en förklaring till minskningen av ekvatorn till Polens temperaturskillnad (EPTD) under lika klimat undersöker påverkan av polära stratosfäriska moln (PSC) på långvågsstrålning som lämnar jorden i höga breddgrader och som ett resultat på temperaturer nära polerna. I motsats till teorier som förklarar sätt att transportera mervärme till polerna, fokuserar detta koncept på att fånga värme i höga breddgrader.
moln kan bildas i den polära stratosfären under polarnatten. (Bild av Lamont Poole)
som utgångspunkt är ett viktigt faktum att notera att högbreddgraderna får mest solstrålning i världen under sommaren. Denna stora mängd strålning kan höja polära temperaturer väsentligt, så en polär uppvärmningsmekanism behöver bara öka temperaturerna under vintern för att förklara lika klimat. Detta faktum gör PSC till en trolig förklaring till Lika klimat. PSC är moln som bildas när vattenånga kommer in i stratosfären och när temperaturen är tillräckligt kall för vattenånga kondensera där. Under vintern får de höga breddgraderna mycket liten eller ingen solstrålning, så temperaturen sjunker avsevärt under denna period, känd som polarnatt. Under dessa förhållanden kan PSC utvecklas. De fångar utgående långvågsstrålning (OLR) och avger något av det tillbaka mot jordens yta, så de hindrar atmosfärisk kylning. PSC: er är för närvarande relativt ovanliga; men under olika atmosfäriska förhållanden som skulle göra det möjligt för mervattenånga att komma in i stratosfären, kan PSC: er utvecklas oftare. Denna förändring skulle orsaka uppvärmning i de höga breddgraderna, eftersom långvågsstrålning inte skulle kunna fly jordens atmosfär lika lätt.
hög-lattidues får mest solstrålning på sommaren (Pidwirny, 2006)
tanken att PSC kunde ha orsakat jämlika klimat dök upp i 1992 när Sloan et al. presenterade tanken att högre nivåer av metan i atmosfären under eocen kunde ha orsakat frekvensen och den optiska tjockleken hos PSC att öka väsentligt. Enligt papperet skulle denna utveckling ha orsakat polarområdena att värma och kunde ha skapat det jämlika klimatet under Eocene och krita. Författarna baserade sitt argument på det faktum att mycket större mängder våtmarker, som är metankällor, fanns under Paleocene och Eocene än för närvarande. De hävdar att ” våtmarksområdet möjligt i Paleocene-Eocene skulle ha varit minst 5, 6×106 km2, jämfört med 2×106 km2 för närvarande. Således, under Paleocene-Eocene, skulle det finnas potential att tredubbla modern metanproduktion från våtmarksekosystem ensam ” (Sloan et al., 1992). Även om dessa siffror bara är uppskattningar, kunde en mängd Paleocene-Eocene våtmarker någonstans nära denna skala ha haft en betydande inverkan på miljön genom att producera stora mängder metan. Metan oxiderar för att bilda vattenånga i atmosfären, så mängden vattenånga som kommer in i stratosfären skulle haökat om mängden metan i atmosfären hade varit större. Som ett resultat av merstratosfärisk vattenånga skulle PSC ha kunnat bildas oftare och skulle ha varit optiskt tjockare. Tjockare PSC: er fångar mer långvågsstrålning, så utvecklingen av mer optiskt tjockare PSC: er skulle ha värmt de höga breddgraderna utan att påverka de låga breddgraderna.
för att testa denna hypotes skapade Sloan och Pollard 1998 ett experiment för attundersöka PSC: s inflytande på de höga breddgraderna. De utförde ett modellexperiment medtvå olika situationer. Det första scenariot hade inga PSC, medan det andra fallet hade PSC. Annars var körningarna desamma och hade förutsättningar för en Eocenliknande jord, och de hade koldioxidnivåer på 560 ppm och metanhalter på 0,700 ppm. Sloan och Pollard föreskrev PSC: erna så att de bara fanns under vinterhalvan av året över 66,5 kg latitud där temperaturen skulle vara tillräckligt kall för att PSC: er skulle bildas. Experimentet avslöjade att PSC: er kunde värma de höga breddgraderna med upp till 20 CCC mer änom de inte var närvarande och att PSC: er hindrar havsis från att utvecklas under vintern, så havsisnivåerna minskade avsevärt i PSC-fallet (Sloan och Pollard, 1998). Trotsdessa resultat producerade experimentet med PSC fortfarande temperaturer som var för låga jämfört med proxydata från Paleocene-Eocene.
(Sloan och Pollard, 1998)
dessutom undersökte denna studie endast PSCs påverkan på klimatetoch undersökte inte effekterna av höga växthusgasnivåer och PSC tillsammans. Därför presenterade Peters och Sloan 2000 ett annat papper som undersökte effekterna av stora mängder växthusgaser i kombination med PSC. I denna studie utförde de två modellexperiment, precis som Sloan och Pollard gjorde. Båda scenarierna hade koldioxidnivåer inställda på 560 ppm, vilket är 2 gånger den förindustriella nivån. Den första situationen, ECONTROL, hade en atmosfärisk metankoncentration på 0,700 ppm, den förindustriella mängden och hade inga PSC. I det andra fallet, med namnet PCLOUD, var metanhalterna 10 ppm, vilket är 14 gånger mängden förindustriella nivåer, och PSC var föreskrivna som i Sloan och Pollard-studien. Resultaten visade en globalt Genomsnittlig genomsnittlig årlig temperaturökning (MAT)på 3,4 CCB, och mattor i pCloud var varmare än ECONTROL med 12 CCB på norra halvklotet och med 9 CCB på södra halvklotet. Men i tropikerna var mattorna av PCLOUD bara varmare än ECONTROL med 2 kg C. Dessutom ökade medeltemperaturen för kall månad med 25 kg C i norra halvklotet och med 18 kg C på södra halvklotet. Som ett resultat visar studien att de kombinerade effekterna av PSC och högre nivåer av växthusgaser kan höja polartemperaturer utan att påverka tropikerna väsentligt. Specifikt avslöjar det påverkan av mer metan och fler PSC på klimatet och visar att dessa två faktorer kunde ha orsakat lika klimat.
(Peters och Sloan, 2000)
även om studien gav resultat som stöder tanken att högre metankoncentrationer och fler PSC kunde ha orsakat lika klimat, finns det två stora problem med den här tanken. Först och främst, i den moderna atmosfären, har metan en livstid på ungefär 7 år, medan den Eocene polära värmen fanns i cirka 10 miljoner år (Kirk-Davidoff, Schrag och Anderson, 2002). Detta faktum gör att det verkar osannolikt att metan kunde ha kvarstått tillräckligt länge för att ha orsakat ett jämnt klimat. Även om metans livstid ökade under Eocenen är det tveksamt att metanhalterna upprätthölls vid koncentrationer som föreslogs i Peters och Sloan-studien under hela eocenens varaktighet. Dessutom skiljer Peters och Sloan inte effekterna av metan från det av PSC. Det antas att metankoncentrationer och mängden PSC är direkt korrelerade och undersöker inte om fler PSC bildas på grund av metan. Därför kan man inte vara säker på att den exakt skildrar atmosfärisk dynamik. I likhet med scenariot i Sloan-och Pollard-studien är det möjligt att endast högre koldioxidnivåer är nödvändigaför att orsaka mer PSC och ett jämnt klimat. Som ett resultat, metan kanske inte är lika viktigt för skapandet av PSC och av lika klimat som Sloan et al. ursprungligen postulerade.
efter detta tankegång, David B. Kirk-Davidoff, Daniel P. Schrag och James G. Anderson bestämde sig för att undersöka vikten av koldioxid på PSC-formationoch hävdade att endast högre koldioxidnivåer är nödvändiga för att orsaka lika klimat (2002). I en förenklad form anger de att högre växthusgaskoncentrationer minskarmängden IS i höga breddgrader, och denna förändring minskade EPTD. När Eptdminskade, energi från vågor, som förökade sig in i stratosfären från troposfären, minskade också, så den stratosfäriska vältningscirkulationen saktade ner. Därför värmdes dentropiska stratosfären medan den polära stratosfären kyldes eftersom cirkulationen inte spridde värmen lika mycket. Som ett resultat kunde PSC bildas och fick polerna att värmaännu mer.
dykning i mer djup börjar teorin med tanken att koncentrationen av koldioxid ökade under Eocenen. Eftersom koldioxid är en växthusgas stärkte högre koldioxidnivåer atmosfärens förmåga att traplongwave strålning som emitteras av jorden. Således kunde värmen inte undkomma jordens atmosfär också, så med tiden värmdes jorden. Denna förändring fick IS i högbreddgraderna att smälta, så albedo i högbreddgraderna minskade. Albedo är thereflectivity av en yta, och ljusare färgade ytor har högre albedos eftersom de reflekterar mer ljus än mörka ytor. Således, när isen smälte i de höga breddgraderna, reflekterade havet och kontinenterna mindre ljus än isen som tidigare täcktedem gjorde. Som ett resultat absorberade polarområdena mer solstrålning och värmdes följaktligen mer. Tropikerna genomgick emellertid inga större albedoförändringar, så barakoldioxidnivåer hade en inverkan på regionen. Endast med högre koldioxidnivåerskulle ha ökat globala temperaturer lika på alla breddgrader, men den ytterligare effekten av ice-albedo-återkopplingen i de höga breddgraderna skulle ha ökat temperaturerna mer där. Detta faktum förklarar varför högre växthusgasnivåer kunde ha orsakat en lägre EPTD.
eftersom den har en hög albedo reflekterar Is det mesta av solstrålningen som kommer in i höga breddgrader. (Bild av NASA)
teorin antar då att minskningen i Eptdorsakade ”gravitationens energi och planetvågor som förökar sig från troposfären tillstratosfären minskas” (Kirk-Davidoff, Schrag och Anderson, 2002). Denna ideakommer från det faktum att stormar i mitten av breddgraderna bildas på grund av meridionaltemperaturgradienten och att dessa stormar skapar vågor i troposfären. Om temperaturgradienten minskade skulle färre stormar utvecklas eftersom atmosfären skulle vara i ett mer stabilt tillstånd, och som ett resultat skulle färre, mindre intensiva vågor bildas. Därför skulle en lägre EPTD ha orsakat en minskning av mängden energi som kommer instratosfären. Detta koncept är inte farfetched som vissa studier (Lindzen och Farrell, 1980; Rind, 1998; Shindell et al. 1998; och Fusco och Salby, 1999) stöder tanken attUnder en minskad EPTD minskar atmosfärisk vågaktivitet och förökning. Assuminga mindre EPTD har denna effekt, denna droppe i vågenergi skulle ha minskat momentumet som överförts till stratosfären av dessa vågor.
denna minskning av momentum skulle ha förändrat graden av stratosfärisk vältning eftersom denna momentum Driver Brewer-Dobson-cirkulationen, vältningscirkulationen i stratosfären. Brewer-Dobson-cirkulationen kännetecknas av varm luft som stiger i låga breddgrader och kall luft sjunker i höga breddgrader. Eftersom momentet från planet-och gravitationsvågor Driver cirkulationen, om momentumet som överförts till stratosfären hade minskat, skulle cirkulationen ha avtagit. Därför skulle de låga breddgraderna ha blivit varmare, medan de höga breddgraderna skulle ha svalnat.
i allmänhet är toppen av troposfären för kall för att tillåta vattenånga att komma in i stratosfären. Moln stiger vanligtvis i troposfären på grund av konvektion, men vid en viss punkt blir atmosfären för kall för att molnen ska stiga längre eftersom all vattenånga i dem faller ut. Denna punkt uppträder vanligtvis vid toppen av troposfären, så mycket lite vattenånga kommer in i stratosfären. Men om vältningscirkulationen saktade och om stratosfären med låg latitud värmdes ner till tropopausen, kunde toppen av troposfären ha värmt tillräckligt för att tillåta mängden vatten som förångade stratosfären att ha ökat. Denna vattenånga skulle då ha överförts till de höga breddgraderna, och PSC skulle ha kunnat bilda frekventare och skulle ha varit optiskt tjockare.
när PSC utvecklades under dessa förhållanden skulle fönstret genom vilket långvågsstrålning kunde ha rymt från atmosfären ha minskat och atmosfären med hög latitud skulle ha värmts. Enligt Kirk-Davidoff, Schrag, andAnderson, uppvärmningen på grund av PSC i deras modell Eocene villkor fall är 15 W/m2 i polerna, och uppvärmningen i polarområdena på grund av PSC är 7 K. Dessa resultat visar att PSC kunde ha haft en betydande inverkan på hög latitud temperaturer. Som ett resultat ger teorin en rimlig förklaring till varför polenskulle ha värmt under jämlika klimat.
