en forklaring på nedgangen I ekvator til pol temperaturforskjell (EPTD) under likeverdige klima undersøker påvirkning av polare stratosfæriske skyer (PSCs) på langbølgestråling som forlater Jorden i høye breddegrader og som et resultat på temperaturer nær polene. I motsetning til teorier som forklarer måter å transportere mer påvarme til polene, fokuserer dette konseptet på å fange varme i høybreddegrader.
Skyer kan dannes i den polare stratosfæren under mørketiden. (Bilde Av Lamont Poole)
som utgangspunkt er et viktig faktum å merke seg at de høye breddegradene mottar mest solstråling i verden om sommeren. Denne store mengden stråling kan øke polare temperaturer vesentlig, så en polar oppvarmingsmekanisme trenger bare å øke temperaturen om vinteren for å forklare likeverdige klima. Dette faktum gjør PSCs en plausibel forklaring på likeverdige klima. Psc er skyer som dannes når vanndamp kommer inn i stratosfæren, og når temperaturen er kald nok til at vanndamp kondenserer der. Om vinteren mottar de høye breddegrader svært lite eller ingen solstråling, så temperaturen faller betydelig i denne perioden, kjent som polarnatt. Under disse forholdene kan PSCs utvikle seg. DE fanger utgående langbølgestråling (OLR) og avgir noe av Det tilbake mot Jordens overflate, slik at de hindrer atmosfærisk kjøling. PSCs er for tiden relativt uvanlig; Men Under forskjellige atmosfæriske forhold som vil gjøre det mulig for mervanndamp å komme inn i stratosfæren, Kan PSCs utvikle seg oftere. Denne endringen vil føre til oppvarming i høye breddegrader, da langbølgestråling ikke ville kunne unnslippe Jordens atmosfære like lett.
de høy-lattidues mottar mest solstråling i sommer (Pidwirny, 2006)
ideen Om At PSCs kunne ha forårsaket equable klima dukket opp i 1992 da Sloan et al. presenterte ideen om at høyere nivåer av metan i atmosfæren Under Eocen kunne ha forårsaket frekvensen og den optiske tykkelsen Av PSCs å øke betydelig. Ifølge papiret ville denne utviklingen ha forårsaket polarområdene å varme og kunne ha skapt det likeverdige klimaet under Eocen og Krittet. Forfatterne baserte sitt argument ut av det faktum at mye større amountsof våtmarker, som er metankilder, eksisterte under Paleocen og Eocen enn i dag. De hevder at «området med våtmarker mulig i Paleocen-Eocen ville ha vært minst 5, 6×106 km2, sammenlignet med 2×106 km2 for nåtiden. Således, under Paleocen-Eocen, ville det være potensial til å tredoble moderne metanproduksjon fra våtmarksøkosystemer alene » (Sloan et al., 1992). Selv om disse tallene bare er estimater, kan en mengde Paleocen-Eocen våtmarker hvor som helst i nærheten av denne skalaen ha hatt en betydelig innvirkning på miljøet ved å produsere store mengder metan. Metan oksiderer for å danne vanndamp i atmosfæren, så mengden vanndamp som kommer inn i stratosfæren ville ha økt hvis mengden metan i atmosfæren hadde vært større. Som et resultat av morestratosfærisk vanndamp, PSCs ville ha vært i stand til å danne oftere og ville ha vært optisk tykkere. Tykkere PSCs fanger mer langbølgestråling, slik at utviklingen av flere optisk tykkere PSCs ville ha oppvarmet høybreddegrader mens de ikke påvirket lavbreddegrader.
For å teste denne hypotesen skapte Sloan Og Pollard i 1998 et eksperiment for å undersøke Påvirkning Av PSCs på høye breddegrader. De utførte et modelleksperiment medto forskjellige situasjoner. Det første scenariet hadde Ingen PSCs, mens det andre tilfellet hadde PSCs. Ellers var løpene de samme og hadde forhold satt for En Eocen-lignende Jord, og de hadde karbondioksidnivåer på 560 ppm og metannivåer på 0.700 ppm. Sloan og Pollard foreskrev Psc-ene slik at de bare eksisterte i vinterhalvåret over 66,5° breddegrad der temperaturen ville være kald nok til At Psc-ene kunne dannes. Forsøket viste at Psc – er kunne varme opp høye breddegrader med opptil 20°C mer ennhvis de ikke var til stede, og At Psc-er forhindrer at sjøis utvikler seg om vinteren, slik at sjøisnivået sank betydelig i PSC-saken (Sloan og Pollard, 1998). Til tross for disse resultatene produserte eksperimentet med PSCs fortsatt temperaturer som var for lave i forhold til proxy-data fra Paleocen-Eocen.
(Sloan Og Pollard, 1998)
i tillegg undersøkte denne studien bare Påvirkning Av PSCs på klimaetog undersøkte ikke effektene av høye klimagassnivåer og PSCs sammen. Derfor presenterte Peters Og Sloan i 2000 et annet papir som undersøkte virkningen av store mengder klimagasser kombinert med PSCs. I denne studien utførte De to modelleksperimenter, akkurat som Sloan og Pollard gjorde. Begge scenariene hadde karbondioksidnivåer satt til 560 ppm, som er 2 ganger preindustrial nivå. DEN første situasjonen, ECONTROL, hadde en atmosfærisk metankonsentrasjon på 0.700 ppm, den preindustrielle mengden, og hadde ingen PSCs. I andre tilfelle, KALT PCLOUD, var metannivåene 10 ppm, somer 14 ganger mengden preindustrielle nivåer, og PSCs ble foreskrevet som I Sloan Og Pollard-studien. Resultatene viste en økning i den globale gjennomsnittstemperaturen (MAT) på 3,4°C, og Matter i PCCLOUD var varmere ENN ECONTROL med 12°c på Den Nordlige Halvkule og med 9°C på Den Sørlige Halvkule. I Tropene var Imidlertid MATTENE til PCLOUD bare varmere enn ECONTROL med 2°C. i Tillegg økte gjennomsnittstemperaturen for kalde måneder med 25°C i Nordhalvkule og med 18°C på Den Sørlige Halvkule. Som et resultat viser studien at de kombinerte effektene Av PSCs og høyere nivåer av klimagasser kan øke polartemperaturer mens De ikke påvirker Tropene vesentlig. Spesielt avslører det virkningen av mer metan og Flere PSCs på klimaet og demonstrerer at disse to faktorene kunne ha forårsaket likeverdige klima.
(Peters og Sloan, 2000)
selv om studien ga resultater som støtter ideen om at høyere metankonsentrasjoner og Flere PSCs kunne ha forårsaket likeverdige klima, er det to store problemer med denne ideen. Først av alt, i den moderne atmosfæren, har metan en levetid på omtrent 7 år, Mens Eocen polar varme eksisterte i ca 10 millioner år (Kirk-Davidoff, Schrag, And Anderson, 2002). Dette faktum gjør det usannsynlig at metan kunne ha vedvart lenge nok til å ha forårsaket et likeverdig klima. Selv om metans levetid økte under Eocen, er det tvilsomt at metan nivåer ble opprettholdt ved konsentrasjoner foreslått I Peters og Sloan studien gjennom hele varigheten Av Eocen. I tillegg skiller Peters og Sloan ikke virkningen av metan fra PSCs. Det antas at metankonsentrasjoner og Mengden Psc er direkte korrelert og undersøker ikke om flere Psc-er dannes på grunn av metan. Derfor kan man ikke være sikker på at den nøyaktig skildrer atmosfærisk dynamikk. I likhet med scenariet i Sloan og Pollard-studien er det mulig at bare høyere karbondioksidnivåer er nødvendigefor å forårsake Flere PSCs og et likeverdig klima. Som et resultat, metan kan ikke være like viktig for etableringen Av PSCs og equable klima som Sloan et al. opprinnelig postulert.
Etter denne tankegangen, David B. Kirk-Davidoff, Daniel P. Schrag og James G. Anderson bestemte seg for å undersøke betydningen av karbondioksid på PSC-formasjonog hevdet at bare høyere karbondioksidnivåer er nødvendige for å forårsake likeverdige klima (2002). I en forenklet form sier de at høyere drivhusgasskonsentrasjoner redusertemengden is i høybreddegrader, og denne endringen reduserte EPTD. Når Eptdredusert, energi fra bølger, forplantning inn i stratosfæren fra troposfæren, også redusert, slik at stratosfærisk velt sirkulasjon bremset ned. Derfor varmet den tropiske stratosfæren mens den polare stratosfæren kjølte fordi sirkulasjonen ikke spredte varmen så mye. Som et resultat Kan PSCs danne og føre til at polene blir varmeenda mer.
Dykker inn i mer dybde, begynner teorien med ideen om at konsentrasjonen av karbondioksid økte under Eocen. Fordi karbondioksid er en drivhusgass, styrket høyere karbondioksidnivåer atmosfærens evne til å traplongbølge stråling som utstråles Av Jorden. Dermed kunne varmen ikke unnslippe Jordens atmosfære, så Over Tid ble Jorden oppvarmet. Denne endringen førte til at is i høybreddegrader smeltet, slik at albedo i høybreddegrader ble redusert. Albedo er dereflektivitet av en overflate, og lysere fargede overflater har høyere albedoer fordi de reflekterer mer lys enn mørke overflater. Da isen smeltet i høybreddegrader, reflekterte havet og kontinentene mindre lys enn isen som tidligere dekket dem. Som et resultat absorberte polarområdene mer solstråling og dermed oppvarmet mer. Tropene, men ikke gjennomgå noen store albedo endringer, så barekarbondioksydnivåer hadde en innvirkning på regionen. Bare å ha høyere karbondioksidnivåville ha økt globale temperaturer like på alle breddegrader, men den ekstra effekten av is-albedo-tilbakemeldingen i høybreddegrader ville ha økt temperaturene mer der. Dette faktum forklarer hvorfor høyere klimagassnivåer kunne ha forårsaket en lavere EPTD.
fordi den har en høy albedo, reflekterer isen det meste av solstrålingen som kommer inn i høybreddegrader. (BILDE AV NASA)
teorien antar da at nedgangen I Eptdforårsaket «tyngdekraften og planetariske bølger som forplanter seg fra troposfæren til stratosfæren reduseres» (Kirk-Davidoff, Schrag, And Anderson, 2002). Denne ideen kommer fra det faktum at stormer i midlere breddegrader dannes på grunn av meridionaltemperaturgradienten og at disse stormene skaper bølger i troposfæren. Hvis temperaturgradienten gikk ned, ville færre stormer utvikle seg fordi atmosfæren ville være i en mer stabil tilstand, og som et resultat ville færre, mindre intense bølger dannes. Derfor ville en lavere EPTD ha forårsaket en reduksjon i mengden energi som kommer inn i stratosfæren. Dette konseptet er ikke farfetched som noen studier (Lindzen Og Farrell, 1980; Rind, 1998; Shindell et al. 1998; Og Fusco Og Salby, 1999) støtter ideen om at under redusert EPTD reduseres atmosfærisk bølgeaktivitet og forplantning. Assuminga mindre EPTD har denne effekten, denne nedgangen i bølgeenergi ville ha redusert momentumet overført til stratosfæren av disse bølgene.
denne reduksjonen i momentum ville ha endret hastigheten på stratosfærisk velt fordi denne momentum driver Brewer-Dobson sirkulasjon, velt i stratosfæren. Brygger-Dobson-sirkulasjonen er preget av varm luft som stiger i lavbreddegrader og kald luft synker i høye breddegrader. Fordi momentumet fra planetariske og gravitasjonsbølger driver sirkulasjonen, hvis momentumet overført til stratosfæren hadde redusert, ville sirkulasjonen ha bremset. Derfor ville lavbreddegrader ha blitt varmere, mens høybreddegrader ville ha avkjølt.
generelt er toppen av troposfæren for kald til at vanndamp kan komme inn i stratosfæren. Skyer stiger vanligvis i troposfæren på grunn av konveksjon, men på et bestemt tidspunkt blir atmosfæren for kald for at skyene skal stige lenger fordi all vanndamp i dem faller ned. Dette punktet oppstår vanligvis ved toppen av troposfæren, så svært lite vanndamp kommer inn i stratosfæren. Men hvis omveltningssirkulasjonen bremset og hvis stratosfæren på lav breddegrad varmet ned til tropopausen, kunne toppen av troposfæren ha varmet nok til at mengden vann som fordamper i stratosfæren kunne ha økt. Denne vanndampen ville da ha blitt transportert til høye breddegrader, og PSCs ville ha vært i stand til å danne hyppigere og ville vært optisk tykkere.
Som PSCs utviklet under disse forholdene, ville vinduet gjennom hvilket langbølgestråling kunne ha rømt fra atmosfæren, ha redusert, og atmosfæren på høy breddegrad ville ha varmet. Ifølge Kirk-Davidoff, Schrag og andAnderson er oppvarmingen på Grunn Av PSCs i modellens Eocenforhold tilfelle 15 W/m2 i polene, og oppvarming i polarområdene på grunn Av PSCs er 7 K. disse resultatene viser At PSCs kunne ha hatt en betydelig innvirkning på høy breddegrad temperaturer. Som et resultat, teorien gir en rimelig forklaring på hvorfor polesville ha varmet under equable klima.
