Analiza bilansu energetycznego (cieplnego) Ziemi

(na podst. U.S. National Weather Service (NWS) i National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)
—–
Bilans energetyczny Ziemi był już wielokrotnie podawany w wielu naukowych książkach i serwisach internetowych. Jednak ostatni model podawany przez takie szanujące się instytucje naukowe jak NWS czy NOAA jest naprawdę bardzo czytelnym i zrozumiałym modelem dla każdego, kto dobrze nie tylko orientuje się na interakcjach klimatycznych pomiędzy Słońcem, atmosferą Ziemi, w tym chmurami, a powierzchnią Ziemi, ale i na arytmetyce. To naprawdę nie jest trudne.
Jest to podział na trzy różne procesy zachodzące w systemie klimatycznym.
1. Strumień energii cieplnej płynący od Słońca do Ziemi (atmosfery i powierzchni) równoważony jest strumieniami energii cieplnej płynącymi od powierzchni Ziemi oraz chmur i atmosfery w kosmos (kolor niebieski = kolor niebieski, czerwony, żółty) – 100 %.
2. Strumienie energii cieplnej płynące od Słońca i od powierzchni Ziemi do atmosfery równoważone są strumieniami energii cieplnej płynącymi z atmosfery i chmur w kosmos oraz z samej atmosfery ku powierzchni Ziemi (kolor niebieski, żółty = kolor czerwony) – 156 %.
3. Strumienie energii cieplnej płynące od Słońca (mniej niż 50 %) i z atmosfery do powierzchni Ziemi równoważone są strumieniami energii cieplnej płynącymi z powierzchni Ziemi do jej atmosfery i częściowo w kosmos (kolor niebieski, czerwony = kolor żółty)
Czyli w sumie:
Energia cieplna słoneczna płynąca znacznie więcej w dół aniżeli w górę (kolor niebieski).
Energia cieplna podczerwona płynąca o prawie połowę mniej w górę niż w dół (kolor czerwony).
Energia cieplna podczerwona w znacznym stopniu oraz parowanie i konwekcja w mniejszym płynące tylko w górę (kolor żółty).
—–
Rys. Bilans energetyczny między powierzchnią Ziemi a jej atmosferą
——
W górnej części atmosfery – energia napływająca ze Słońca do Ziemi równoważona energią wychodzącą z Ziemi w kosmos.
a) promieniowanie krótkofalowe:
– 100 % od Słońca ku atmosferze Ziemi i jej powierzchni
///////
b) promieniowanie krótkofalowe:
– 23 % odbite przez chmury
– 7 % odbite od powierzchni Ziemi
promieniowanie długofalowe:
– 49 % wyemitowane z atmosfery w kosmos
– 9 % wyemitowane z chmur w kosmos
– 12 % wyemitowane z powierzchni Ziemi w kosmos
—-
100 %
////////
Sama atmosfera – Energia do atmosfery ze Słońca i z powierzchni Ziemi jest równoważona energią wychodzącą z atmosfery.
a) promieniowanie krótkofalowe:
– 19 % pochłonięte przez gazy w atmosferze
– 4 % pochłonięte przez chmury
b) promieniowanie długofalowe:
– 104 % pochłonięte z powierzchni Ziemi
c) konwekcja:
5 % z prądów konwekcyjnych (wznoszące się powietrze ogrzewa atmosferę)
d) kondensacja:
24 % osadzania się pary wodnej ze skraplania jej do kropel wody lub z resublimacji do kryształków lodu (ciepło jest uwalniane do atmosfery)
—–
156 %
///////
e) promieniowanie długofalowe:
– 9 % wyemitowane w kosmos przez chmury
– 49 % wyemitowane w kosmos przez gazy cieplarniane w atmosferze
– 98 % wyemitowane na powierzchnię Ziemi przez gazy cieplarniane w atmosferze
—–
156 %
///////
Pochłonięta energia przez powierzchnię Ziemi – od Słońca i z atmosfery – jest równoważona uwolnioną energią z powierzchni Ziemi – do atmosfery i w kosmos.
a) promieniowanie krótkofalowe:
– 47 % pochłonięte przez powierzchnię Ziemi ze Słońca
b) promieniowanie długofalowe:
– 98 % pochłonięte przez powierzchnię Ziemi w reemisji z gazów cieplarnianych w atmosferze
—–
145 %
////////
c) promieniowanie długofalowe:
– 116 % wyemitowane przez powierzchnię Ziemi
d) konwekcja:
– 5 % usuwanego ciepła z powierzchni Ziemi przez konwekcję (wznoszenie ciepłego powietrza)
e) parowanie:
– 24 % usuwanie ciepła z powierzchni Ziemi potrzebnego do skraplania i resublimacji
—–
145 %
////////
https://www.weather.gov/jetstream/energy

Znaczenie gazów cieplarnianych w atmosferze Ziemi

W atmosferze Ziemi, a ściślej w troposferze, która jest częścią systemu klimatycznego Ziemi, najważniejsze gazy to azot i tlen. Pierwszego jest 78 % w atmosferze, a drugiego 21 %. Oba gazy nie pochłaniają i nie emitują promieniowania długofalowego (podczerwonego), a więc nie są gazami cieplarnianymi. Podobnie argon, pierwiastek chemiczny w atmosferze z zawartością 0,9 %, który nie tylko sam nie łączy się z takimi samymi atomami, ale i nie łączy się z żadnymi innymi atomami czy cząsteczkami, przez co nazywany jest gazem szlachetnym. Również jak azot i tlen nie ma on właściwości cieplarnianych.

Cechą charakterystyczną, która wyjaśnia czy dana cząsteczka chemiczna jest gazem cieplarnianym czy nie, jest to czy jest dwuatomowa czy składa się z więcej niż dwóch atomów. Continue reading “Znaczenie gazów cieplarnianych w atmosferze Ziemi”

Zagrożenie w Obszarze Zatokowym Morza Amundsena

Już można powiedzieć, że człowiek zaczyna obojętnieć, że zegar węglowy odmierza nam czas tak, że jesteśmy coraz bliżej pierwszego progu krytycznego 1,5 stopnia Celsjusza względem okresu 1850-1900. W grudniu 2015 roku w na konferencji klimatycznej Paryżu, to był jeden z progów, ale nie był przedstawiony jako najważniejszy. Sygnatariusze Porozumienia Paryskiego przede wszystkim skoncentrowali się na progu 2 stopnie Celsjusza.

Jednak to już próg 1,5 stopnia Celsjusza może okazać się tym progiem, że jeszcze za naszego życia doczekamy się spektakularnego rozpadu lodowców szelfowych w Obszarze Zatokowym Morza Amundsena (ASE). To właśnie tam też rozgrywa się dramat. Mamy pecha. Continue reading “Zagrożenie w Obszarze Zatokowym Morza Amundsena”

Polarny Jet Stream a wiry polarne podczas północnoatlantyckiej oscylacji (NAO)

No mamy w końcu listopad. Były zimy gdy był już o tej porze śnieg. Polarny prąd strumieniowy, czyli polarny jet stream może sprawić taką niespodziankę, że już na początku wrześniu czy pod koniec maja mogą pojawić się nie tylko przymrozki, ale i nawet krótkotrwałe opady śniegu na nizinach średnich szerokości.
Wszystko zależy od tego, jak daleko na niskie szerokości będą trafiać coraz częściej masy polarno-arktycznego powietrza. I na odwrót. Na wysokie szerokości będą trafiać coraz częściej masy tropikalno-zwrotnikowego powietrza.

Continue reading “Polarny Jet Stream a wiry polarne podczas północnoatlantyckiej oscylacji (NAO)”

Atlantyfikacja Morza Barentsa a zaburzenie Golfsztromu na Atlantyku na południe od Grenlandii

Atlantyfikacja polega na tym, że słone, ciepłe i mieszające się wody atlantyckie, niesione przez prądy morskie i sztormy, wlewają się do słodkich, zimnych i uwarstwionych wód arktycznych – mówi dr Ben Rabe , lider zespołu oceanicznego MOSAiC i naukowiec z Instytutu Alfreda Wegenera ( AWI ). Tak się dzieje właśnie w subarktycznym Morzu Barentsa (Rysunek 1). Z kolei z drugiej strony lód morski jest chroniony przez haloklinę wód słonawych, które są pod warstwą powierzchniowej lżejsze wody słodkiej. Gdy każdego lata będzie ubywać lodu, będzie zmniejszać się udział słodkiej wody ze stopionego lodu, a to może oznaczać, że w końcu zaniknie słodka woda, wtedy atlantyckie wody łatwiej będą mieszać się z arktycznymi z Morza Barentsa ale już bez lodu morskiego – wyjaśnia dr Michel Tsamados, badacz lodu morskiego z University College London.
Jest to przeciwieństwo tego co się dzieje na południe od Grenlandii, gdzie wody północnego Atlantyku wysładzają się, ochładzają i uwarstwiają upodobniając się do wód arktycznych, co zaburza przepływ Prądu Zatokowego (Golfsztromu) doprowadzając go do spowolnienia i zmniejszenia ilości wód opadających w atlantyckiej południkowej cyrkulacji wstecznej, która jest też częścią globalnej cyrkulacji termohalinowej. Jest to rejon tzw. Cold Blob (zimnej plamy). Najchłodniejszy rejon oceaniczny na Ziemi aktywny w okresie zimowym, gdzie temperatura jest od średniej temperatury powierzchni Ziemi o 1 stopień Celsjusza. A w okresie letnim z kolei, gdy jest większy wpływ ocieplenia, to jest większy transport lodu z topniejących lodowców szelfowych Grenlandii.
—–

Rys. Morze Barentsa

Mniej ciepła woda napływająca z tropików ma wpływ na chłodzenie północnego Atlantyku, co równoważy ogólne ocieplenie oceanów spowodowane rosnącą globalną temperaturą. W rezultacie ocieplenie jest „przypisywane głównie spowolnieniu AMOC”, mówi Paul Keil – doktorant z Instytutu Meteorologii im. Maxa Plancka i główny autor nowych badań. Dodaje też, że za ochłodzenie rejonu zimnej plamy ma też wpływ obecności wir subpolarny obracający się w przeciwnym kierunku niż wskazówki zegara i wypychający ciepłe wody z tego rejonu oraz niskie zachmurzenie, gdzie wiele promieni słonecznych nie dochodzi do powierzchni oceanu przez co się ona wychładza wzmacniając zimą obecność zimnej plamy.
Natomiast w rejonie Morza Barentsa pod względem nasilającej się atlantyfikacji obserwowane są migracje gatunków atlantyckich, np. ryb, ssaków morskich i ptaków morskich, które wraz z rozprzestrzenianiem się atlantyfikacji Arktyki i ocieplania jej oceanu, wypierają gatunki arktyczne z ich nisz ekologicznych. Wraz z dalszym ocieplaniem się Arktyki i kurczenia się zasięgu jej lodu morskiego habitaty zwierząt polarnych zanikają i tracą swój naturalny charakter. Ogólnie ekosystem Arktyki jest ekosystemem najbardziej zagrożonym na Ziemi – mówi dr Allison Fong , współkoordynator zespołu badawczego ekosystemów dla MOSAiC i naukowiec z AWI.
Konkuzja:
Ocieplenie klimatu odwraca tutaj wszelki procesy w cyrkulacjach oceanicznych i atmosferycznych prowadząc do poważnych zaburzeń w systemie klimatycznym. Być może tak jak wypierane są lub zanikają gatunki arktyczne kosztem atlantyckich, tak również możliwe, że już są wypierane lub nawet zanikają gatunki atlantyckie na południe od Grenlandii kosztem może nie tyle gatunków stricte arktycznych co tych, które mają swoje nisze ekologiczne w słodkich, chłodnych i uwarstwionych wodach. Przyczyną oczywiście jest wspomniane topnienie lodowców szelfowych Grenlandii wlewających miliardy litrów wód roztopowych oraz ich cielenie, czyli odrywanie wielkich gór lodowych do północnego Atlantyku. A to wszystko prowadzi wciąż do silnego wysładzania, ochładzania i uwarstwiania wód w rejonie gdzie jest zaburzony system zatapiania wód północnoatlantyckich.
Czyżbyśmy na południe od Grenlandii mieli do czynienia z anomalnym procesem tworzenia się arktyfikacji? Raczej nie. Globalna temperatura rośnie, a nie spada. I choć stratosferyczny wiatr – polarny jet stream gdy bardzo wolno meandruje też ma coraz częstszy swój udział w przenoszeniu na niższe szerokości geograficzne polarnych mas powietrza, a zwrotnikowego powietrza nawet na wyższe szerokości w rejony subpolarne, to i tak trend będzie liniowy klimatu. Będzie się ocieplać, a nie ochładzać.
W każdym razie w systemie klimatycznym pod wpływem coraz wyższego wzrostu globalnej temperatury nad lądami i oceanami powstaje dużo chaotycznych procesów fizycznych, które tylko jeszcze bardziej wzmocnią wiele ekstremalnych zjawisk pogodowych.

Wrażliwa Arktyka

Klimat Ziemi ma pewnego rodzaju swoją wrażliwość. W skali regionalnej jest najbardziej czuły w regionie polarnym na półkuli północnej. Tam też są najszybciej ocieplające się obszary na naszej planecie.
Średnia temperatura w Arktyce dochodzi do 3 stopni Celsjusza, a lokalnie nawet do 10 stopni Celsjusza względem okresu 1850-1900. Głównym czynnikiem powodującym tak duże wzmocnienie ocieplenia, czyli amplifikację (Michael Previdi i in., 2020) jest napływ bardzo dużych mas gorącego powietrza znad równika podczas coraz silniejszej głębokiej konwekcji pod wpływem ciągłego wzrostu globalnej temperatury oraz napływ ciepłych wód północnego Atlantyku do Oceanu Arktycznego w procesie tak zwanej atlantyfikacji (Helene Asbjornsen i in., 2020).

Continue reading “Wrażliwa Arktyka”

Globalne ocieplenie 1998-2013

2016 nadal najcieplejszy
Dziś wiemy, że globalne ocieplenie wręcz rzuca się w oczy. Bo kolejno 2014, 2015, 2016 nie tylko były coraz cieplejsze od 2010 roku, ale i też ostatni wymieniony rok jest dalej najcieplejszy w historii pomiarów globalnej temperatury od 1880 roku. A to właśnie ożywia nastroje denialistów głoszących światu, że globalne ocieplenie zatrzymało się w 2016 roku, co jest nieprawdą. Widać bardzo wyraźnie trend zwyżkowy w latach 2011-2016 bardziej fluktuacyjnie w latach 2016-2019. Jak widać trend ocieplenia klimatu w obecnej dekadzie nie jest taki zamaskowany jak w latach 1998-2013.

Continue reading “Globalne ocieplenie 1998-2013”

Antropogeniczne globalne ocieplenie na przestrzeni 140 lat

Dowody w postaci pomiarów z takich szanowanych światowych instytucji jak: NASA – National Aeronautics and Space Administration, NOAA Climate.Gov, COPERNICUS, Met Office, JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), Berkeley Earth są dostępne dla każdego w internecie. W Google można przeczytać wiele ważnych informacji naukowych na temat wyżej wymienionych instytucji.

Continue reading “Antropogeniczne globalne ocieplenie na przestrzeni 140 lat”

Ocieplenie klimatu – główny czynnik załamania ekosystemów w drugiej połowie XXI wieku

Panuje powszechna opinia w świecie naukowym oparta wieloma wynikami badań naukowych, że wielkie szóste wymieranie trwa już od co najmniej kilku dekad. To prawda. I modele, ekologiczne i od jakiegoś czasu klimatologiczne wyraźnie wskazują wysoki ubytek bioróżnorodności. IPBES w ostatnim swoim raporcie wyraźnie wskazuje, że główną potencjalną przyczyną przyspieszonego wymierania gatunków nie będzie eksploatacja środowiska naturalnego: wylesienia, osuszenia mokradeł, cieków i zbiorników wodnych, przełowienia, nadmierne polowania czy też nawet zanieczyszczenia przemysłowe i komunalne, ale przede wszystkim coraz wyższy wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi stymulujący szereg coraz większej liczby dodatnich sprzężeń zwrotnych, które coraz bardziej będą rozmontowywać system klimatyczny Ziemi. Prognozy klimatyczne nie napawają żadnym optymizmem. Będzie tylko coraz gorzej. Continue reading “Ocieplenie klimatu – główny czynnik załamania ekosystemów w drugiej połowie XXI wieku”

Arktyka ostrzega

Jeszcze lód morski w Arktyce nie zamarza. A przynajmniej jest znacznie więcej rejonów w Arktyce gdzie jeszcze topnieje niż zamarza. Drugi rekord zamarzania jest pewny już.

Obecnie zasięg lodu arktycznego jest tylko o 367 tys. km2 większy niż w rekordowym 2012 r. Według NSIDC (National Snow and Ice Data Center) 13 września było 3,75 mln km2. Jeszcze wszystko jest możliwe. W każdym razie nawet jak będzie to drugi w zapisie zasięg lodu, to i tak niewiele już większy od tego sprzed 8 lat. Oby jednak rekord w pomiarach nie padł, bo to już będzie robiło się bardzo groźnie. Continue reading “Arktyka ostrzega”