Perusperiaate maapallon kasvihuoneilmiöstä, ilmakehän emissiivisyytenä (ε) – päivitetty 12.3.2020

Perusperiaate maapallon kasvihuoneilmiöstä, ilmakehän emisiivisyytenä (ε) – päivitetty 12.3.2020

Lämpötiloja laskettaessa, voimme hyödyntää Stefan-Bolzmann säteilylakia, jonka mukaan mustan kappaleen säteilemä teho (F) pinta-alaa kohti on suoraan verrannollinen lämpötilan neljänteen potenssiin:

F = σT4

σ = Stefan-Bolzmann vakio (5.67 x 10-8 W / m2 K4)

T = absoluuttinen lämpötila (°K)

Maapallon lämpö-taseeseen vaikuttaa 3 tekijää:

  1. Aurinko
  2. Ilmakehä
  3. Maan pinta

Lähtökohta on se, että Auringon lähettämä lämpö-säteily mikä tulee Maahan, tulee myös poistua takaisin avaruuteen.

Yksinkertainen lasku-esimerkki jolla voimme laskea Maapallon pintalämpötilan Tluonnollisen kasvihuoneilmiön vallitessa, soveltamalla yhtälöä:

F = σT4

2σTi4 = σTp4 =>

Tp = 21/4 Ti =>

Tp = 1.2 Ti = 1.2 x 255°K = 306°K ≈ 33°C

(ks. artikkelikuva)

Kun haluamme laskea Maapallon ilmakehän efektiivisen säteily-lämpötilan Tsilloin, kun aurinko-vakio S = 1365W /mja emissiivisyys ε = 0,3 eli 30%, missä maapallon pinta-alayksikköä kohden ilmakehän ylärajalle tuleva keskimääräinen säteilyteho on:

SπRe2 / 4πRe2 = S / 4 ≈ 341W/m2:

Te = [S (1 – α) / 4σ]1/4

On huomioitava, että ilmakehän kasvihuoneilmiöstä johtuen, maan pinta-lämpötila Ton korkeampi. Se riippuu ilmakehän emissiivisyydestä ε, joka on 0, jos kasvihuonevaikutusta ei ole ja 1, kun kaikki infrapunasäteily jää kasvihuonekaasuihin:

Te = [S (1 – α) / 4σ]1/4 ≈ 255°K ≈ -18°C

Pintalämpötilalle pätee myös silloin:

Tp = Te [1 / 1 – ε / 2]1/4

Tästä voidaan johtaa Te:n  vahvistuskerroin f:

[1 / 1 – ε / 2]1/4 = (1 – ε / 2)-1/4

f = (1 – ε / 2)-1/4

https://en.wikipedia.org/wiki/Idealized_greenhouse_model

Tp = f Te

Jos ƒ Tolisi 288°K (eli sama kuin havaittu maapallon keskimääräinen lämpötila +15°C) ja jos haluamme ratkaista, mikä olisi silloin emissiivisyyden ε arvo =>

*) f Te = 288°K => f = 288°K / 255°K = 1.129 =>

f = (1 – ε / 2) -1/4 = 1.129 =>

(1 – ε / 2) -1/4 = 1 / (4 √ 1 – ε /2 )1 = 1.129 =>

(4 √ 1 – ε / 2)1 = 1 / 1.129 =>

1 – ε / 2 = (1 / 1.129)4 = 0.615 =>

ε / 2 = 1 – 0.615 =>

ε = (1 – 0.615) x 2 = 0.77

Kun ε = 0,77 ƒ:n lukuarvoksi tuli 1,129 ja maapallon pintalämpötilaksi ~ 288°K, se on likimain sama kuin havaittu maapallon keskimääräinen lämpötila +15°C.

Kasvihuone-efektin pintalämpötilaa voimistavaksi vaikutukseksi saadaan siis:

[18]°C + [15]°C ≈ 33°C

Jos maapallon pintalämpötila olisi 289°K, se olisi sama kuin havaittu maapallon keskimääräinen lämpötila +16°C. Silloin ƒ olisi 1,133 ja ε 0,79 (ks. *)

Kasvihuone-efektin pintalämpötilaa voimistavaksi vaikutukseksi saataisiin silloin:

[18°C] + [16°C] ≈ 34°C

Lämpötilan nousua olisi siis +1°C jos ilmakehän emissiivisyys ε kasvaisi:

0,77 Δ% 0,79 ≈ 2,6%

HannuSinivirta

Työura: (el. vanh. tut. / 2016) FMI / avaruusteknologia ja havaintopalvelut 1990 - 2016 (26v). Eflab Oy - Labsystems Oy / lääketieteellinen teknologia / tutkimus ja tuotekehitys 1980 - 1990v (10v). Nokia Oy / atomivoimalaitostekniikka ja militaaritekniikka 1975 - 1980 (5v). Planar Ky / tietoliikennetekniikka / tutkimus ja tuotekehitys 1968 - 1975 (7v). Kantavia voimia mm. Albert Einsteinin 10 kenttäyhtälöä. Olen tutkinut ilmastonmuutosta n. 5 vuotta ja päätynyt arvioon, että muutos tapahtuu sekä antropogeenisten eli ihmislajin toiminnan seurauksena (A) että luonnollisten eli planetaaristen (L) vaikutusten muutos-vauhdin suhteessa, missä antropogeeninen dominoi (𝝏A / 𝝏t) / (𝝏L / 𝝏t) = paljon suurempi kuin 1. Tutkimukseni ei perustu perinteisiin julkaisu-periaatteisiin, mutta henkilökohtaiseen kokemukseen, havaintoihin ja puhtaaseen matemaattiseen tulkintaan.

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu