парниковый климат - 1

«Стою на асфальте я в лыжи обутый.
Толь лыжи не едут, толь я – долбанутый» ©

+ + +

Как вы, наверное, помните, в предыдущих статьях мы докатились до отрицания всеочевиднейшего Парникового Эффекта. В видах диффамации священной борьбы за светлое экологическое будущее детей мы цинично использовали формальную логику, мутную термодинамику и прочую клеветническую софистику. Предлагали изучить спектры излучения и поглощения, в общем, всячески морочили добрым людям голову. И чего в итоге добились?

Ну, так и быть, признаем, что «парниковый эффект» ввели во всемирный оборот пропаганды ради. Но ведь поглощение т.н. парниковыми газами теплового (инфракрасного) излучения Земли существует! А раз так, то всё равно необходимо решительно и бескомпромиссно бороться с грозящим человечеству катастрофическим потеплением. Как нас всех страстно призывает св. Грета! Любому непредвзятому человеку сразу ясно, что использовать душевнобольную девочку для агитации против парниковой опасности и потепления могут только Люди Доброй воли из самых благородных побуждений.

св. Грета выступает в ООН

Пусть св. Грета немного ошиблась, главный вклад в разогрев земной атмосферы вносит не углекислый газ, а водяной пар. Да, да, как и всех обывателей, её цинично обманывали, и продолжают дурачить насчет угрозы климату со стороны углистого газа. Но это святая ложь с лучшими намерениями! Из высших интересов!..

Если объявить кошмарную правду, что в потеплении виновен водяной пар, то реакционные силы воспользуются косной привычкой обывателей пользоваться дешёвой водой, а также невозбранно выпускать пар изо рта и чайников. Мракобесы натравят тёмные массы против экологического прогресса. А ведь ради светлого экологического будущего потребуется запретить все нынешние чайники, кофеварки, бани, джакузи и прочие противные экологии парогенные удовольствия. Чайники, кофеварки и душевые кабины будет разрешено производить лишь с пароуловителями. Ну и так далее. Жаль паровозы и пароходы уже нельзя воспретить, их перестали выпускать в прошлом веке. Поспешили, однако.

«Грета принадлежит к тому малому числу людей, что могут видеть углекислый газ невооружённым глазом. Она видела, как парниковые газы потоками вытекают из наших печных труб, парят, поднимаясь вверх с ветрами, и преображают атмосферу в гигантскую невидимую свалку». (цитата из книги «Сцены из сердца», написанной родителями св. Ясновидящей Греты)

В отличие от альтернативно одарённой Греты мы не способны воочию узреть зловредный углекислый газ. Придётся нам воспользоваться иными методами, чтобы определить, каким образом «парниковые газы» влияют на изменения климата. Вместо ясновидения и экологического чутья прибегнем к помощи занудной физики климатических процессов.

+ + +

Как известно, содержащиеся в земной атмосфере водяной пар, озон и углекислый газ частично поглощают тепловое (инфракрасное) излучение поверхности Земли. Утверждается, что этот громадной важности фактор приводит к увеличению температуры у поверхности нашей планеты на + 33°C. По другим данным на + 39°C. То есть довольно много. Небезынтересно посмотреть, каким образом поглощение атмосферой теплового излучения поверхности Земли повлияло на температуру воздуха в зависимости от высоты.

Обратимся к авторитетным данным Гидрометцентра России.

Тропосфера

Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м.

Уточним, температурный градиент по высоте зависит от влажности воздуха, при высокой влажности достигает 0,7°C/100 м.

Строго говоря, в силу движения воздушных масс распределение температуры бывает разным, в том числе вблизи поверхности земли температура воздуха с высотой может возрастать (т.н. температурная инверсия). Но в среднем для стабильной тропосферы зависимость температуры от высоты практически линейная.

Полагаю, по ссылке выше вы внимательно прочли пояснения к диаграмме вертикального строения атмосферы. Уверен, все эти научные сведения вам также интересны, как и мне. Хотя для нашей темы имеет значение лишь график температуры воздуха тропосферы в зависимости от высоты. Если атмосфера значительным образом разогревается тепловым излучением поверхности Земли, то на графике температуры мы должны были видеть разогретый слой воздуха, в котором атмосфера, собственно, и поглощает инфракрасное излучение планеты. И где он? Нету.

Воздух в тропосфере нагревается от подстилающей поверхности. Температура воздуха изменяется с высотой и в зависимости от атмосферного давления. Когда это происходит без обмена тепла с окружающей средой, то такой процесс называется адиабатическим. Поднимающийся воздух производит работу за счет внутренней энергии, которая расходуется на преодоление внешнего сопротивления. Поэтому при поднятии воздух охлаждается, а при опускании нагревается.

Адиабатические изменения температуры происходят по сухоадиабатическому и влажноадиабатическому законам. Соответственно различают и вертикальные градиенты изменения температуры с высотой

Как же так? Неужели поглощение «парниковыми газами» теплового излучения поверхности Земли это фикция?!... Не спешите с выводами. Заметьте, публике не сообщают, какой толщины слой атмосферы поглощает тепловое излучение планеты. Дело в том, что это относительно тонкий приземный слой воздуха.

Флинт Р.Ф. История Земли. М.: Прогресс, 1978:

«Парниковый эффект обусловлен наличием в приземном слое атмосферы (части пограничного слоя атмосферы от земной поверхности до высоты в несколько десятков метров) многоатомных газов (паров H₂O, CO_2, CH₄), непрозрачных для теплового излучения. Парниковый эффект — это повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса. Водяной пар является самым активным парниковым газом. (Его вклад в суммарный парниковый эффект, достигающий 32^оС, составляет 20,2^оС, против вклада СО₂, составляющего 7,2^оС). В наше время парниковый эффект в среднем до 78% обусловлен парами воды и только на 22% углекислым газом. Вкладом других газов вполне можно пренебречь».

Возможно возражение, что толщина приземного слоя воздуха, в котором происходит «парниковый эффект», не имеет существенного значения. О нет, для нашей темы — это принципиально важный фактор. Предположим, тепловое излучение планеты в основном поглощается в атмосфере до 100 метров высоты над поверхностью. Увеличение количества парниковых газов (водяного пара и углекислого газа) приведет к тому, что тепловое излучение планеты поглотиться, допустим, до высоты 50 метров. И что это значит? А то и значит, что рост концентрации «парниковых газов» не увеличивает количество поглощённой атмосферой энергии теплового излучения Земли, т.е. заведомо не приводит к смещению теплового баланса планеты.

Отныне вы, не опасаясь повредить земному климату, можете испускать углекислый газ и не париться! Да и париться тоже можете, ваш водяной пар климату тоже не повредит. Хорошие климатические новости, не правда ли?

+ + +

Поздравляю моих читателей, наконец-то, мы добрались до кощеевой иглы парниковой аферы. До основополагающего научного парникового труда «ГЛОБАЛЬНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БЮДЖЕТ ЗЕМЛИ» (Kevin E. Trenberth, John T. Fasullo, and Jeffrey Kiehl, March 2009: Earth’s global energy budget. — Bulletin of the American Meteorological Society, 90, 311–323). В этом поистине эпохальном научном исследовании тепловой баланс (бюджет) атмосферы был сосчитан более чем оригинально. Утверждается, что авторы добросовестно использовали полученные со спутников данные энергетического баланса Земли с марта 2000 года по май 2004 года. Полюбуемся диаграммой.

Похожую, отличающуюся лишь в мелочах диаграмму, позаимствованную в «AR4 Climate Change 2007: The Physical Science Basis», приводит пользователь nukakzetak. Дигаммы эти чрезмерно красочны и трудный для восприятия. Воспользуемся статьей из Википедии «Тепловой баланс Земли», где те же диаграммы развёрнуты в удобопонятном виде.

Как интересно! Земля получает солнечной энергии 341 Вт/м², из которой наша планета отражает обратно в космос 102 Вт/м², плюс 199 Вт/м² теплового излучения самой атмосферы в космос и ещё 40 Вт/м² теплового (инфракрасного) излучение поверхности Земли через окно прозрачности атмосферы. В сумме как раз те самые 341 Вт/м² получаемой от солнца энергии. Не удивляетесь, что Земля сколько получает от Солнца энергии, ровно столько излучает в космос. Эти соотношения получены в предположении, что наша планета находится в тепловом (радиационном) равновесии с окружающим пространством. Точнее сказать, в квазиравновесии. Но это уточнение пока не существенно для дальнейшего анализа.

Как мы видим из дигаммы, на разогрев атмосферы приходится 78 Вт/м² поглощенной солнечной радиации, на разогрев поверхности планеты – 161 Вт/м². В сумме 239 Вт/м² поглощенной солнечной энергии. Это понятно.

Не понято другое, откуда берётся энергия излучения от поверхности планеты 396 Вт/м²? И каким это образом атмосфера исхитряется получить 78 + 97 + 356 = 531 Вт/м²? И столько же излучить. Причём в сторону Земли атмосфера почему-то излучает в полтора раза более энергично, чем в космос. Мало того, от солнца и атмосферы поверхность планеты получает 161 + 396 = 494 Вт/м². Откуда излишки энергии?!

Неужели апологетами потепления климата открыт парниковый Perpetuum Mobile? Вот же здорово! Отныне нам не нужны никакие термояды и прочие атомные гадости. Ура-а-а!

Однако беспокоит, не поторопились ли мы обрадоваться «парниковому эффекту» как неисчерпаемому источнику дармовой, экологически чистой энергии? Заглянем-ка в уже использованную нами советскую научно-популярную книгу 1970 года издания.

Средняя температура воздуха

Если бы температура воздуха в каждой точке земной поверхности обусловливалась только притоком лучистой энергии, то ее распределение в приземном слое было бы таким, как это представлено в первой строке таблицы 9. Однако в действительности значения средней температуры по широтам, как видно из второй строки этой же таблицы, являются совершенно иными. Разности между вычисленной средней температурой лучистого равновесия и действительной (третья строка) колеблются от —13° на экваторе до +23° на широтах 70 и 80°. Иначе говоря, на экваторе средняя температура на 13° ниже, чем это должно быть по поступлению лучистой энергии, а на широтах 70 и 80° средняя температура на 23° выше. Причиной этих разностей является постоянный междуширотный воздухообмен, который осуществляется благодаря непрерывному горизонтальному переносу.

Междуширотным воздухообменом тепло переносится из экваториальной зоны и тропиков в средние и высокие широты, и, наоборот, холод поступает из высоких и средних широт в тропики и экваториальную зону. Если бы воздух был неподвижным, то на экваторе и в тропиках была бы невыносимая жара, а в высоких и средних широтах стояли бы сильные морозы. В частности, в районе Ленинграда средняя годовая температура была бы на 19° ниже той, которая наблюдается в действительности.

Ах, вот оно в чём дело! При подсчёте теплового бюджета планеты парниковые учёные включили в расчёты теплообмен между поверхностью планеты и атмосферой. За такие фокусы в порядочном научном сообществе принято бить подсвечниками.

Тревожный вопрос, сохранились ли в мире квалифицированные специалисты, способные честно исчислить тепловой баланс Земли. И достоверно определить, грядёт глобальное похолодание или потепление? Памятуя о длящейся не перовое десятилетие всемирной истерии насчет углеродной угрозы. И охватившей Запад паранойи кошмарного глобального потепления. А с недавних пор реющей в тропосфере на экологической метле св. Грете. Поневоле закручинишься, а не извела ли экологическая инквизиция всех климатических еретиков, фанатично отрицающих «парниковый эффект». Может быть, всё-таки кто-то из ортодоксальных физиков выжил в каких-нибудь зашифрованных лабораториях, сберег секрет альбедо?

Короче, дальше узнаем, как научно корректно оценить тепловой баланс Земли. Не страшитесь трудностей, вас удивит, насколько это просто сделать. Хотя и далеко не так просто понять сделанное.

+ + +

(продолжение)