FYS140 Notater - Jordens Atmosfære

Innstråling, "irradiation": Mesteparten av energien på jordoverflaten stammer fra sola, og dens stråling av jorden. Eksempelvis gir solen oss varme, og energien fra sola bidrar i viktige prosesser slik som\ fotosyntesen og dannelse av vind. Vi benytter derfor begrepet irradians som et mål på hvor my...

Innstråling, "irradiation": Mesteparten av energien på jordoverflaten stammer fra sola, og dens stråling av jorden. Eksempelvis gir solen oss varme, og energien fra sola bidrar i viktige prosesser slik som\ fotosyntesen og dannelse av vind. Vi benytter derfor begrepet irradians som et mål på hvor mye energi\ som overføres til et areal per tidsenhet \[s\], i SI-enheter får vi derfor:\ W\ m2\ Merk også at irradians ofte omtales som innstrålingstetthet eller strålingsfluksen på en overflate på norsk.\ Verdien som blir omtalt som solarkonstanten beskriver hvor mye energi som gjennomsnittlig treffer toppen\ av atmosfæren.\ Det finnes flere måter å dele opp atmosfæren på i fysikken, og en sentral måte er ved hjelp av temperatur, som\ gir oss fire hoveddeler; Troposfæren, stratosfæren, mesosfæren og termosfæren, vi ser videre på de to laveste,\ hvor størsteparten av atmosfærens masse og vær finner sted: Troposfæren: Er den laveste delen av atmosfæren og har fallende temperatur. Temperaturendringen,\ altså raten temperaturen endrer seg med høyden, omtales som "Lapse-rate" (Γ) på engelsk. I troposfæren\ er på Γ ∼ 6.5 K\*km−1. Merk at denne verdien er positiv selv om vi har sagt at temperaturen er fallende!\ Standard notasjon er altså positiv lapse rate dersom temperaturen synker med høyden.\ Troposfæren innehar også omtrent 75-80 % av atmosfærens masse og en stor andel av værfenomener vi alle\ kjenner til foregår her. Troposfæren slutter ved tropopausen og er omtrent 8 km høy over polare områder\ og 16 km høy rundt ekvator. Stratosfæren: Etter tropopausen finner vi stratosfæren, her stiger temperaturen igjen pga absorpsjon\ av UV-stråling i ozonlaget. Dette skaper en temperaturinversjon som fører til lite vertikal miksing av luft\ og partikler etc (altså lite luft som stiger og synker). Stratosfæren ender ved stratopausen ved ∼ 50 km\ høyde hvor vi også når stratosfærens maksimaltemperatur. Hadley-cellen: Jordoverflatens vinkling til solen varierer mellom ekvator og høyere breddegrader, dette\ skaper en forskjell i innstråling. Siden ekvator står tilnærmet vinkelrett på solens innstråling blir det\ varmest her og det dannes et lavtrykk fordi den varme luften stiger. Trykkforskjeller gjør at denne varme\ luft beveges bort fra ekvator og kjøles ned til den når ∼ 30° N (eller S). Her faller luften fordi vi har ethøytrykk. Trykkgradient (forskjell i trykk) fører til sirkulasjon mot ekvator igjen nær overflaten. Dette vindsystemet kalles hadley-cellen og er likt på begge sider av ekvator, merk dog at at jordens rotasjon (corioliseffekten) skaper avbøyninger mot vest nær bakken og mot øst i høyden.(Du kan se cellesystemet inntegnet i oversiktsbildet på side 3. Merk også pilretningen som indikerer strømningsretning.) Jetstrømmene : Er kraftige vindsystemer som sirkulerer i øvre del av troposfæren/ lavere del av stra-\ tosfæren. De oppstår som resultat av et møte mellom en varm og en kald front nær bakken, vi har to\ hovedtyper av jetstrømmer:\ -Polare-jetstrømmer, og -Subtropiske jetstrømmer\ -- (Du kan se jetstrømmen inntegnet i oversiktsbilet.) Inter-tropical convergence zone: eller (ITCZ) er ett lavtrykksbelte som dannes som resultat av sti-\ gende luft ved det tropisk lavtrykket. Handelsvindene (trade winds) flytter varm, fuktig luft mot ekvator\ fra både nord og sør. Når disse møtes presses luften oppover, ut i atmosfæren. Derfor kan ITCZ ofte sees\ som ett belte av skyer som ofte medfører regnskurer og tidvise tordenstormer. ITCZ varierer i breddegrad\ rundt kloden pga. hav/land fordeling og med sesong pga. jordens helning.\ -- (Du kan se ITCZ i juli og januar inntegnet rundt ekvator i oversiktsbildet) Cirrusskyer : Omtales ofte som fjærskyer og dannes høyt i troposfæren og består av iskrystaller. Cirrus-\ skyer dannes når luften høyt i troposfæren når sitt metningspunkt for vanndamp (dvs. at det ikke er "plass"\ til mer vanndamp i luften). Grunnet lav temperatur vil vannet som kondenserer fryse til iskrystaller. Cumulonimbus-skyer : Dannes gjennom hele troposfæren og bygges høyt, men har liten vertikal ut-\ strekning. Cumulonimbus dannes når oppvarmet fuktig luft stiger i ustabile luftmasser. Nimbus betegner\ også regnværs-skyer. Atlantic Meridional Overturning Current : Er storskala sirkulasjon i atlanterhavet, hvor varmt\ overflatevann bringes nordover hvor det kjøles og synker som resultat av den økte tettheten. Det kalde\ vannet bringes tilbake sørover dypt i atlanterhavet. Sirkulasjonen oppstår både pga atmosfærisk sirkulasjon\ men også pga temperaturgradienten i havet som stammer fra forskjell i innstråling.\ -- (Du kan se AMOC inntegnet på sin ferd nordover (rosarødt) i oversiktsbildet og sørover\ (blått) i bildet.) Atmosfærisk blocking: Eller et blokkerende høytrykk er et stort, tilnærmet stillestående høytrykk.\ Høytrykket blokkerer lavtrykk som skulle vandret (derav navnet) og fører til lengre perioder med likt vær.\ De oppstår fordi varmfronter blir presset lengre nord (på den nordlige halvkule) en normalt, vi får da også\ dypere "daler" i jetstrømmene. Atmosfæriske elver: Er en atmosfærisk "region" som transporterer meget store mengder vanndamp,\ som en elv. Når en atmosfærisk elv treffer landområder og blir utsatt for tvungen konveksjon pga e.g. en\ fjellkjede (som tvinger luften oppover og avkjøler den) kondenserer vanndampen og faller som nedbør. Strålingspådriv, "Radiative forcing:" er endringen i netto strålingsfluks \[Wm−2\], enten ved toppen av\ atmosfæren eller tropopausen. Strålingspådriv beskriver hvor mye ulike faktorer vil endre strålingsbalansen\ i klimasystemet.\ -- Vi skiller mellom positive og negative strålingspådriv, altså om endringen fører til henholdsvis en\ økning eller nedgang i temperatur.\ -- Eksempelvis vil en økning i klimagasser være ett positivt strålingspådriv. En økning av aerosoler i\ atmosfæren vil være ett negativt strålingspådriv ettersom at mer innstråling vil bli reflektert ut i\ rommet. Klimafølsomhet: er definert som endringene i den årlige middeltemperaturen (på overflaten) som respons\ til endringer i strålingspådrivet. Som for strålingspådriv deles også klimafølsomheten opp i forskjellige\ kategorier:\ -- klimafølsomhet er stort sett uttrykt som varmingen som skjer dersom man hadde doblet CO2 kon-\ sentrasjonen fra førindustrielt nivå på ∼ 280 ppm til ∼ 560 ppm. Man tenker da at man lar klimasys-\ temet oppnå en ny likevekt (100-200 år) og man har da kalkulert klimafølsomhet ved likevekt. Dagens\ aksepterte estimater er en økning på 2.5 − 4.0 °C.\ -- Klimasensitivitet kan også uttrykkes som oppvarming per enhet av strålingspådriv. De aksepterte estimatetene ligg da på 0.63 − 1.0 °C (W/m2)−1 Klimatisk tilbakekobling: er en interaksjon hvor en endring i en klimatisk indikator fører til en endring\ i en annen klimatisk indikator som til syvende og sist fører til en videre endring i den første indikatoren.\ Typisk er dette en endring i klimasystemet eller strålingsbalansen, som kan føre til eksempelvis økt\ temperatur, som igjen vil føre til videre endringer.\ -- En klimatisk tilbakekobling er negative om den opprinnelige endringen blir svekket av endringene i den andre indikatoren.\ -- En klimatisk tilbakekobling er positiv om den opprinnelige endringen blir forsterket av endringene i den andre indikatoren. Atomvinter: vil kunne oppstå som resultat av en omfattende mengde sprengninger av kjernevåpen.\ -- Ved sprengning av kjernevpåen dannes det en enorm mengde varme og trykk som slynger støv og andre aerosoler ut i atmosfæren.\ -- Dette kan "blokkere" for solen og skape et negativt strålingspådriv som reduserer jordens overflate-\ temperatur. Dette skjer ettersom at aerosoler og andre partikler kan reflektere eller spre innkommende\ stråling. Tippepunkt: er definert som en endring hvor et systems egenskaper endres forbi et nivå hvor systemet\ klarer å reorganisere seg. Prinsippet er illustrert i figur 1 Endringene kan skje brått, noe som leder til en\ situasjon hvor systemet ikke returnerer til de orginale "konfigurasjonene" selv om driveren av endringen\ forsvinner.\ Figur 1: Om man befinnner seg i punkt A og opplever drift mot høyre vil man ved tippepunktet falle ned i punkt B.\ En tilbakeføring til A vil da kreve stort pådriv mot venstre for å kunne skje igjen. Parisavtalen har tre hovedmål:\ -- Å begrense global oppvarming til «godt under» 2 °C, og å «tilstrebe» å begrense den til 1,5 °C,\ sammenliknet med førindustriell tid.\ -- Å «øke evnen til å tilpasse seg skadevirkningene av klimaendringene».\ -- Å «gjøre finansstrømmene forenelige med en bane mot lavutslippsutvikling».\ Foreløpig var det i 2021 194 land som har etablert bidrag i tråd med Parisavtalen, MEN vi æ forstatt påvei mot 3 °C med dagens innsats. Glasgow pakten\ Klimatoppmøtet i Glasgow samt de andre møtene etter 2015 da Parisavtalen ble vedtatt ble brukt til å\ finne ut hvordan målene i Parisavtalen skulle nås.\ Viktige ting man ble enige om under glasgow pakten:\ -- Man skal stole på vitenskapen som blir lagt fram av IPCC, og fortsatt prøve å begrense seg til 1.5-2\ ° C.\ -- Dobling av bistanden til klimatilpasning fra rike til fattige nasjoner ift 2019 nivå innen 2025.\ -- Spilleregler for kvotemarked ble laget. København avtalen\ Det viktigste målet som etableres i Copenhagen Accord, er målet om at den globale gjennomsnittstempe-\ raturen ikke må stige med mer enn to grader. Erklæringen inneholder imidlertid ingen mål for hvor mye\ utslippene må reduseres for å holde togradersmålet, verken globalt eller for enkeltland.\ København avtalen var ikke juridisk bindene til forskjell fra Kyoto og parisavtalen men oppfordret til kutt. Karbonskatt: er et markedsbasert virkemiddel for reduksjon av klimagassutslipp hvor man skattelegger\ utslipper for hver enhet (oftest tCO2 − e) som slippes ut. Her er målet å gjøre teknologier med utslipp så\ dyre å bruke at man dermed gir et økonomisk insentiv til å bytte til utslippfri teknologi. Klimakvotehandel: Under et kvotesystem deles det ut et vist antall kvoter som kan sees på som\ tillatelser til å slippe ut. Aktører med tillatelser står fritt til å selge og kjøpe tillatelser fra andre aktører\ innenfor samme system. I Europa reduseres antall kvoter hvert år for å sørge for en gradvis og stødig\ overgang til grønnere teknologier. Ved slutten av perioder blir ubrukte kvotene ugyldige for å sørge for at\ ingen sparer og ødelegger trading systemet. En vis andel av overflødige kvoter bli også trukket fra neste\ rundes totale mengde i tillegg for at man ikke skal få for mange kvoter inn i systemet (som ville redusert prisen). Begrensning av tilgang: er enkelt sagt reduksjon av tilgjengeligheten av en vare. Når vi snakker\ om klimapolitikk betyr det som regel lavere tilgang av fossile brensler, men det kan også være flyreiser,\ plastprodukter etc.\ -- Dette er politikk vi blant annet i Norge er "veldig redde for", fordi om vi reduserer produksjonen vår\ vil noen andre som gjør det mindre miljøvennlig (lavere sikkerhet og mer fakling) produsere istedet.\ Dette omtales som "leakage".\ -- Slik "leakage" er dog uunngåelig, men understreker også viktigheten av et globalt samarbeid om veien mot lavere utslipp. Begrensning av etterspørsel : handler i størst grad om å gjøre en vare/tjeneste attraktiv eller uattraktiv. Dette gjøres i klimapolitikken blant annet gjennom karbonskatt hvor utslipp blir uatraktivt eller\ gjennom å fjerne skatt på elbiler som gjør de mer attraktive. "Carbon offset" eller karbonkompensasjon er en handling som fjerner CO2 fra atmosfæren. Dette brukes\ ofte i salg ved at du kan klimakompensere kjøpet ditt, eks av en flybilett. At en handling har en addisjonalitet/tillegsvirkning betyr at handlingen har en virkning utover, eller i\ tillegg til, det som ville skjedd i tiltakets fravær. Når du har kjøpt flybiletten og betalt for å klimakompansere den betaler eks norwegian en aktør for å plante trær som tar opp CO2. Dette har en virkning som\ ikke ville skjedd om trærne ikke var blitt plantet og derfor en adisjonalitet.