موقعیت سیاره ای که روی آن عمل می کنند، کارایی متفاوتی دارند. نیروهای همرفتی عظیم و انتقال انرژی هرگونه گرم شدن را تعدیل می کنند، اما تعیین کمیت آن تقریبا غیرممکن است. حتی سری دمای جهانی ما نیز قابل اعتماد نیستند. و سپس ابرها هستند!

مشکلاتی که دانشمندان در تلاش برای محاسبه حساسیت آب و هوای تعادلی (ECS) برای CO2x2 با آن مواجه هستند، به دلیل این پیچیدگی تقریباً غیرقابل حل هستند و بنابراین تخمین ها بسیار متفاوت هستند.

گازهای گلخانه ای غیر قابل تراکم (NCGHGs) شامل CO2، CH4، N2O، CFC11 و CFC12 است. CO2 تا سال 1850 بر اجبار این گازها مسلط بود و مسئول 83٪ از اجبار آنها در آن زمان بود. منطقی است که فرض کنیم قبل از سال 1850، میانگین حساسیت آب و هوا به همه NCGHGs در ترکیب، هم از نظر تاریخی و هم در سال 1850 بسیار نزدیک به حساسیت به CO2 بود.

اگر تمام NCGHGها از سیستم حذف شوند، خورشید همچنان بر اقیانوس‌های گرمسیری و معتدل ضربه می‌زند و مقادیر زیادی بخار آب و ابر ایجاد می‌کند. تنها راه برای تغییر این، گسترش مدار زمین یا کاهش شدت خورشید است.

تا زمانی که خورشید به تابش خود ادامه دهد، جهان همیشه یک اثر قوی GHG خواهد داشت، و این بازخورد برای تغییر تمام غلظت‌های NCGHG، از جمله نزدیک به صفر، همیشه در جهانی با یک جزء قوی GHG موجود عمل می‌کند. به همین دلیل، بازخورد احتمالاً نسبتاً خطی است.

این مقاله تلاش خواهد کرد تا تخمینی از حساسیت آب و هوای تعادلی (ECS) را بر اساس دو روش برای تخمین دمای متوسط ​​سطح جهانی (GMST) پس از حذف مصنوعی تمام NCGHGها پیدا کند. هر دو تخمین شامل یک رقم ناشناخته برای ضریب افزایش سیستم (SGF) است. دو معادله را حل می کنیم و سود سیستمی در حدود 1.09 بدست می آوریم. این نشان دهنده یک ECS طولانی مدت برای CO2x2 حدود 1.3K (1.09 x 1.2 = 1.3K) است.

من می خواهم ابتدا یک تعریف را از سر راه بردارم. دمای مرجع (RT) در اینجا به عنوان دمای پایه اختصاص داده شده به فشار قبل از اعمال بازخورد جوی یا اقیانوسی تعریف می شود. به عنوان مثال، دمای مرجع برای CO2x2 در 1.2 درجه سانتیگراد توافق شده است (Hansen ’84).

در این مرحله تعریف دیگری لازم است. ضریب بهره سیستم (SGF) در اینجا به عنوان دمای تعادل تقسیم بر دمای مرجع (RT) تعریف می شود. برای مثال، SGF مرکزی IPCC برای CO2x2 ECS احتمالی آنها 3.0K تقسیم بر دمای مرجع (RT) 1.2K است. (3.0/1.2 = 2.5). ضریب افزایش احتمالی سیستم IPCC (SGF) برای CO2 2.5 است.

در سال 1850، دمای کره زمین 287.5 کلوین (ناسا) بود و دمای مرجع کل برای همه NCGHGها روی هم 7.9 کلوین (IPCC) بود. این مورد مناقشه نیست.

اثر کل تخمینی GH (GHE) در سال 1850 32.5K بود و با کم کردن دمای انتشار جهانی (255K، IPCC) از دمای سطح (287.5K، ناسا) در آن زمان به دست می‌آید. از این 32.5 K، 7.9 K مستقیماً قابل انتساب است و دمای مرجع برای همه NCGHGها است، همانطور که ذکر شد، و باقیمانده (24.6 K) تقریباً به طور کامل از سهم بخار آب (WV) و ابرها تشکیل شده است.

موضع IPCC این است که بیش از نیمی از این 24.6 K WV و Cloud GHE یک نتیجه و بازخورد مستقیم به سهم مستقیم NCGHG 7.9 K یا دمای مرجع است. من قصد دارم نشان دهم که این موقعیت نادرست است و تخمین بسیار بهتری را محاسبه کنم.

روش

عامل ناشناخته در اینجا SGF برای هر دمای مرجع به هر دلیلی است. من این را با “A” نشان می دهم.

سایر ارقام استفاده شده هستند

• 7.9K دمای مرجع برای همه NCGHGها (IPCC) است.
• 287.5K GMST در سال 1850 (ناسا) بود.
• 255K دمای انتشار جهانی است. (IPCC).
• 32.5 K کل GHE در سال 1850 است (دمای جهانی منهای دمای انتشار.)

هنگامی که همه NCGHG ها حذف می شوند، دو روش برای محاسبه GMST وجود دارد.

معادله 1.

گرم شدن کل ناشی از همه NCGHGها پس از اعمال همه بازخوردها (7.9xA) از 1850 GMST (287.5K) کم می شود.

287.5 – 7.9A = GMST پس از حذف تمام NCGHG.

معادله 2.

اگر خورشید به جهانی بدون آب یا گازهای گلخانه ای بتابد، دمای انتشار (255K) GMST تقریبی است. این فرض جهانی بدون یخ را دارد. سپس اقیانوس را اضافه می کنیم اما هیچ NCGHG اضافه نمی کنیم. اگرچه در ابتدا بازخورد آلبیدو متفاوتی وجود خواهد داشت، گازهای گلخانه ای (بخار آب و ابرها) نسبتاً سریع ته نشین می شوند و دمای تعادل در نهایت تقریباً به طور کامل به بهره سیستم بستگی دارد. بنابراین، دمای تعادل در نهایت دمای انتشار ضرب در بهره سیستم خواهد بود.

255 x A = دمای جهانی پس از حذف تمام NCGHGs.

ترکیب کردن.

287.5-7.9A = 255A

A = 1.09

این نشان می دهد که ECS برای CO2x2 حدود 1.3K (1.09 x 1.2 = 1.3K)

نتیجه

اگر همه NCGHGها از سیستم حذف شوند، میانگین دمای سطح جهانی (GMST) تقریباً 278 کلوین خواهد بود. همه این گازها در سال 1850 حدود 9.5K (1.09 x 7.9 = 9.5K) به GMST اولیه اضافه کرده بودند تا در سال 1850 به GMST برسند. از 287.5 هزار

این نشان می دهد که ECS برای CO2x2 تقریباً 1.3K (1.09 x 1.2 = 1.3K) است.

عدم قطعیت های زیادی در ارتباط با این تمرین وجود دارد. GMST در سال 1850 به خوبی تعریف نشده است، با محدوده احتمالی (0.5±). دمای انتشار جهانی بدون شک متفاوت است و دارای طیف وسیعی از مقادیر است و دمای مرجع برای NCGHGها ممکن است کامل نباشد. حتی پس از در نظر گرفتن این عدم قطعیت ها، SGF و ECS بعدی، همانطور که محاسبه شد، تغییر قابل توجهی نخواهند داشت. (گسترش زمین در اینجا 1.0 در نظر گرفته شده است. در واقع 0.936 است).

این یک تمرین نظری است و تلاشی برای تعیین کمیت تغییرات آلبدو ندارد. در یک دنیای آب و هوایی مدرن با تمام NCGHGها، تغییرات در albedo ناچیز در نظر گرفته می شود. با این حال، در دنیای بدون NCGHG، ممکن است اینطور نباشد. این دنیای سردتر ممکن است بازخورد آلبیدوی یخ و ابر داشته باشد که با دنیای امروزی متفاوت است. (لاتسیس 2010). این بدان معنی است که حساسیت محاسبه شده در اینجا احتمالاً برای دنیای مدرن نسبتاً دقیق است، اما ممکن است حساسیت آب و هوا را در دنیای سردتر بدون NCGHG دست کم بگیرد.

اگرچه این تمرین ماهیت نظری دارد، اما تمام بازخوردهای بلندمدت پس از رسیدن به تعادل را به تصویر می‌کشد و احتمالاً بسیار دقیق‌تر از تلاش برای تعیین کمیت تمام حرکات مولکولی پیچیده و آشفته‌ای است که آب و هوای مدرن قرن گذشته و تلاش‌های پس از آن را تشکیل می‌دهند. برای جداسازی سهم کوچک CO2.

تست IPCC

هنگامی که ما از ضریب بهره سیستم IPCC (SGF) 2.5 (3.0/1.2 = 2.5) استفاده می کنیم، معادله 1 پس از حذف همه NCGHG ها، GMST حدود 268K را تولید می کند.

هنگامی که این SGF (2.5) به معادله 2 اعمال می شود، GMST بدون NCGHG 638K به دست می دهد. بسیار متفاوت از معادله 1. کاملا واضح است که حساسیت مرکزی IPCC از نظر فیزیکی امکان پذیر نیست.

راه دیگری برای نگاه کردن به رویکرد IPCC در این مورد. آنها می گویند GMST پس از حذف همه NCGHG ها 267.75K خواهد بود (287.5 – 2.5 x 7.9 = 267.75). آنها می گویند که 240 W/M2 انرژی خورشیدی که به سطح زمین برخورد می کند باعث می شود بخار آب و بازخورد ابر به 12.75K (267.75 – 255 = 12.75K) برسد. آنها همچنین می گویند که 25.32 W/M2 حاصل از NCGHG ها باعث گرم شدن از طریق واکنش اضافی بخار آب و ابر 11.85K می شود (2.5 x 7.9 کمتر از 7.9 = 11، 85). حتی IPCC نیز باید از ناهماهنگی به این بزرگی شرمنده شود.

این مقاله این اختلاف را اصلاح می کند.

توجه داشته باشید

لاکیس و همکاران در سال 2010، به دلیل بازخورد مثبت اضافی از یخ و ابر، حساسیت تشخیص در یک سیاره سردتر به طور قابل توجهی بالاتر بود. اگر چنین باشد، تخمین 1.3K (ECS برای CO2x2) در اینجا حداکثر خواهد بود، با این احتمال که این رقم در دنیای مدرن به طور قابل توجهی کمتر باشد.

ارجاع.

Pubs.GISS: Lacis et al. 2010: شرکت اتمسفر₂: دستگیره اصلی کنترل دمای زمین (nasa.gov)