C l i m a t e C h a n g e 2 0 0 1 :

W o r k i n g G r o u p I : T h e S c i e n t i f i c B a s i s

C h a p t e r 6

. R a d i a t i v

e F o r c i n g o f C l i m a t e C h a n g e G o

T a b l e o f c o n t e n t s | P r

e v i o u s p a g e | N e x t p a g e O t h e r r e p o r t s i n t h i s c o l l e c t i o n



### 6

. 3 W e l l

- m i x e d G r e e n h o u s e G a s e s

T h e w e l l

- m i x e d g r e e n h o u s e g a s e s h a v e l i f e ti m e s l o n g e n o u g h t o b e r e l a ti v e l y h o m o g e n e o u s l y m i x e d i n t h e t r o p o s p h e r e

. I n

c o n t r a s t

, O 3 ( S e c ti o n 6

. 5 ) a n d t h e N M H C s ( S e c t i o n 6

. 6 ) a r e g a s e s w i t h r e l a ti v e l y s h o r t l i f e t i m e s a n d a r e t h e r e f o r e n o t h o m o

g e n e o u s l y d i s t r i b u t e d i n t h e t r o p o s p h e r e

.

S p e c t r o s c o p i c d a t a o n t h e g a s e o u s s p e c i e s h a v e b e e n i m p r o v e d w i t h s u c c e s s i v e v e r s i o n s o f t h e H I T R A N ( R o t h m a n e t a l

. , 1 9 9 2

, 1 9 9 8 ) a n d G E I S A d a t a b a s e s ( J a c q u i n e t

- H u s s o n e t a l

. , 1 9 9 9 )

. P i

n n o c k a n d S h i n e ( 1 9 9 8 ) i n v e s ti g a t e d t h e e f f e c t o f t h e

a d d i ti o n a l h u n d r e d t h o u s a n d s o f n e w l i n e s i n t h e 1 9 9 6 e d i ti o n o f t h e H I T R A N d a t a b a s e ( r e l a t i v e t o t h e 1 9 8 6 a n d t h e 1 9 9 2

e d i ti o n s ) o n t h e i n f r a r e d r a d i a ti v e f o r c i n g d u e t o C O 2 , C H 4 , N 2 O a n d O 3

. T h e y f o u n d a r a t h e r s m a l l e f f e c t d u e t o t h e

a d d i ti o n a l l i n e s

, l e s s t h a n a 5 % e f f e c t f o r t h e r a d i a t i v e f o r c i n g o f t h e c i t e d g a s e s a n d l e s s t h a n 1

. 5 % f o r a d o u b l i n g o f C O 2

.

F o r t h e c h l o r o f l u o r o c a r b o n s ( C F C s ) a n d t h e i r r e p l a c e m e n t s

, t h e u n c e r t a i n t i e s i n t h e s p e c t r o s c o p i c d a t a a r e m u c h l a r g e r t h a n

f o r C O 2 , C H 4 , N 2 O a n d O 3 , a n d d i f f e r m o r e a m o n g t h e v a r i o u s l a b o r a t o r y s t u d i e s

. C h r i s t i d i s e t a l

. ( 1 9 9 7 ) f o u n d a r a n g e o f

2 0 % b e t w e e n t e n d i f f e r e n t s p e c t r o s c o p i c s t u d i e s o f C F C

- 1 1

. B a l l a r d e t a l

. ( 2 0 0 0 ) p e r f

o r m e d a n i n t e r c o m p a r i s o n o f

l a b o r a t o r y d a t a f r o m f i v e g r o u p s a n d f o u n d t h e r a n g e i n t h e m e a s u r e d a b s o r p ti o n c r o s s

- s e c ti o n o f H C F C

- 2 2 t o b e a

b o u t

1 0 %

.

S e v e r a l p r e v i o u s s t u d i e s o f r a d i a ti v e f o r c i n g d u e t o w e l l

- m i x e d g r e e n h o u s e g a s e s h a v e b e e n p e r f o r m e d u s i n g s i n g l e

, m o s t l y

g l o b a l m e a n

, v e r ti c a l p r o f i l e s

. M y h r e a n d S t o r d a l ( 1 9 9 7 ) i n v e s t i g a t e d t h e e f f e c t s o f s p a t i a l a n d t e m p o r a l a v e r a g i n g o n t h e

g l o b a l l y a n d a n n u a l l y a v e r a g e d r a d i a ti v e f o r c i n g d u e t o t h e w e l l

- m i x e d g r e e n h o u s e g a s e s

. T h e u s e o f a s i n g l e g l o b a l m e a n

v e r ti c a l p r o f i l e t o r e p r e s e n t t h e g l o b a l d o m a i n

, i n s t e a d o f t h e m o r e r i g o r o u s l a ti t u d i n a l l y v a r y i n g p r o f i l e s

, c a n l e a d t o e r r o r s o f

a b o u t 5 t o 1 0 % ; e r r o r s a r i s i n g d u e t o t h e t e m p o r a l a v e r a g i n g p r o c e s s a r e m u c h l e s s (

~ 1 % )

. F r e c k l e t o n e t a l

. ( 1 9 9 8 ) f o u n d

s i m i l a r e f f e c t s a n d s u g g e s t e d t h r e e v e r t i c a l p r o f i l e s w h i c h c o u l d r e p r e s e n t g l o b a l a t m o s p h e r i c c o n d i ti o n s s a t i s f a c t o r i l y i n

r a d i a ti v e t r a n s f e r c a l c u l a ti o n s

. I n t h e a b o v e t w o s t u d i e s a s w e l l a s i n F o r s t e r e t a l

. ( 1 9 9 7 )

, i

t i s t h e d e p e n d e n c e o f t h e r a d i a t i v e

f o r c i n g o n t h e t r o p o p a u s e h e i g h t a n d t h e r e b y a l s o t h e v e r ti c a l t e m p e r a t u r e p r o f i l e

, t h a t c o n s ti t u t e s t h e m a i n r e a s o n f o r t h e n e e d

o f a l a ti t u d i n a l r e s o l u t i o n i n r a d i a ti v e f o r c i n g c a l c u l a t i o n s

. T h e r a d i a ti v e f o r c i n g d u e t o h a l o c a r b o n s d e p e n d s o n t h e t r o p o p a u s e

h e i g h t m o r e t h a n i s t h e c a s e f o r C O 2 ( F o r s t e r e t a l

. , 1 9 9 7 ; M y

h r e a n d S t o r d a l

, 1 9 9 7 )

.

N o t a l l g r e e n h o u s e g a s e s a r e w e l l m i x e d v e r ti c a l l y a n d h o r i z o n t a l l y i n t h e t r o p o s p h e r e

. F r e c k l e t o n e t a l

. ( 1 9 9 8 ) h a v e

i n v e s ti g a t e d t h e e f f e c t s o f i n h o m o g e n e i ti e s i n t h e c o n c e n t r a t i o n s o f t h e g r e e n h o u s e g a s e s o n t h e r a d i a ti v e f o r c i n g

. F o r C H 4 ( a

w e l l

- m i x e d g r e e n h o u s e g a s )

, t h e a s s u m p ti o n t h a t i t i s w e l l

- m i x e d h o r i z o n t a l l y i n t h e t r o p o s p h e r e i n t r o d u c e s a n e r r o r m u c h l e s s

t h a n 1 % r e l a ti v e t o a c a l c u l a t i o n i n w h i c h a c h e m i s t r y

- t r a n s p o r t m o d e l p r e d i c t e d d i s t r i b u ti o n o f C H 4 w a s u s e d

. F o r m o s t

h a l o c a r b o n s

, a n d t o a l e s s e r e x t e n t f o r C H 4 a n d N 2 O

, t h e m i x i n g r a t i o d e c a y s w i t h a l t i t u d e i n t h e s t r a t o s p h e r e

. F o r C H 4 a n d

N 2 O

, t h i s i m p l i e s a r e d u c ti o n i n t h e r a d i a t i v e f o r c i n g o f u p t o a b o u t 3 % ( F r e c k l e t o n e t a l

. , 1 9 9 8 ; M y

h r e e t a l

. , 1 9 9 8 b )

. F o r

m o s t h a l o c a r b o n s

, t h i s i m p l i e s a r e d u c t i o n i n t h e r a d i a t i v e f o r c i n g u p t o a b o u t 1 0 % ( C h r i s t i d i s e t a l

. , 1 9 9 7 ; H a n s e n e t a l

. , 1 9 9 7 a ; M i n s c h w a n e r e t a l

. , 1 9 9 8 ; M y h r e e t a l

. , 1 9 9 8 b ) w h i l e i t i s f o u n d t o b e u p t o 4 0 % f o r a s h o r t

- l i v e d c o m p o n e n t f o u n d

i n J a i n e t a l

. ( 2 0 0 0 )

.

T r a p p i n g o f t h e l o n g

- w a v e r a d i a ti o n d u e t o t h e p r e s e n c e o f c l o u d s r e d u c e s t h e r a d i a t i v e f o r c i n g o f t h e g r e e n h o u s e g a s e s

c o m p a r e d t o t h e c l e a r

- s ky f o r c i n g

. H o w e v e r

, t h e m a g n i t u d e o f t h e e f f e c t d u e t o c l o u d s v a r i e s f o r d i f f e r e n t g r e e n h o u s e g a s e s

.

R e l a ti v e t o c l e a r s k i e s

, c l o u d s r e d u c e t h e g l o b a l m e a n r a d i a t i v e f o r c i n g d u e t o C O 2 b y a b o u t 1 5 % ( P i n n o c k e t a l

. , 1 9 9 5 ;

M y h r e a n d S t o r d a l

, 1 9 9 7 )

, t h a t d u e t o C H 4 a n d N 2 O i s r e d u c e d b y a b o u t 2 0 % ( d e r i v e d f r o m M y h r e e t a l

. , 1 9 9 8 b )

, a n

d t h a t

d u e t o t h e h a l o c a r b o n s i s r e d u c e d b y u p t o 3 0 % ( P i n n o c k e t a l

. , 1 9 9 5 ; C h

r i s ti d i s e t a l

. , 1 9 9 7 ; M y h r e e t a l

. , 1 9 9 8 b )

.

T h e e f f e c t o f s t r a t o s p h e r i c t e m p e r a t u r e a d j u s t m e n t a l s o d i f f e r s b e t w e e n t h e v a r i o u s w e l l

- m i x e d g r e e n h o u s e g a s e s

, o w i n g t o

d i f f e r e n t g a s o p t i c a l d e p t h s

, s p e c t r a l o v e r l a p w i t h o t h e r g a s e s

, a n d t h e v e r ti c a l p r o f i l e s i n t h e s t r a t o s p h e r e

. T h e s t r a t o s p h e r i c

t e m p e r a t u r e a d j u s t m e n t r e d u c e s t h e r a d i a ti v e f o r c i n g d u e t o C O 2 b y a b o u t 1 5 % ( H a n s e n e t a l

. , 1 9 9 7 a )

. C H

4 a n d N 2 O

e s t i m a t e s a r e s l i g h t l y m o d i f i e d b y t h e s t r a t o s p h e r i c t e m p e r a t u r e a d j u s t m e n t

, w h e r e a s t h e r a d i a ti v e f o r c i n g d u e t o h a l o c a r b o n s

c a n i n c r e a s e b y u p t o 1 0 % d e p e n d i n g o n t h e s p e c t r a l o v e r l a p w i t h O 3 ( I P C C

, 1 9 9 4 )

.

R a d i a ti v e t r a n s f e r c a l c u l a t i o n s a r e p e r f o r m e d w i t h d i f f e r e n t t y p e s o f r a d i a ti v e t r a n s f e r s c h e m e s r a n g i n g f r o m l i n e

- b y

- l i n e

m o d e l s t o b a n d m o d e l s ( I P C C

, 1 9 9 4 )

. E v a n s a n d P u c k r i n ( 1 9 9 9 ) h a v e p e r f o r m e d s u r f a c e m e a s u r e m e n t s o f d o w n w a r d H o m e A

b o u t A c t i v i t i e s M a p s P h o t o s P u b l i c a t i o n s N e w s

I P C C T h i r d A s s e s s m e n t R e p o r t

- C l i m a t e C h a n g e 2 0 0 1

- C o m p l e t e o n l i n e v e r s i o n s

T h i s w e b s i t e c o n t a i n s t h e f u l l t e x

t a n d g r a p h i c s f r o m t h e t h r e e w o r k i n g g r o u p c o n t r i b u t i o n s t o t h e I P C C T h i r d A s s e s s m e n t R e p o r t " C l i m a t e

C h a n g e 2 0 0 1 " a n d t h e S y

n t h e s i s R e p o r t

. I t w a s p u b l i s h e d t o t h e w e b b y G R I D

- A r e n d a l i n 2 0 0 3

. R e a l t i m e G P S t r a c k i n gm o d e l s t o b a n d m o d e l s ( I P C C

, 1 9 9 4 )

. E v a n s a n d P u c k r i n ( 1 9 9 9 ) h a v e p e r f o r m e d s u r f a c e m e a s u r e m e n t s o f d o w n w a r d

s p e c t r a l r a d i a n c e s w h i c h r e v e a l t h e o p ti c a l c h a r a c t e r i s ti c s o f i n d i v i d u a l g r e e n h o u s e g a s e s

. T h e s e m e a s u r e m e n t s a r e c o m p a r e d

w i t h l i n e

- b y

- l i n e c a l c u l a ti o n s

. T h e a g r e e m e n t b e t w e e n t h e s u r f a c e m e a s u r e m e n t s a n d t h e l i n e

- b y

- l i n e m o d e l i s w i t h i n 1 0 % f o r

t h e m o s t i m p o r t a n t o f t h e g r e e n h o u s e g a s e s : C O 2 , C H 4 , N 2 O

, C F C

- 1 1 a n

d C F C

- 1 2

. T h i s i s n o t a d i r e c t t e s t o f t h e

i r r a d i a n c e c h a n g e a t t h e t r o p o p a u s e a n d t h u s o f t h e r a d i a ti v e f o r c i n g

, b u t t h e g o o d a g r e e m e n t d o e s o f f e r v e r i f i c a ti o n o f

f u n d a m e n t a l r a d i a ti v e t r a n s f e r k n o w l e d g e a s r e p r e s e n t e d b y t h e l i n e

- b y

- l i n e ( L B L ) m o d e l

. T h i s a s p e c t c o n c e r n i n g t h e L B L

c a l c u l a ti o n i s r e a s s u r i n g a s s e v e r a l r a d i a t i v e f o r c i n g d e t e r m i n a ti o n s w h i c h e m p l o y c o a r s e r s p e c t r a l r e s o l u ti o n m o d e l s u s e t h e

L B L a s a b e n c h m a r k t o o l ( F r e c k l e t o n e t a l

. , 1 9 9 6 ; C h

r i s ti d i s e t a l

. , 1 9 9 7 ; M i n s c h w a n e r e t a l

. , 1 9 9 8 ; M y h r e e t a l

. , 1 9 9 8 b ;

S h i r a e t a l

. , 2 0 0 1 )

. S a t e l

l i t e o b s e r v a t i o n s c a n a l s o b e u s e f u l i n e s ti m a t e s o f r a d i a ti v e f o r c i n g a n d i n t h e i n t e r c o m p a r i s o n o f

r a d i a ti v e t r a n s f e r c o d e s ( C h a z e t t e e t a l

. , 1 9 9 8 )

.

T a b l e o f c o n t e n t s | P r

e v i o u s p a g e | N e x t p a g e

O t h e r r e p o r t s i n t h i s c o l l e c t i o n