[bsa_pro_ad_space id=6]

Videre oppklaring om vanndampen

Det som betyr noe for drivhuseffekten, er vanndamp-konsentrasjonen mange kilometer oppe i luften. Den styres primært av temperaturen i de aktuelle lag i atmosfæren, påpeker Arne Raaen.

I desember 2021 skrev jeg et innlegg der jeg søkte å forklare hvorfor vanndamp må behandles på en annen måte enn de øvrige drivhusgassene. Forskjellen ligger i at vanndamp er en kondenserende gass, og at mengden av vanndamp i relevante atmosfærelag bestemmes i stor grad av hva det er «plass til», og i liten grad av tilgangen.

Siden Geoforskning.no etter dette har publisert en rekke innlegg som ignorerer dette (eksempelvis Fra varmere elver til varmere hav og CO2 og klima de siste 400 millioner årene), er det på sin plass å begrunne det hele i mer detalj. Jeg understreker at dette er helt uten originale idéer fra meg –jeg prøver å formidle noe som det er bred vitenskapelig enighet om.

Klodens temperatur bestemmes av balansen mellom innkommende solstråling og utgående varmestråling. Drivhuseffekten er viktig fordi den bestemmer fra hvilket nivå i atmosfæren utstrålingen skjer. På grunn av den fallende temperaturen oppover i troposfæren, vil overflatetemperaturen økes når dette nivået flytter seg oppover. Grovt sett vil 100 m økning i utstrålingsnivået gi én grad temperaturøkning ved overflaten.

Varmestrålingens unnslippelseshøyde varierer mye med frekvensen, men i snitt er den mange kilometer oppe i atmosfæren. Dette illustreres av figur 1 under, som er beregnet med modellen MODTRAN. Figuren viser oppover-gående varmestråling ved hhv. 300 m, 2 km, 6 km og 60 km over bakken, for en forenklet modell der alle andre drivhusgasser enn vanndamp er ignorert.

I delfigurene kan man sammenlikne den blå kurven med de ulike Planck-kurvene for å finne hvilken temperatur utstrålingen har skjedd ved. Kurven ved 60 km er svært lik strålingen som forlater kloden, og man ser at for mange frekvenser er den vesentlig kaldere enn ved overflaten. Det som betyr noe for drivhuseffekten, er altså vanndamp-konsentrasjonen mange kilometer oppe i luften.

Figur 1 er beregnet for en tropisk atmosfære uten skyer, men konklusjonen blir den samme om man beveger seg i retning av polene. Figur 2 nedenfor viser nedoverrettet stråling ved sub-arktiske vinterforhold, hvor vanndampkonsentrasjon ved overflaten er rundt 0,1 prosent.

Også ved disse forholdene er effekten av vanndamp tydelig til stede mange kilometer oppe.

Figur 1. MODTRAN simuleringer av en atmosfære med ingen andre drivhusgasser enn vanndamp, for en tropisk atmosfære, bakketemperatur omtrent 24 °C. Figuren viser oppover-gående stråling ved angitte høyder. Strålingsintensiteten er vist i mørkeblått, mens de øvrige kurvene viser svart-legeme stråling (Plancks lov) ved ulike temperaturer. x-aksen er frekvens i inverse centimeter, mens y-aksen er intensitet i watt per kvadratmeter og bølgetall (i inverse cm). De blå tallene viser total oppadgående varmefluks ved angitt høyde. Modellen fra http://climatemodels.uchicago.edu/modtran/
Figur 2. MODTRAN simuleringer av en atmosfære med ingen andre drivhusgasser enn vanndamp, for sub-arktisk vinter (våre breddegrader), bakketemperatur omtrent −16 °C. Figuren viser nedover-gående stråling ved angitte høyder. Strålingsintensiteten er vist i mørkeblått, mens de øvrige kurvene viser svart-legeme stråling (Plancks lov) ved ulike temperaturer. x-aksen er frekvens i inverse centimeter, mens y-aksen er intensitet i watt per kvadratmeter og bølgetall (i inverse cm). De blå tallene viser total nedadgående varmefluks ved angitt høyde.
Modellen fra http://climatemodels.uchicago.edu/modtran/

Disse figurene klargjør at drivhuseffekten primært «lever» flere kilometer oppe i atmosfæren. Spørsmålet blir så hva som styrer vanndampmetningen der oppe.

Den fundamentale Clausius-Clapeyron-likningen viser at maksimal vanndamp-metning i luft primært er avhengig av temperaturen.

Det er en relativt god tilnærmelse at metningen faller av eksponentielt med invers temperatur: Mens trykket ved 6 km er falt til omtrent det halve, er vannmetningen falt med en faktor rundt 10. Stigende luft må altså kvitte seg med mesteparten av vanndampen den har ved overflaten—vanndampen kondenserer og regner ut.

Metningen i de relevante lag vil avhenge av tilgangen på vanndamp ved overflaten, av transporten oppover og av luftens kapasitet til å holde på vanndamp i de relevante høyder. Det burde være lett å forstå hva som blir viktigst. Det følger at vanndampnivået oppe i atmosfæren primært styres av temperaturen i de aktuelle lag i atmosfæren.

Konklusjon:

  • Drivhuseffekten foregår primært langt oppe atmosfæren
  • Stigende luft avkjøles, metningen øker, og vanndamp kondenserer og faller ut
  • Mengden vanndamp i høyden styres derfor primært av den lokale temperaturen

ARNE MARIUS RAAEN

Raaen er seniorforsker i Sintef Petroleum, men bemerker at dette innlegget er skrevet av ham som privatperson.

Arne M Raaen

[addthis tool="addthis_inline_share_toolbox"]
https://geoforskning.no/videre-oppklaring-om-vanndampen/

RELATERTE SAKER

NYESTE SAKER