Aiempaan puheenvuorooni liittyen – vesihöyryn positiivinen palaute

Viitteeni:

https://puheenvuoro.uusisuomi.fi/hannusinivirta/helppoa-laskentaa-vesihoyryn-positiivisesta-palautteesta/

Fysiikka ja systeemiteoria

Vesihöyryn positiivisesta palautteesta kertovat fysiikka ja systeemiteorian periaatteet, joista tuo kaava ΔΤTOTAL = ΔTINITIAL / 1 – g x f on johdettu. Katsotaan tarkemmin näitä periaatteita.

Fysiikan ja systeemiteorian periaatteet

1. Takaisinkytkennät (Feedback)

  • Takaisinkytkentä on prosessi, jossa järjestelmän tulos vaikuttaa takaisin sen syötteisiin tai toimintaan. Ilmasto on monimutkainen järjestelmä, jossa eri tekijät, kuten lämpötila, kosteus ja kasvihuonekaasupitoisuudet vaikuttavat toisiinsa.
  • Positiivinen palaute: Tämä tarkoittaa, että järjestelmän toiminta vahvistaa alkuperäistä muutosta. Esimerkiksi vesihöyryn lisääntyminen lämpimämmässä ilmassa johtaa lisääntyneeseen lämpenemiseen, koska vesihöyry on kasvihuonekaasu.
  • Negatiivinen palaute: Tämä tarkoittaa, että järjestelmän toiminta vaimentaa alkuperäistä muutosta. Esimerkiksi pilvet voivat heijastaa auringonvaloa takaisin avaruuteen, mikä vähentää lämpenemistä.

2. Systeemiteoria

  • Systeemiteoria tutkii monimutkaisempia järjestelmiä, jotka koostuvat useista osista, jotka vuorovaikuttavat keskenään. Tällaiset järjestelmät voivat sisältää dynaamisia ja ei-lineaarisia ilmiöitä, kuten ilmastonmuutos.

3. Energian ja lämmön säilyminen

  • Ilmastojärjestelmä noudattaa energian säilymisen lakia, joka sanoo, että energiaa ei voi luoda tai tuhota, vaan se voi vain muuttua muodosta toiseen. Tämä on perusta myös lämpötilan muutoksille ja palautteille.

Matemaattiset mallit ja kaavat

Tässä on muutamia kaavoja ja periaatteita, jotka liittyvät takaisinkytkentöihin ja systeemiteoriaan:

1. Takaisinkytkentäyhtälö

y (t) = K x(t) + β y(t – 1)

  • Tässä y (t) on järjestelmän nykyinen tila, x (t) on syöte (esim. lämpötilan muutos). K on vahvistuskerroin ja β on takaisinkytkentäkerroin. Tämä on yksinkertainen malli, jossa järjestelmän tila riippuu aikaisemmasta tilasta.

2. Energian tasapainoyhtälö

ΔE = Q – W

  • Tässä ΔE on energiatilan muutos, Q on järjestelmään tuleva lämpöenergia ja W on järjestelmästä poistuva työ. Tämä periaate on tärkeä ilmaston mallinnuksessa, koska se voi auttaa ymmärtämään, kuinka energiatase vaikuttaa lämpötilaan.

3. Clausius – Clapeyron yhtälö

d ln p/dT = L/RT2

  • Tämä yhtälö kuvaa, kuinka vesihöyryn paine (p) muuttuu lämpötilan (T) muuttuessa. L on latentti lämpö (höyrystymislämpö) ja R on yleinen kaasuvakio. Tämä on keskeinen kaava vesihöyryn käyttäytymisen ymmärtämisessä, ja se on tärkeä myös palautteiden arvioimisessa.

4. Dynaamiset systeemit

  • Dynaamiset systeemit voidaan usein kuvata osittaisdifferentiaaliyhtälöillä (PDE), jotka kuvaavat ajallista ja paikallista kehitystä. Esimerkiksi:

∂T/∂t = α2T + Q

  • Tässä T on lämpötila, α on lämpödiffuusio ja Q on lähde- tai haihdutuskerroin. Tällaiset yhtälöt voivat kuvata lämpötilan muutosta tietyssä tilassa, ottaen huomioon sekä ajalliset että spatiaaliset tekijät.

Toistan vesihöyryn positiivisen palautteen

1. Alkuperäinen lämpötilan muutos ΔTINITIAL voi johtua esim. hiilidioksidin lisääntymisestä.

2.Tämän seurauksena, vesihöyryn määrä kasvaa Δe, mikä puolestaan lisää kasvihuonekaasupitoisuutta ja lämpötilaa.

3. Uuden lämpötilan muutos voidaan arvioida seuraavasti:

ΔTNEW = ΔΤINITIAL + g x f x ΔTINITIAL

Jatkamme prosessia lisäämällä uusia palautteita:

ΔTTOTAL = ΔTINITIAL (1 + g x f + (g x f)2 + …)

Ja yhdistämme sen geometrisen sarjan summakaavaan (josta jo aiemmassa puheenvuorossani, mutta hieman laajennettuna).

5. Geometrisen sarjan summakaava

Tämä geometrinen sarja on klassinen matemaattinen sarja, ja sen summa voidaan laskea, kun |g x f|< 1:

∑ = 1 + g x f + (g x f)2 + (g x f)3 + … = 1 / 1 – g x f

Siten ilmaston kokonaislämpötilan muutos palautemekanismeineen voidaan laskea kaavalla:

ΔTTOTAL = ΔTINITIAL / 1 – g x f

6. Kaavan käyttö

Tämä kaava on keskeinen ilmastotutkimuksessa, koska se yhdistää alkuperäisen lämpötilan muutoksen ja palautteet. Palautteet, kuten vesihöyryn lisääntyminen tai albedo-efektin väheneminen, vahvistavat ilmaston lämpenemistä, mikä tekee kokonaistuloksesta suuremman kuin alkuperäinen muutos. Positiivinen palaute nostaa g x f arvoa, jolloin kokonaislämpötilan nousu ΔΤTOTAL on suurempi kuin ΔTINITIAL.

Tähän loppuun vielä listaus satelliitti-havainnoista (linkit)

(vesihöyry ja positiivinen palaute)

1. Aqua Earth-Observing Satellite Mission

2. IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer)

  • IASI – EUMETSAT
  • IASI on MetOp – EUMETSAT

3. GPM (Global Precipitation Measurement)

4. SMAP (Soil Moisture Active Passive)

5. Himawari-8 ja Himawari-9

  • Himawari – Japan Meteorological Agency
  • Himawari-8 Data – JMA

6. ACE (Atmospheric Chemistry Experiment)

  • ACE – Canadian Space Agency

Satelliittidata tarjoaa laaja-alaista tietoa, joka on elintärkeää vesihöyryn positiivisen palautteen ymmärtämiseksi ilmaston lämpenemisessä. Vaikka ne eivät suoraan mittaa palautteen voimaa, niiden tuottamat havainnot ja analyysit antavat tärkeää kontekstia ja tukea, jotka käsittelevät tätä monimutkaista ja tärkeää ilmiötä.

Näiltä osin monilta ilmastosta toisinajattelevilta menee ilmastomallit ja laskelmat uusiksi, ellei jopa romukoppaan, jolleivat ne perustu perusfysiikkaan, systeemiteoriaan ja näihin satellittimittauksiin. Muut mahdolliset satelliitit ja niiden tekemät mittaukset eivät poista tätä tosiasiaa sillä verukkeella, että niiden mittausdata näyttäisi muka ihan muita tuloksia.

HannuSinivirta
Sitoutumaton Helsinki

(FMI)

el. vanh. tut. ava.tek.elektr. ins. fys.

Teoriat ja mielipiteet ovat omiani, ne eivät edusta instituutteja tai organisaatioita. Ajalla ei ole partikkelia (toistaiseksi) valolla on.

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu