Detta avsnitt är under avveckling

Solljuset utgörs till stor del av strålning på våglängder där jordens atmosfär är genomskinlig. För den långvågigare värmestrålningen från jordytan är atmosfären däremot bara delvis genomskinlig. Det mesta av värmestrålningen fångas upp av vattenånga, koldioxid och andra växthusgaser.

Det är märkligt svårt att hitta uppgifter om hur mängden vattenånga har förändrats de senaste decennierna. Det är en ju en avgörande fråga då vattenånga är den i särklass starkaste växthusasen.


Växthusgas
(eller motsvarande)
Andel av totala
växthuseffekten på jorden
Vattenånga 39–62
Moln 15–36
Koldioxid 14–25
Ozon 2,7–5,7
Dikväveoxid (lustgas) 1,0–1,6
Metan 0,7–1,6
Partiklar 0,3–1,8
CFC (”freoner”) 0,1–0,5

”Vattenånga är en mycket betydande beståndsdel av jordens atmosfär och den viktigaste växthusgasen. Cirka 1-4 procent av atmosfären består av vattenånga, men detta varierar stort. Det mesta av vattenångan, 99.99%, återfinns i troposfären, där den bidrar till den största delen av jordens naturliga växthuseffekt som behåller jordens värme och dämpar solinstrålningen. Vattenångan i atmosfären och vädret är starkt beroende av - och påverkar - varandra. Dimma och moln bildas när vattenånga kondenserar kring en kondensationskärna, mikroskopiska partiklar i luften som vattenånga kan kondensera på. Utan kondensationskärnor krävs mycket lägre temperaturer innan kondensationsprocessen uppstår. Vid deposition eller kondensation bildas regndroppar eller snöflingor, och när dessa blir tillräckligt stora och tunga faller de till jordytan som nederbörd.”1)

Reservoar Medeluppehållstid
Hav 3 200 år
Glaciärer 20 till 100 år
Säsongsberoende snötäcke 2 till 6 månader
Markvatten 1 till 2 månader
Grunt grundvatten 100 till 200 år
Djupt grundvatten 10 000 år
Sjöar 50 till 100 år
Floder 2 till 6 månader
Atmosfären 9 dagar

Beroende på hur man räknar kan man dock komma fram till skilda resultat för de olika bidragen till den totala växthuseffekten. Att man kan räkna på olika sätt hänger samman med att växthusgasernas verkningar på värmestrålningen ofta överlappar varandra. Exempelvis fångar vattenånga delvis upp värmestrålning på samma våglängder som koldioxid. I stället för exakta procentandelar anger tabellen till vänster därför ett spann för varje enskilt bidrag till växthuseffekten. 2)

Gaseous water represents a small but environmentally significant constituent of the atmosphere. The percentage water vapor in surface air varies from .01% at -42℃ (-44℉)[13] to 4.24% when the dew point is 30℃ (86℉).[14] Approximately 99.13% of it is contained in the troposphere. The condensation of water vapor to the liquid or ice phase is responsible for clouds, rain, snow, and other precipitation, all of which count among the most significant elements of what we experience as weather.

Less obviously, the latent heat of vaporization, which is released to the atmosphere whenever condensation occurs, is one of the most important terms in the atmospheric energy budget on both local and global scales. For example, latent heat release in atmospheric convection is directly responsible for powering destructive storms such as tropical cyclones and severe thunderstorms. Water vapor is also the most potent greenhouse gas owing to the presence of the hydroxyl bond which strongly absorbs in the infra-red region of the light spectrum.

Because the water vapor content of the atmosphere will increase in response to warmer temperatures, there is a water vapor feedback which is expected to amplify the climate warming effect due to increased carbon dioxide alone. It is less clear how cloudiness would respond to a warming climate; depending on the nature of the response, clouds could either further amplify or partly mitigate warming from long-lived greenhouse gases.

Stigande stratosfärisk vattenånga

Fog and clouds form through condensation around cloud condensation nuclei. In the absence of nuclei, condensation will only occur at much lower temperatures. Under persistent condensation or deposition, cloud droplets or snowflakes form, which precipitate when they reach a critical mass.

The mean global content of water vapor in the atmosphere is roughly sufficient to cover the surface of the planet with a layer of liquid water about 25 mm deep. The mean annual precipitation for the planet is about 1 meter, which implies a rapid turnover of water in the air – on average, the residence time of a water molecule in the troposphere is about 9 to 10 days. 3)

Kartläggning av vattenångans utveckling över Boulder, Colorado, USA

Det har helt nyligen, 1 oktober 2013, publicerats en ny studie av vattenångans utveckling publicerad i Journal of Geophysical Research.

Abstract: Thirty years of balloon-borne measurements over Boulder (40°N,105°W) are used to investigate the water vapor trend in the tropopause region. This analysis extends previously published trends, usually focusing on altitudes greater than 16 km, to lower altitudes. Two new concepts are applied: (1) Trends are presented in a thermal tropopause (TP) relative coordinate system from −2 km below to 10 km above the TP, and (2) sonde profiles are selected according to TP height. Tropical (TPz>14km), extratropical (TPz<12km), and transitional air mass types (12km<TPz<14km) reveal three different water vapor reservoirs.

The analysis based on these concepts reduces the dynamically induced water vapor variability at the TP and principally favors refined water vapor trend studies in the upper troposphere and lower stratosphere. Nonetheless, this study shows how uncertain trends are at altitudes −2 to +4 km around the TP. This uncertainty in turn has an influence on the uncertainty and interpretation of water vapor radiative effects at the TP, which are locally estimated for the 30 year period to be of uncertain sign. The much discussed decrease in water vapor at the beginning of 2001 is not detectable between −2 and 2 km around the TP. On lower stratospheric isentropes, the water vapor change at the beginning of 2001 is more intense for extratropical than for tropical air mass types. This suggests a possible link with changing dynamics above the jet stream such as changes in the shallow branch of the Brewer-Dobson circulation. 4)5)

Kommentar

Begreppet ”thermal tropopause” är obekant. Det jag närmast tänker på är ”thermal troposphere”6) resp ”Tropopause”7). Se även Determination of tropopause height and structure8)

Tidigare studier har fokuserat på området över 16 km höjd. Den aktuella studien omfattar tre skikt som omfattar -2 km till +10 km utgående från tropopausen för olika breddgrader.

Troposfärens höjd varierar med breddgraden. Vid tropikerna är höjden 20 km, vid mellanlatituderna 17 km och polarregionerna 7 km. Troposfären kännetecknas av sjunkande temperatur vid högre höjd. Ovanför troposfären finns stratosfären. På lägre höjd är där temperaturen konstant och på högre höjd stiger temperaturen. Området mellan troposfären och stratosfären där temperaturen inte längre sjunker kallas tropopausen (TP).

Den nya studien visar oklar trend i området -2 till +2 km från TP. Det innebär gör det svårt att tolka vattenångas inverkan på strålningen. Den mycket omtalade minskningen av vattenångan i början av 2001 är inte möjlig att upptäcka runt TP.

Troposfären innehåller 80% av atmosfärens massa och 99% av dess vattenånga. 9)

På Cires webb gör en för mig förvånande sammanfattningen av undersökningen ovan: Water vapor in the upper atmosphere amplifies global warming says new study. http://cires.colorado.edu/news/press/2013/watervapor.html

The Science of Doom

Moln är ett av de mest komplicerade problemen i klimarvetenskapen. Många experiment har gällt skillnaden mellan molnig och molnfri himmel. ERBE-experimenten10) tydliggör effekterna av molm.

Moln reflekterar 48 W/m2 solens strålning, men reducerar utgående långvågig strålning (outgoing longwave radiation - OLR) med 30 W/m2. Därför blir nettoeffekten - i vart fall mellan 1985-1989 - en avkylning av klimatet med 18 W/m2.

Formeln för OLR är

OLR = σT<sub>s</sub><sup>4</sup>-G

σTs4 är strålningen från jordens yta vid temperaturen Ts (Stefan-Boltzmanns lag11)). σ betecknar Stefan-Boltzmanns konstant.12)

Strålningen från jordens yta minus växthuseffekten är mängden strålning som försvinner ut i rymden. G består av växthuseffekten vid molnfri himmel (Gclear) och den långvågiga effekten av moln (Gcloud).

Vid de kallare polerna blir Gclear mindre för att strålningen där är lägre än vid ekvatorn. Vid 30°C utstrålar ytan 480 W/m2 och vid 0°C utstrålar ytan 315W/m2. En stor del av ändringen i västhuseffekten Gclear beror helt enkelt av ändringen i yttemperaturen. 13)

Kom gärna med synpunkter på Klimatfakta