Strålingspådriv

Strålingspådriv eller strålingspådrag er et mål på hvilken virkning en naturlig eller menneskeskapt faktor har som mulig klimaendringsmekanisme. Strålingspådrivet er definert som endring i netto irradians ved tropopausen. Netto irradians er differansen mellom inngående solstråling og utgående varmestråling fra jorda med atmosfæren, og måles i W/m².

Strålingspådriv har vist seg som et nyttig begrep i studiet av naturlige og menneskeskapte klimaendringer, og brukes hyppig i rapportene fra FNs klimapanel. Her blir verdiene til
strålingspådraget gitt som endringer i forhold til en førindustriell bakgrunn. Strålingspådriv er et enkelt mål for de mange faktorer som påvirker klimaet, og er lettere å beregne enn selve klimaendringene, som i tillegg avhenger av mange kompliserte og vanskelig kalkulerbare tilbakekoplingsmekanismer mellom jord, hav og atmosfære.

Effektivt strålingspådriv 

I hovedrapport 5 og senere (se Box 8.1 på side 665) ble effektivt strålingspådriv innført.

Den opprinnelige verdien, benevnt RF eller SARF (stratospheric-temperature-adjusted radiative forcing), beregnes ved å holde overflatetemperatur og troposfærens egenskaper konstant, mens temperaturen i stratosfæren justeres i ihht til det nye pådrivet.

Effektivt strålingspådriv, ERF, beregnes ved å holde havtemperatur og sjøis konstant, mens stratosfæren og troposfæregenskaper som vanndamp, skyer etc. tillates å endre seg, noe som gir en viss positiv tilbakekopling.

Anslag for strålingspådriv i IPCCs 4. hovedrapport
Søylene i figuren viser strålingspådrivet fra ulike menneskeskapte og naturlige faktorer i forhold til førindustrielt nivå (1750). Røde søyler viser positivt pådriv (oppvarmende effekt), blå søyler negativt pådriv (avkjølende effekt). Linjestykker ved hver søyle viser usikkerheten i anslagene, innafor et 95 % konfidensintervall.

Figuren viser at økning i atmosfærens CO2-konsentrasjon utgjør det betydeligste strålingspådrivet, anslått til 1,66 W/m². De øvrige drivhusgassene (metan, lystgass og halokarboner) bidrar med til sammen 0,98 W/m².

Den viktigste avkjølende effekten som følge av menneskelig aktivitet kommer fra økt innhold av aerosoler i atmosfæren, på grunn av deres evne til å spre og absorbere innkommende solstråling. Aerosolene stammer i det vesentlige fra industriell virksomhet. Industrielle aerosoler består hovedsakelig av en blanding av sulfater, organisk karbon, sot, nitrater og industristøv. Aerosoler fra brenning av biomasse antas å ha en neglisjerbar effekt.

Enda viktigere er aerosolenes indirekte virkning ved at de fungerer som kondensasjonskjerner som bidrar til skydannelse. Økt skydekke øker jordas totale albedo, og virker avkjølende. Den samla direkte og indirekte effekten av aerosoler antas å gi et strålingspådriv på -1,2 W/m². Her er det imidlertid stor usikkerhet i anslagene.

Økt solaktivitet i perioden etter 1750 gir et forsvinnende lite bidrag til det totale strålingspådrivet – ca. 5 % av bidraget fra drivhusgassene.

Konklusjon: «Man vet nå med rimelig sikkerhet at effekten av menneskelig aktivitet siden 1750 svarer til et nettopådriv på +1.6 [+0.6 – +2.4] W/m².»

Strålingspådriv for CO2 som funksjon av konsentrasjon

Følgende formel har vært referert i IPCCs hovedrapporter etter årtusenskiftet for endring i strålingspådriv når CO2 endres, forutsatt at alt annet er uendret:

 

Her er  endringen i strålingspådriv, mens  er aktuell konsentrasjon og  er referansekonsentrasjon for CO2.

Formelen er funnet ved tilpasning til numeriske simuleringer for CO2 konsentrasjon i området 300 til 1000 ppm, så formelen må brukes med forsiktighet utenfor dette området.

Logaritmefunksjonen betyr at hver dobling gir samme økning i strålingspådriv.
Ved en dobling får vi en økning på 

 

Tallet  kan sammenliknes med det man finner ved å ta differansen av Stefan-Boltzmanns lov ved 256 K og 255 K (utgangspunktet 255 K er valgt for å balansere innkommende solenergi):

 

Dette betyr at med alt annet uendret, vil en fordobling av CO2 grovt svare til én grads temperatur-økning.

I IPCCs sjette hovedrapport refererte til et nyere arbeid, der prefaktoren avhenger noe av konsentrasjonen.
Strålingspådrivet ved en dobling av CO2 fra 278 ppm ble gitt som SARF=3,75 W/m² og ERF=3,93 W/m².

Strålingseffektivitet

IPCC bruker begrepet strålingseffektivitet (Radiative efficiency) om endringen i strålingspådriv for en endring i konsentrasjon på én ppb, se f.eks. Tabell 7.15 i AR6 WG1-rapporten.

For CO2 betyr det fra formelen over

 

der  C skal angis i ppm. Strålingseffektiviteten er altså (i denne tilnærmelsen) omvendt proporsjonal med mengden i atmosfæren – den er ikke en egenskap ved molekylet alene!

Ved 420 ppm gir formelen over 1,3×10–5 W/m², som er nær det mer presise tallet gitt i Tabell 7.15. For metan oppgis samme sted 5,7×10–4 W/m². Med dagens atmosfære er altså strålingspådrivet fra metan ca 43 ganger større enn fra CO2 per volumetrisk økning. Siden metan er lettere enn CO2, blir faktoren per massenhet større, omtrent 120.

Det er i dag mer enn 200 ganger så mye CO2 som metan i atmosfæren (se f.eks. Figur 2.4 i IPCC AR6 WG1-rapporten). Om man som en tilnærmelse legger til grunn at den logaritmiske oppførselen for CO2 gjelder helt ned til 2 ppm,
betyr dette at CO2 under like forhold er rundt 5 ganger så effektiv som drivhusgass som metan. Dette forklares med infrarødspektrene til molekylene, og da primært av at CO2 ligger nær maksimum for varmestrålingsspekteret mens metan ligger på flanken.

Referanser

Se også
Jordens strålingsbalanse
Klimapådriv

Klimaendringer
Jordens atmosfære