Laske: Tältä näyttää tulevaisuuden ilmasto

Malli on erittäin yksinkertainen. Sillä lasketaan Maan pintalämpötila, T, kelvineinä (ne voidaan muuntaa celsiusasteiksi vähentämällä niistä 273,15).

Malli kuitenkin olettaa, että Maa on tasainen harmaa pallo, jolla on yksinkertainen tasalaatuinen ilmakehä – se ei esimerkiksi ota huomioon tuulia, haihtumista eikä eri puolilla maapalloa vallitsevia lämpötilaeroja.

Mallissa tietty määrä aurinkoenergiaa, S, osuu maanpintaan, ja osa siitä heijastuu heti takaisin avaruuteen. Heijastuvan aurinkoenergian määrän ratkaisee heijastuskyky eli albedo, α.

Loput auringonvalosta lämmittää maapalloa, josta sen jälkeen lähtee lämpösäteilyä. Lämpösäteilyn määrä voidaan laskea käyttämällä Stefanin–Boltzmannin vakiota, σ.

Osa maanpinnan säteilemästä lämmöstä imeytyy ilmakehään ja loppu jatkaa matkaa avaruuteen. Sen, kuinka paljon lämpöä ilmakehä vangitsee, ratkaisee ilmakehän niin sanottu emissiivisyys, ε.

Tämän jälkeen ilmakehästä alkaa vapautua siihen sitoutunutta lämpöä. Puolet siitä vapautuu avaruuteen ja toinen puoli jatkaa matkaa kohti maanpintaa lämmittäen planeettaa.

Voit aluksi kokeilla mallia hieman laskemalla, mikä Maan lämpötila olisi, jos sillä ei olisi ilmakehää.

Olemme valmiiksi syöttäneet kohtiin S, α ja σ normaaliarvot:

S = 342 W/m²
α = 0,30
σ = 5,67*10^-8 W/m²/K⁴

Ilmakehän emissiivisyys, ε, on normaali 0,76. Jos ilmakehä imisi itseensä eli absorboisi kaiken Maasta tulevan lämmön, ε olisi 1, ja jos ilmakehää ei olisi, ε olisi 0.

Tehtävä 1: Muuta emissiivisyyttä ja laske, mikä Maan lämpötila olisi ilman ilmakehää:

Emissiivisyys:



Lämpötila celcius-asteina:

Jää heijastaa suuren osan Auringon valosta avaruuteen, jolloin se ei lämmitä maapalloa. Jos jää sulaa, Maa imee itseensä enemmän auringonvaloa ja lämpötila kohoaa.

Yksinkertaisessa mallissa voidaan jäljitellä ilmiötä pienentämällä Maan albedoa, α.

Maan albedo on keskiarvo planeetan erityyppisten maanpeitteiden ja pilvipeitteen albedoista. Se riippuu siksi siitä, kuinka suuren osuuden maanpinnasta eri maanpeitetyypit kattavat ja kuinka suurta osuutta planeetasta peittää pilviverho.

Tehtävä 2: Muuta eri maanpeitetyyppien prosenttiosuutta saadaksesi selville, millaiseksi albedo ja lämpötila muotoutuvat, jos kaikki Maan jää sulaa. Oleta, että merijään tilalle tulee merta ja mannerjäätiköiden tilalle ruohikkoa ja jätä muut arvot ennalleen:

Osuus maanpinnasta (%):
Meri:
Merijää:
Mannerjäätikkö:
Autiomaa:
Metsä:
Ruohikko:

Osuus ilmakehän alasta (%):
Pilviä:


Albedo:
Lämpötila celsiusasteina:

Ihmisen tuottamat hiilidioksidipäästöt lämmittävät Maata, koska kaasu imee itseensä eli absorboi planeetan lämpöä.

Hiilidioksidi toisin sanoen kasvattaa ilmakehän emissiivisyyttä, ε, eli sitä Maasta tulevan lämpösäteilyn osuutta, joka jää ilmakehään.

Voit laskea, kuinka paljon emissiivisyys muuttuu, jos tiedät kaasun säteilypakotteen, F, ja maapallon nykylämpötilan kelvineinä, T₀.

Emissiivisyyden kasvu = (2*F/(σ*T₀⁴))*1,7

Kaavan ensimmäinen osa käsittelee pelkästään hiilidioksidin vaikutusta, ja luku 1,7 ottaa huomioon sen, että lämpötilannousu voi muun muassa kasvattaa vesihöyryn määrää ilmakehässä, mikä kasvattaa emissiivisyyttä entisestään.

Vuonna 2100 säteilypakote, F, on todennäköisesti:

• 7 W/m², jos hiilidioksidipäästöt jatkuvat nykyisellään
• 2 W/m², jos päästöjä pienennetään merkittävästi

Tehtävä 3: Laske, kuinka paljon maapallo lämpenee kahdessa eri skenaariossa. Olemme asettaneet maapallon nykylämpötilaksi 287,2 K (14,1 ℃) ja albedoksi 0,30:

Hiilidioksidin säteilypakote:



Emissiivisyyden kasvu:

Lämpötila celsiusasteina:

Osuus maanpinnasta (%):
Meri:
Merijää:
Mannerjäätikkö:
Autiomaa:
Metsä:
Ruohikko:

Osuus ilmakehän alasta (%):
Pilviä:

Aurinkoenergia (W/m²):


Nykyinen emissiivisyys:

Hiilidioksidin säteilypakote (W/m²):



Albedo:
Lopullinen emissiivisyys:
Lämpötila celsiusasteina: