RealClimate: Il problema della CO2 in sei semplici passi (Aggiornamento 2022)

10 luglio 2022 di Gavin

Uno dei nostri vecchi post più letti è la spiegazione passo passo del perché l'aumento della CO2 è un problema significativo (Il problema della CO2 in 6 semplici passaggi). Tuttavia, questo è stato scritto nel 2007 – 15 anni fa! Sebbene i passaggi e i concetti di base non siano cambiati, ci sono 15 anni di dati in più, aggiornamenti in alcuni dettagli e concetti e (si scopre) una grafica migliore per accompagnare il testo. E quindi, ecco una versione leggermente aggiornata e referenziata che dovrebbe essere un po' più utile.

Passo 1:C'è un effetto serra naturale.

Il fatto che esista un effetto serra naturale (l'atmosfera limita il passaggio della radiazione infrarossa (IR) dalla superficie terrestre allo spazio) è facilmente deducibile da esso; i) la temperatura media della superficie (intorno a 15ºC) e ii) sapere che il pianeta è normalmente vicino all'equilibrio radiativo. Ciò significa che esiste un flusso superficiale di IR verso l'alto (~398 W/m2), mentre il flusso verso l'esterno nella parte superiore dell'atmosfera (TOA) è più o meno equivalente alla radiazione solare netta assorbita (~240 W/m2). Pertanto deve esserci una grande quantità di IR assorbita dall’atmosfera (circa 158 W/m2), un numero che sarebbe pari a zero in assenza di sostanze ad effetto serra. Si noti che questa radiazione IR è talvolta chiamata radiazione a onda lunga (LW) per distinguerla dalla radiazione a onda corta (SW) proveniente dal sole.

Passo 2:I gas in tracce contribuiscono all’effetto serra naturale.

Il fatto che diversi assorbitori contribuiscono all'assorbimento dell'infrarosso atmosferico è chiaro dagli spettri osservati dallo spazio (a destra) che mostrano lacune caratteristiche associate al vapore acqueo, CO2, O3, nuvole, metano, CFC ecc. L'unica domanda è quanta energia totale viene bloccato da ciascuno. Questo non può essere calcolato manualmente (il numero di linee di assorbimento e gli effetti dell'ampliamento della pressione lo precludono), ma può essere calcolato utilizzando codici di trasferimento radiativo. Per alcune parti dello spettro, l’IR può essere assorbito dalla CO2, dal vapore acqueo o dalle nuvole, ma tenendo conto di queste sovrapposizioni troviamo che il 50% dell’effetto serra proviene dal vapore acqueo, il 25% dalle nuvole e circa Il 20% da CO2 e il resto assorbito da ozono, aerosol e altri gas in tracce (Schmidt et al, 2010). Si noti che i principali costituenti dell'atmosfera (N2, O2 e Argon) non assorbono in modo significativo nella gamma di lunghezze d'onda IR e quindi non contribuiscono all'effetto serra.

Passaggio 3:Le tracce di gas serra sono aumentate notevolmente a causa delle emissioni umane

Le concentrazioni di CO2 sono aumentate di oltre il 50% rispetto al periodo preindustriale, il metano (CH4) è più che raddoppiato e sta accelerando ancora una volta, l’N2O è aumentato del 15% e anche l’O3 troposferico è aumentato. Nell’atmosfera preindustriale non esistevano nuovi composti di gas serra come gli alocarburi (CFC, HFC). Tutti questi aumenti contribuiscono ad aumentare l’effetto serra.

Le fonti di questi aumenti sono dominate dalla combustione di combustibili fossili, discariche, attività minerarie, operazioni di petrolio e gas, agricoltura (in particolare bestiame per la produzione di metano) e industria.

Passaggio 4:La forzatura radiativa è un utile strumento diagnostico e può essere facilmente calcolata

Le lezioni apprese da semplici modelli giocattolo e l'esperienza con GCM più sofisticati suggeriscono che qualsiasi perturbazione del bilancio delle radiazioni TOA da qualunque fonte sia un buon predittore di eventuali cambiamenti della temperatura superficiale. Pertanto, se il sole dovesse diventare più forte di circa il 2%, il bilancio della radiazione TOA cambierebbe di 0,02*1361*0,7/4 = 4,8 W/m2 (tenendo conto dell'albedo e della geometria) (entra più energia di quanta ne esce). . Ciò definirebbe la forzante radiativa (RF). Un aumento degli assorbitori di gas serra, o un cambiamento nell’albedo, hanno impatti analoghi sul bilancio TOA (entra più energia di quanta ne esce). Tuttavia, il calcolo della forzante radiativa è ancora una volta un lavoro per i codici di trasferimento radiativo che tengono conto dei profili atmosferici di temperatura, vapore acqueo e aerosol. Il rapporto IPCC AR6 ha utilizzato le stime più aggiornate di Etminan et al (2016), che sono simili ma leggermente più complicate della formula semplificata e spesso utilizzata per la CO2: RF = 5,35 ln(CO2/CO2_orig) (visto in Tabella 6.2 nel TAR IPCC).