Stratosfærisk effekt øger den globale opvarmning, når kuldioxidniveauet stiger - Physics World

Stratosfærisk effekt øger den globale opvarmning, når kuldioxidniveauet stiger - Physics World

Tidsstempel: 8. december 2023 kl. 6:16

Blå himmel og skyer
Skyhøjt: Ny forskning har kastet lys over, hvordan højere kuldioxidniveauer i stratosfæren bidrager til global opvarmning. (Med høflighed: iStock/magann)

Effekten af ​​at fordoble atmosfærisk kuldioxid på klimaet bliver mere udtalt, efterhånden som kuldioxidniveauet stiger - har forskere i USA vist. Denne effekt, som ikke var blevet indregnet i tidligere estimater af Jordens strålingsbudget, forklarer omkring halvdelen af ​​variationen mellem estimater af klimaets følsomhed over for øget kuldioxid. Det foreslår også en potentiel ny tilgang til geoengineering.

Jordens overflade opvarmes af solstråling, og den udsender infrarød stråling tilbage til rummet. Men meget af denne infrarøde stråling absorberes af kuldioxid og andre gasser i den nedre atmosfære (troposfæren). Dette fanger varme meget ligesom glasset i et drivhus. Uden denne drivhuseffekt ville Jorden ikke være varm nok til flydende vand og kunne ikke understøtte liv.

I de sidste to århundreder har menneskelig aktivitet øget mængden af ​​kuldioxid i atmosfæren - forstærket drivhuseffekten og opvarmet jordens overflade og troposfæren.

Stratosfæriske effekter

Denne beskrivelse er dog en forenkling. Omkring 8-15 km over jordens overflade ligger tropopausen, og over denne er stratosfæren. Stratosfæren absorberer også indkommende solstråling og genudsender energi ved infrarøde bølgelængder - hvoraf det meste går tilbage til rummet. Da stratosfærens vigtigste varmekilde er ovenfra, er den varmest i toppen.

"Mens troposfæren er koblet til overfladen af ​​turbulente varmestrømme, sker den eneste varmeudveksling i stratosfæren gennem stråling," forklarer atmosfærisk videnskabsmand Brian Soden fra University of Miami i Florida. "Når vi tilføjer kuldioxid, øger vi emissiviteten ved infrarøde bølgelængder, hvilket får stratosfæren til at ville udsende mere stråling." Dette skal medtages, når man beregner "strålingskraften" af stigende kuldioxid, som er et mål for, hvor meget en stigning forstyrrer Jordens strålingsenergibalance.

Radiative forcering er en afgørende parameter i klimaforudsigelser foretaget af Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), men dens nøjagtighed er blevet sat betydeligt i tvivl i de sidste 30 år. For eksempel har forskellige modeller været uenige med op til 50 % om den strålingspåvirkning, der følger af en fordobling af den atmosfæriske koncentration af kuldioxid. Nu mener Soden og kolleger, at de kan forklare en væsentlig del af denne hidtil uforklarlige uoverensstemmelse.

Førindustrielle forhold

"Næsten alle tidligere beregninger af strålingspåvirkningen fra kuldioxid ville tage en klimatologi af temperaturprofiler fra f.eks. førindustrielle forhold - så du ville have en global fordeling af temperatur og fugtighed og 280 ppm kuldioxid - og du ville gentage det beregning, men i stedet for 280 ppm ville du fordoble det,” forklarer Soden. "Du kunne endda gøre det med en rækkevidde: Vi ved, at forcering fra kuldioxid stiger ikke lineært, men med logaritmen fra 1 ppm til noget i retning af 10,000 ppm... Men alle disse beregninger antager den samme klimatologi - og det var der, der var en afbrydelse : du ville ikke forvente de samme temperatur- og luftfugtighedsprofiler for 10 ppm som for 100 ppm eller 1000 ppm." Forskerne udviklede derfor modeller for, hvordan strålingspåvirkningen ville ændre sig, efterhånden som kuldioxidkoncentrationen i atmosfæren steg.

En kontraintuitiv forudsigelse, der går tilbage til de første detaljerede forudsigelser om menneskeskabte klimaændringer i 1960'erne, og som er blevet verificeret eksperimentelt, er, at stratosfæren afkøles, fordi øget kuldioxid hæver dens emissivitet, hvilket får den til at miste mere varme til rummet. Samtidig frigiver troposfæren i bunden mindre varme, fordi den øgede kuldioxid fanger mere infrarød stråling.

"Når du øger emissiviteten, skal du reducere temperaturen for at [stratosfæren] forbliver i strålingsligevægt." Denne afkøling betyder, at temperaturen ved højere kuldioxidkoncentrationer falder yderligere, og det bliver sværere for Jorden at udstråle varme. Den strålingspåvirkning af kuldioxid bliver derfor stadig større. Hver yderligere tilførsel af kuldioxid  har derfor en større forceringseffekt.

Efter denne logik kigger forskerne nu på nye ideer til geoengineering. Tidligere undersøgelser har fokuseret på brugen af ​​aerosoler, der reflekterer sollys tilbage i rummet: "I dette arbejde foreslår vi at bruge absorberende aerosoler til at opvarme [stratosfæren] og føre til mindre carbondioxid-kraft, siger Haozhe He, der ledede arbejdet som Sodens ph.d.-studerende og nu er postdoc ved Princeton University. Denne idé understøttes af det faktum, at udbruddet af Pinatubo-bjerget i 1991, som forårsagede dramatisk troposfærisk afkøling, blev ledsaget af stratosfærisk opvarmning fra sulfataerosoler.

"Dette er et meget vigtigt [resultat] for klimasamfundet - det løser et stort mysterium om, hvorvidt vi trofast behandlede de processer, der driver den globale opvarmning," siger William Collins fra Lawrence Berkeley National Laboratory i USA, en koordinerende hovedforfatter af den sjette vurdering af IPCC. »Det, [Soden og kolleger] har vist, er, at klimasamfundet har gjort et meget bedre stykke arbejde, end vi havde troet i årtier. Modellerne var korrekte hele tiden, vi testede dem på den forkerte måde. De leverede altid et bedre svar, end vi troede."

Forskningen er beskrevet i Videnskab.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden