CO2:sta ajatuksia

Valvoja: Hallitus

Tapsa
Valvoja
Viestit: 2944
Liittynyt: 19.02.2008, 16:35:15

Re: CO2:sta ajatuksia

Viesti Kirjoittaja Tapsa » 23.01.2013, 15:23:50

Tronic kirjoitti:
Tapsa kirjoitti:Nuo luvut tulevat avaruuteen lähtevän säteilyn pienenmisestä, mutta en usko, että se on oleellinen tekijä, vaan ilmakehän säteily alas. Hiilidiksidin tuplaantuessa sen osapaine kasvaa eniten kylmissä kerroksissa, maksimi n. 15 kmn tienoilla. Sieltä ei tänne alas juuri mitään tule takaisin. Ilmakehän lämpökradientissa pitäisi tapahtua jonkinlaisen muutoksen. En ollenkaan ymmärrä, miten yläilmoista voi lisälämpöä tänne tulla muuten kuin säteilynä ja se kasvaa ko. tilanteessa vain 1,6 W/m^2. L'ämpötilaan vaikutus on alle puoli astetta.


Perustatko arvosi Modtraniin? En suosittelisi sitä, sillä kyseessä on kuitenkin hyvin yksinkertainen mallinnus, jota ei ole edes tarkoitettu säteilytasapainon tarkasteluun.

Troposfäärin lämpötilagradientti ja näinollen myös yläilmakehän ja maanpinnan välisten lämpötilojen yhteys riippuvat gravitaatiosta (ylhäällä "kylmempi" molekyyli saa matkalla alas lisää liike-energiaa ja on näinollen "lämpimämpi"). Ilmakehässä tämä gravitaatiosta aiheutuva lämpötilagradientti ja tietysti myös konvektio ovat tärkeitä ilmiöitä, etkä voi tarkastella ainoastaan säteilyä.


Kyllä Modtranilla tulee leikittyä, mutta yllättäen se antaa löytämiäsi lukuja, jos tarkastellaan tilannetta avaruuteen lähtevän säteilyn muutoksen perusteella.

Oletko tosiaan sitä mieltä, että kylmistä korkeuksista putoava molekyyli saa liike-energiasta lisää lämpöä? Konvektio toki on mukana, mutta miten se liittyy hiilidioksidin tuplaantumiseen. Eikö tässä ole kuitenkin juuri kyse säteilytilanteen muuttumisesta?

Tronic
Viestit: 313
Liittynyt: 15.08.2010, 16:38:00

Re: CO2:sta ajatuksia

Viesti Kirjoittaja Tronic » 23.01.2013, 15:33:11

Kinemaattinen kaasuteoria selittää molekyylien nopeusjakauman muutokset gravitaatiokentässä ja nopeusjakaumasta taas seuraa statistisen fysiikan mukaisesti lämpötila. Ilmiö on havaittavissa erityisen hyvin Saturnuksessa ja Jupiterissa, joissa lämpötila nousee syvemmälle kaasujättiläisten sisälle mentäessä tasaisesti aina tuhansiin asteisiin, vaikkei auringon säteilyä sinne tunkeudu juuri lainkaan. Myös Venuksen pinnan polttava kuumuus liittyy nimenomaan äärimmäisen raskaaseen kaasukehään.

Harry
Viestit: 609
Liittynyt: 02.10.2010, 18:44:02

Re: CO2:sta ajatuksia

Viesti Kirjoittaja Harry » 23.01.2013, 15:47:36

Kuinkas nyt jouduttiin ulkoavaruuteen taas :o

Miten tämä gravitaation aiheuttama lämpeneminen selittyy ilmakehässämme? Jos molekyyli tulee alaspäin ymmärrän että se voi lämmetä kitkasta tai lisääntyneestä paineesta? Mutta miten selittyy ilmakehämme lämpögradientti?

Maanpinnasta tropopausiin (noin 10km) lämpö putoaa noin -60 asteeseen. Sieltä stratopaussiin (noin 50km) lämpötila hiljalleen nousee -20 asteeseen jonka jälkeen lämpötila taas putoaa -80 asteeseen mesopaussiin (noin 80km) mentäessä. Tästä jää kuva että molekyli putoessaan 50km korkeudesta kylmenee kunnes se saavuttaa 10km korkeuden jonka jälkeen se lämpenee.

Ymmärsiköhän tuon gravitaatiojutun ihan väärin?

Tronic
Viestit: 313
Liittynyt: 15.08.2010, 16:38:00

Re: CO2:sta ajatuksia

Viesti Kirjoittaja Tronic » 23.01.2013, 17:08:46

Ymmärsit täysin väärin.

Ensinnäkään asiassa ei kitkalla ole mitään tekemistä, kyse on kaikessa yksinkertaisuudessaan potentiaalienergian muutoksesta (molekyylitason) liike-energiaksi eli (makroskooppisen tason) lämmöksi. Ilmiö on näkyvin juuri troposfräärissä, kun taas ylempien kerroksien inversiot selittyvät muilla tekijöillä, jotka ylittävät gravitaatiovaikutuksen. Olen sanonut aiemmin ja sanon uudelleen: ei kannata yrittää ymmärtää ilmastoa lukiofysiikan pohjalta. Edes yliopistofysiikka ei ole siihen täysin riittävää, enkä voi rehellisesti sanoa osaavani laskea edes niin yksinkertaista asiaa kuin tuon lämpötilagradientin voimakkuutta (empiirisesti 6.5 K/km).

Tapsa
Valvoja
Viestit: 2944
Liittynyt: 19.02.2008, 16:35:15

Re: CO2:sta ajatuksia

Viesti Kirjoittaja Tapsa » 23.01.2013, 18:08:33

Pointti tässä on kuitenkin, että voiko CO2:n tuplaus todellakin siirtää ylempää ilmakehästä energiaa maanpinnalle muulla tavalla kuin säteilemällä.

Harry
Viestit: 609
Liittynyt: 02.10.2010, 18:44:02

Re: CO2:sta ajatuksia

Viesti Kirjoittaja Harry » 23.01.2013, 23:01:19

Tronic kirjoitti:Olen sanonut aiemmin ja sanon uudelleen: ei kannata yrittää ymmärtää ilmastoa lukiofysiikan pohjalta. Edes yliopistofysiikka ei ole siihen täysin riittävää,


Mikähän fysiikka mahtaa riittää? Ilmastotieteilijät ovat jo monta vuotta todistanut ettei heidän laskutaitonsa riitä. Ei ainakaan mallien muodossa. Ilmasto on luultavasti liian kaoottinen taipumaan johonkin kaavaan. Eri osia voitaisiin varmasti kaaos-teorian avulla mallintaa mutta osia on aivan liikaa.

Mielestäni tärkeintä olisi saada kaikki pelottelu pois. Monet ihmiset näyttävät olevan aivan paniikissa median syöttämien uhkakuvien takia.

Sillä tuskin on suuri merkitys jos on 2 astetta lämpösempää tai 2 astetta kylmempää (tai mielummin ei kylmempi) 100 vuoden kuluttua . On tää maapallo ennenkin ollut sekä kylmempi että lämpimämpi.

Avatar
BorisW
Viestit: 1734
Liittynyt: 08.08.2007, 10:38:11
Paikkakunta: Espoo
Viesti:

Re: CO2:sta ajatuksia

Viesti Kirjoittaja BorisW » 23.01.2013, 23:23:33

Varsin mielenkiintoinen keskustelu, johon muutama kommentti. CO2 ei todellakaan ole myrkky, vaan yksinkertaisesti hengitysrefleksiä laukaiseva tekijä. Hengitysrefleksiä ei suinkaan laukaise hapen puute vaan liiallinen CO2. Kuten Harry totesi CO2:ta saa ilmassa olla varsin paljon ennen kuin siitä on terveydelle haittaa.

Kasvihuonekaasuna sillä on kuitenkin oma vaikutuksensa absorboimalla lämpösäteilyä (infrapunafotoneja) ja "kuljettamalla" säteilemällä auringon maanpintaan tuomaa lämpöä takaisin avaruuteen. Koska kasvihuonekaasumolekyyli sekä absorboi että emittoi energiaa koko prosessi on vaikeasti hahmotettavissa ja kuulemma fiksuimpien mukaan vaikeasti laskennallisesti hallittavissa koska tuolloin toimitaan kvanttifysiikan säännöillä.

Käytännössä kuitenkin kasvihuonekaasuista vesihöyry on alemmassa ilmakehässä ylivoimaisesti tärkein ja hiilidioksidi tulee kaukana perässä kakkosena. Kumpaakin on ilmakehässä riittävästi nostaen maan läheistä ilmanlämpötilaa. Yksinkertaisesti voidaan todeta, että auringon lämmittämä maanpinta jäähtyy yöllä (varjossa) sitä hitaammin mitä enemmän ilmassa on kasvihuonekaasuja (khk). Tämä johtuu, kuten edellä on todettu, takaisinsäteilystä (back radiation). Tämä takaisin säteily on todellista kuten voi hauskasti kokeilla SURFRAD sivuilla: http://www.esrl.noaa.gov/gmd/grad/surfrad/index.html. Siinä on aineistoa jota on kerätty USA:ssa mittausasemilla ja syöttämällä ilmakehä parametrejä voi plotata mielenkiintoisia käyriä, esim:

Desert Rock Nevada winter.jpg


Kuvassa näkyy alas tuleva auringon säteily ja pinnasta ylös heijastunut valo (lämpö) sekä infrapunasäteily ylös ja alas sekä alakuvassa vuorokauden lämpötilavaihtelu, jne. kannattaa leikkiä datalla - ei ole vaikeata.

Ongelmaksi CO2 on muodostunut kun siitä haluttiin (IPCC) tehdä kauhukakara, jonka pitoisuuden kasvu ilmakehässä, ainakin osittain polttoaineiden käytön lisääntyessä, sanotaan aiheuttavan kasvihuoneilmiön, jonka uskotaan aiheuttavan katastrofaalista lämpenemistä muine kauhuseurauksineen.

Koko keskustelua sotkee CO2:lle annettu ilmastonsäätelijän päärooli. Näinhän ei ole vaikka asian kumoaminen on todella vaikeata. IPCC tiedostaa, että CO2: tuplaantuminen ei hirveitä vaikuta, mutta vaikutus vahvistuu vesihöyryn kautta säteilypalutteen (back radiation) muodossa. CO2:n nimittäin katsotaan lämmittävän sen verran pintaa, että vettä haihtuu enemmän ja koska vesihöyry oli se ylivoimaisesti tärkein kasvihuonekaasu vaikutukseksi saadaan lisälämmitystä aiemmin mainittu muutama w/m2.

Kirkkaalla säällä vesihöyryn ja myös pilvien ansiosta lämpösäteily avaruuteen on suurempaa siksi yöt ovat kylmempiä; sateella ja sumussa lämpöä pysyy maanpinnan tuntumassa, eli öinen jäähtyminen on hidasta.

On myös muistettava, että vain khk:t, eivät siis happi ja typpi, voivat säteillä lämpöä avaruuteen kuten tietysti myös vesipisarat pilvissä ja lumi ja jäähileet. Muistin virkistykseksi seuraava kuva kertoo kasvihuonekaasuista ja niiden absorptiospektreistä:

Auringonsätely maahan.gif

Harry
Viestit: 609
Liittynyt: 02.10.2010, 18:44:02

Re: CO2:sta ajatuksia

Viesti Kirjoittaja Harry » 24.01.2013, 11:27:51

Kiitos lenkistä, Boris.

Helppo leikkiä käyrillä. Parametreja on paljon mikä taas osoittaa tietojen kaivamisen vaikeus.

Desert Rock - kuvassa on jännä yksityiskohta. Näkee selvästi että yöllä auringon vaikutus on nolla. Heti auringonnousun jälkeen alkaa tapahtua, mutta sitten tulee notko 10am - 1pm. Menikö aurinko pilveen? Olisi hyvä tietää koska infrared-ylös ja alas ovat sillä hetkellä yhtä voimakkaat.

Muutenkin infrared - käyrät ovat mielenkiintoisia koska käyvät samaan tahtiin yötä päivää?? Eli mistä alas suuntautuva IR tulee yöllä? Kuvittelisin että IR-ylös olisi yö-aikaan voimakkaampi kuin alas ? Toinen huomio IR:stä. IR ylös seuraa samaan tahtiin kuin auringonsäteily ja korreloi hyvin auringonsäteily - ylös kanssa. IR -alas korreloi käänteisesti IR-ylös kanssa.

Avatar
BorisW
Viestit: 1734
Liittynyt: 08.08.2007, 10:38:11
Paikkakunta: Espoo
Viesti:

Re: CO2:sta ajatuksia

Viesti Kirjoittaja BorisW » 24.01.2013, 22:16:05

Parametrejä on paljon, mutta kuten sinäkin olisin kaivanut dataa ilman kosteudesta sekä pilvisyydestä. Niitä en valitettavasti löytänyt kun vuosi sitten kompastuin SURFRAD sivuille.

Graafinen esitys on todella selkeä ja vaihtoehtoja on paljon. Mielenkiintoista on myös verrata eri vuodenaikojen vaikutusta. Pilvisyyden voisi kaivaa sääkartoista kun vain ensin käy hakemassa havaintopaikan sijainti tiedot, jotka kyllä löytyvät sivuilta.
esim tuo Desert Rock, Nevada
Latitude: 36.63 degrees North
Longitude: 116.02 degrees West
Elevation: 1007 meters
Time Zone: Local Time + 8 hours = UTC
Installed: March 1998
SURFRAD data from the Nevada site.

Sitten vain alueen pilvisyyskartta netistä ja niin pääsee pohdiskelemaan syy-yhteyksiä pidemmällekin. Joka tapauksessa tuo kiistelty säteilypalute on realiteetti, joskin sen vaikutus todelliseen ilman lämpötilaan onkin vaikeammin selvitettävissä; eihän säteily ole samaa kuin lämpötila mittarilla luettuna.

unbiased
Viestit: 1090
Liittynyt: 13.01.2015, 09:31:57

Re: CO2:sta ajatuksia

Viesti Kirjoittaja unbiased » 09.04.2015, 11:46:59

Lueskelin viestejä edeltä. Mistä johtuu ilmakehän ominaisuus, että lämpötila laskee 6,5 K/km ylöspäin mentäessä?
Ei teoria ole kovin monimutkainen, kun tarkastellaan kuivaa ilmaa. Veden mukana olo tekeekin laskelmat monimutkaisiksi.
Ilman lämpökapasiteetti, kyky sitoa lämpöä on Cp=1000 Nm/kgK. (J = Nm) Painovoima on noin 10 N/kg. Sekoittuvalta osaltaan ilmakehä (0-10km) on likimain energiatasapainossa. Energia kilogrammaa kohti E/kg = Cp*T + gh + liike-energia + latentti energia. Kun kosteus on vähäinen latentti energia on nolla ja liike-energiakin (tuuli) on aika mitätön. Päästään siten yksinkertaiseen yhtälöön E/kg = Cp*T + gh =vakio, jonka derivaatta on nolla. Tästä seuraa, että Cp*(T2-T1) = -g*(h2-h1) ja T2-T1 = -g/Cp*(h2-h1) = 10K/1000m*(*h1-h2) = 10 K*korkeusero/km. Ilmakehän sisältämän runsaan veden johdosta todellinen luku on 6,5 K/km.
Venukselle on laskettu vastaava kerroin, joka saa keskimäärin arvon 9,5 K/km. 50 km pilvikorkeudessa on mitattu 15 C asteen lämpötila. Lämpötila pinnalla on tästä laskettuna 15C +(0-50)km*9,5 C/km = 490 C. Tietojen mukaan lämpötila vaihtelee välillä 463-500 C.
Venuksesta liikkuu tiedekirjallisuudessa nykyaikana satuja "Korkean hiilidioksidipitoisuuden takia Venuksessa on erittäin voimakas kasvihuoneilmiö, joka nostaa planeetan lämpötilaa noin 450 astetta teoreettista lämpötilaa suuremmaksi. Laskujen mukaan Venuksen pitäisi olla 60–70 astetta Maata lämpimämpi." Todellisuudessa pintalämpötilan aiheuttaa kaasukehän adiabaattinen efekti. Pitäisi selventää, että kasvihuoneilmiöllä tarkoitetaan juuri mainitsemaani efektiä, joka aiheuttaa sen, että maan pintalämpötilakin on teoreettisesti arvioitua korkeampi.

Kaasukehällisen planeetan lämpö säteilee ulos kaasukehästä eikä pinnalta, kuten useimmiten uskotellaan. Onhan maan ilmakehässäkin kaasua 10 tonnia neliömetrillä. Vaikka kaasut ovat hyvin heikkoja säteilijöitä ja säteilyn pidättäjiä matalissa (0 - 1000K) lämpötiloissa, suuri määrä kaasua pienhiukkasineen (vesipisaroita, pölyä) pidättää kyllä säteilyn. Kun suuntaa säteilymittarin taivaalla, mittaa taivaalta tullutta säteilyä. Arvoksi saa noin -20C (kirkkaalla säällä zenit-suunnassa voi saada huomattavasti pienemmän lukeman), joka vastaa juuri sitä lämpötilaa, jolla maa säteilee ilmakehästään keskimäärin auringosta saamansa energian. Jos tätä sanoo huonosti valitulla sanalla "kasvihuoneilmiöksi" niin OK. Jos väittää, että vesihöyry ja hiilidioksidi aiheuttavat kasvihuoneilmiön, se ei ole oikein. Niitä on ilmakehässä niin vähän, että merkitys on mitätön. Molempia on kuitenkin riittävästi, että sen säteilyn, mitä nämä kolmiatomiset kaasut absorboivat, ne absorboivat jo muutaman metrin matkalla. Konvektio on kuitenkin moninkertainen lämmönsiirtäjä tähän nähden, joten huomion kiinnittäminen kasvihuonekaasuihin on mieletöntä.

Ilmakehä säteilee lämpötilansa ja massansa mukaisesti lämpösäteilyä kohti kylmempiä kohteita (yleensä vain kohti avaruutta) ja saa säteilyenergiaa lämpimämmistä kohteista (aurinko ja maan pinta). Säteilyn intensiteettihän riippuu ympäristön lämpötilasta. Likimääräinen kaava W = e*r*(Ts^4 - Ty^4).
e = 0-1(riippuu säteilijän ominaisuuksista) ja r = 5,67*10^-8. Ts säteilijän lämpötila ja Ty ympäristön lämpötila. W on kappaleen säteilytiheys kohti Ty lämpöistä ympäristöä.

Vastaa Viestiin