Полоса насыщения

Сердцевина полосы поглощения изгиба CO2, между 600 и 800 циклами/см, выглядит скорее гладкой, чем зубчатой, и соответствует спектру черного тела примерно от 220 K. СО2 в атмосфере интенсивность света в этом диапазоне не снижается (рис. 4.5). Мы называем это явление насыщением полосы. Вы можете увидеть это в серии прогонов модели, в которых концентрация CO2 в атмосфере увеличивается от 0 до 1000 частей на миллион. Текущая концентрация CO2 в атмосфере составляет около 380 частей на миллион, как мы узнаем больше во второй части. Если бы в атмосфере не было СО2, атмосфера была бы

Рис. 4.5 Демонстрация насыщения полосы CO2. Добавление (b) 10 частей на миллион CO2 имеет огромное значение для спектра исходящего ИК-света по сравнению с атмосферой, в которой (a) нет CO2. Увеличение содержания CO2 до (c) 100 и (d) 1000 частей на миллион продолжает влиять на спектр, но вы получаете меньшую отдачу от затраченных средств на CO2, поскольку концентрация CO2 становится выше.

Статья в тему: Как измеряется глобальное потепление

200 400 600 800 1000

Концентрация CO2 в атмосфере (частей на миллион)

Рис. 4.6. Насыщенность полосы, вид, отличный от рис. 4.5. Это график полного потока энергии, переносимого всем ИК-излучением, который пропорционален площади под спектральными кривыми на рис. 4.5. Исходящий поток энергии менее чувствителен к СО2, когда концентрация СО2 высока.

200 400 600 800 1000

Концентрация CO2 в атмосфере (частей на миллион)

прозрачен для света с частотой около 700 циклов/см, как и в атмосферном окне. Добавление первых 10 частей на миллион CO2 оказывает довольно заметное влияние на форму спектра исходящего света, но увеличение концентрации CO2, скажем, со 100 до 1000 частей на миллион оказывает несколько более тонкий эффект.

Я построил график зависимости общей энергоемкости Iвых (в Вт/м2) от концентрации СО2 в атмосфере (рис. 4.6). Изменения концентрации CO2 имеют наибольший эффект, если мы начинаем с отсутствия CO2 и добавляем совсем немного. Первые 10 частей на миллион добавленного CO2 изменяют Iout на целых 10–100 или 100–1000 частей на миллион. Мы можем понять почему по аналогии с нашим мутным прудом или оглянувшись назад на рис. 4.4. По мере того, как мы увеличиваем мутность воды, мы уменьшаем расстояние, которое может пройти фотон света, прежде чем он будет поглощен. Не нужно много мути в воде, чтобы скрыть старую шину на дне, сдвинув глубину, на которую мы можем видеть со дна, скажем, с 3 м до, может быть, всего 1 м. Если мы сделаем пруд намного мутнее, мы сможем видеть только несколько сантиметров глубины воды. Если сделать его еще более мутным, наш обзор ограничится всего 1 см. Изменение глубины становится менее чувствительным к мутности пруда. Точно так же изменения температуры, при которой атмосфера излучает в космос, тем меньше, чем выше концентрация CO2 в воздухе. Вы просто видите самый холодный свет, который только можете получить.

Статья в тему: Как можно говорить о глобальном потеплении, не говоря о перенаселении?

Полоса насыщения для CO2 делает CO2 менее сильным парниковым газом, чем если бы у нас изначально не было CO2 в воздухе. Давайте вернемся к нашему сравнению CO2 и метана как парниковых газов.У метана был недостаток, потому что его полоса поглощения как бы приходилась на окраины спектра земного света, тогда как CO2 приходился прямо в центре. Теперь мы видим, что преимущество смещается в другую сторону. Метан имеет гораздо более низкую концентрацию в атмосфере. По зубчатым краям пика метана на рис. 4.3 видно, что полоса поглощения метана не является насыщенной. По этой причине, несмотря на загородное расположение метанового пояса, молекула метана, добавленная в атмосферу, в 20 раз мощнее молекулы СО2.

Если бы края полос поглощения были совершенно резкими, как если бы CO2 полностью поглощал свет с частотой 600 циклов/см и совсем не поглощал свет с частотой 599 циклов/см, то, как только полоса поглощения от газа стала насыщенной, это было бы так. Дальнейшее увеличение концентрации газа не повлияет на баланс радиационной энергии Земли.

CO2, наиболее насыщенный из парниковых газов, перестанет изменять климат после того, как превысит некоторую концентрацию. Оказывается, это не так работает. Несмотря на то, что ядро полосы CO2 насыщено, края полосы не насыщены. Когда мы увеличиваем концентрацию СО2, укус, который СО2 удаляет из спектра, не становится глубже, но становится немного шире.

Статья в тему: Как бурение нефтяных скважин вызывает глобальное потепление

Суть в том, что энергоемкость Iout в ваттах на квадратный метр увеличивается пропорционально логарифму концентрации CO2, а не пропорционально самой концентрации CO2 (мы бы сказали, линейно по концентрации CO2). Логарифмическая зависимость означает, что вы получите такое же изменение Iout в ваттах на квадратный метр при любом удвоении концентрации CO2. Радиационный эффект при переходе от 10 до 20 атм pCO2 такой же, как при переходе от 100 до 200 атм или от 1000 до 2000 атм.

Чувствительность климатических моделей часто сравнивают с изменением средней равновесной температуры от удвоения CO2, диагностическим числом, которое называется A T2x.Большинство моделей имеют AT2x от 2 до 5 K, что соответствует диапазону от 2°C до 5°C. Вы можете использовать AT2x для оценки изменения температуры в результате некоторого изменения содержания CO2. Обратите внимание, что это предельное изменение температуры по прошествии сотен или даже тысяч лет (см. главы 7 и 12). Уравнение

AT = AT2x X ln(новый pC°2/исх. • pCO2) (4.1)

где ln — натуральный логарифм, обратная операция экспоненциальной функции ex. Символ «е» обозначает число, у которого нет имени, кроме простого «е». Мы еще встретимся с «e» в главе 5. Экспоненциальная функция возводит «e» в степень x. Если ех = у (4.2)

Изменения равновесной температуры от изменений содержания СО2 при различных значениях A T2x показаны на рис. 4.7.

Статья в тему: Примеры людей, которые не верят в глобальное потепление

Что произойдет с энергетическим балансом Земли, если мы добавим в ее атмосферу парниковый газ? Если раньше энергетический баланс был в равновесии, то теперь это уже не так, потому что парниковый газ уменьшил количество энергии, уходящей с Земли в космос. Мы можем видеть это визуально как большой кусок спектра, идущий от верхней к средней диаграмме на рис. 4.8. Уменьшение потока энергии пропорционально площади этого укуса, разница между (а) и (б) на рис. 4.8. Ссылаясь на главу 2, предпосылка модели слоев состоит в том, что энергия, входящая и исходящая из планеты, должна уравновешиваться, и планета выполняет этот подвиг, регулируя свою температуру. Если мы хотим сбалансировать поток энергии после выброса его, добавив CO2, мы делаем это, повышая температуру земли. Используя онлайн-модель, мы обнаруживаем, что изменение температуры на 8,5 К возвращает нас к тому же выходу энергии Iout, что и раньше. Глядя на рис. 4.8(c), мы видим, что новый, более теплый выходной спектр вырос.

Рис. 4.7 Средняя температура Земли в зависимости от концентрации CO2 в атмосфере и параметра чувствительности климата A T2x.

везде по сравнению с (б).Визуально мы вырезали часть полосы поглощения СО2 и добавляли ее в атмосферное окно и другие части спектра, пока общая площадь под кривой не станет такой же, как была изначально. Добавление CO2 вызвало нагревание планеты.

Статья в тему: Как налог на выбросы углерода остановит глобальное потепление

Эта статья была полезной?

Полоса насыщения

Похожие сообщения