Přeskočit na obsah

Radiační forcing

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
(přesměrováno z Radiační působení)
Propustnost atmosféry pro přicházející a odcházející záření vlivem různých plynů a vlivem Rayleighova rozptylu.

Radiační forcing[1] (dříve česky nevhodně pojmenován jako radiační působení[2]), zkráceně RF, je v klimatologii používaná veličina udávající změnu radiační bilance systému Země – vesmír.

Etymologie

[editovat | editovat zdroj]

Francouzsky se pojem výstižně řekne jako forçage radiatif (čti forsáž).

Definice

[editovat | editovat zdroj]

Obvykle je radiační forcing vztažen k tropopauze v jednotkách watt na metr čtvereční zemského povrchu. Přesněji jde o změnu radiační bilance v tropopauze vlivem nějakého dodatečného vlivu (forcingu) na klimatický systém. V nejběžněji používané definici je stav troposféry a povrchu planety nezměněn, ale spodní stratosféra se přizpůsobuje v reakci na daný forcing.[3] Kladný radiační forcing znamená, že jde o vliv, který má potenciál oteplit pozemské klima. Záporný forcing má potenciál klima ochladit. V češtině viz podrobnější definici (s někdejším nevhodným pojmenováním) v glosáři Souhrnné zprávy Změna klimatu 2007.[4]

Použití

[editovat | editovat zdroj]
Odhady radiačního forcingu (RF) pro rok 2011 v porovnání s rokem 1750 a agregované neurčitosti hlavních příčin klimatické změny. Hodnoty jsou globální průměry RF, rozdělené podle emitovaných sloučenin či procesů, jejichž výsledkem je kombinace příčin. Nejlepší odhady čistého RF jsou znázorněny jako černé kosočtverečky s odpovídající spolehlivostí; na pravé straně obrázku jsou uvedeny číselné hodnoty společně s úrovní spolehlivosti čistého forcingu. Podle zprávy IPCC z listopadu 2013.
Vývoj radiačního forcingu od roku 1750

V Páté hodnotící zprávě (AR5) Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) jsou hodnoty radiačního forcingu vztaženy k předindustriální době kolem roku 1750. Zvýšené koncentrace skleníkových plynů s dlouhou životností v ovzduší mají vliv oteplující (úbytek ozónu ve stratosféře má vliv ochlazující). Oproti předprůmyslové době je však více aerosolů vytvářených lidskou činností, což je velký ochlazující vliv. Vývoj radiačního forcingu od roku 1750 ukazuje obrázek vlevo. Je možné, že oproti r. 1750 aerosolů nepřibylo tak mnoho, jak naznačují grafy z AR5. Mohlo by to být tím, že požárů, které jsou též zdrojem aerosolů, bylo tehdy více, než se doposud odhadovalo.[5][6][7]

Pro projekce budoucích možností vývoje klimatu se užívají scénáře vývoje radiačního forcingu označované jako RCP2.6 až RCP8.5. (Číslo znamená radiační forcing v r. 2100.) Trajektorie koncentrací, které by umožnily, aby globální oteplení nepřekročilo 1,5 K, jsou na obr. 1.5 ve zprávě IPCC ze října 2018 (SR15)[8], vysvětlení trajektorií (pathways) viz její Glossary.[9]

Grafy z AR5 uvedené výše končí rokem 2011, kdy koncentrace činila 390 ppm, zatímco v roce 2025 již 425 ppm.[10] Radiační forcing ΔF oxidu uhličitého je logaritmickou funkcí jeho koncentrace.[11] Lze jej přibližně vyjádřit vztahem ΔF = α ln(C/Co), kde α = 5,35 W/m2, C je momentální koncentrace CO2 v ovzduší a Co koncentrace před průmyslovou revolucí, která činila kolem 278 ppm. Radiační forcing oxidu uhličitého se proto za oněch 14 let zvýšil o 0,4 W/m2; podrobněji o tom (i pro další plyny a jejich souhrn) viz [12] .

Historii pojmu radiační forcing a také nověji používané veličiny efektivní radiační forcing viz práci [13].

Antropogenní radiační forcing

[editovat | editovat zdroj]

Podle Mezivládního panelu pro změnu klimatu jsou lidské vlivy hlavní částí radiačního forcingu. Od průmyslové revoluce lidská činnost zvýšila množství skleníkových plynů v atmosféře, což vedlo ke vzniku a dalšímu růstu radiačního forcingu způsobeného oxidem uhličitým, methanem, troposférickým ozonem, freony a oxidem dusným.[14]

Již od 19. století je známo, že zvýšení koncentrací skleníkových plynů vede ke zvýšení teploty ovzduší. Je to důsledkem Planckova a Stefan–Boltzmannova zákona, tzv. absorpčních spekter skleníkových plynů v infračervené oblasti (proměřených laboratorně) a zákona zachování energie. Koncentrace oxidu uhličitého se zvýšila oproti období před začátkem průmyslové revoluce z tehdejších 280 ppm na přibližně 425 ppm (k červnu 2025)[15][16] a dále roste. Jelikož v předcházejících 8 000 letech (před rokem 1750) byla hladina CO2 relativně stabilní, dá se předpokládat, že by se, nebýt lidského zásahu, udržela stabilní i nadále.[14]

Nárůst množství atmosférického CO2 je výsledkem lidských aktivit: hlavně spalování fosilních paliv, odlesňování a dalších změn ve využívání půdy jako je pálení biomasy, rostlinná výroba a přeměna pastvin na ornou půdu.[14] Průmyslová revoluce narušila přirozený koloběh uhlíku, protože do ovzduší začala dodávat velká množství oxidu uhličitého a dalších skleníkových plynů. Uhlík, který byl před mnoha miliony let uložen do rezervoárů fosilního uhlíku pod zem (a tím i mimo uhlíkový cyklus), se velmi rychle vrací do oběhu v emisích oxidu uhličitého. Zhruba dvě třetiny antropogenních emisí CO2 od roku 1750 pochází ze spalování fosilních paliv a zhruba 1/3 ze změn ve využití půdy. Asi 45 % tohoto dodatečného CO2 zůstalo v atmosféře, zatímco zbylých 55 % pohltily oceány a pozemská biosféra.[14]

Odhady radiačního působení pro rok 2011
Odhady radiačního forcingu (RF) pro rok 2011 v porovnání s rokem 1750 a agregované neurčitosti hlavních příčin klimatické změny. Hodnoty jsou globální průměry RP, rozdělené podle emitovaných sloučenin či procesů, jejichž výsledkem je kombinace příčin. Nejlepší odhady čistého RF jsou znázorněny jako černé kosočtverečky s odpovídající spolehlivostí; na pravé straně obrázku jsou uvedeny číselné hodnoty společně s úrovní spolehlivosti čistého forcingu

Od roku 1750 do roku 2015 vzrostly koncentrace i dalších přírodních skleníkových plynů: methanu ze 700 na 1800 ppb, oxidu dusného z 270 na 320 ppb a troposférického ozonu z 25 na 34 ppb.[17] Do ovzduší se dostaly i umělé látky – freony. Jejich koncentrace jsou sice ještě o několik řádů nižší, mají však silný relativní účinek.[18]

Podíl na globálních emisích CO2 mezi roky 1751–2012 podle různých regionů

Podle páté hodnotící zprávy IPCC byl celkový antropogenní radiační forcing za období 1750–2011 2,29 (1,33 až 3,33) Wm−2, konkrétně pak:[19]

  • radiační forcing přidaných skleníkových plynů byl 3,00 (2,22 až 3,78) W·m−2
    • nárůst CO2 způsobil radiační forcing 1,68 (1,33 až 2,03) W·m−2
    • nárůst methanu způsobil radiační forcing 0,97 (0,74 až 1,20) W·m−2
    • freony způsobily radiační forcing 0,18 (0,01 až 0,35) W·m−2;
  • radiační forcing antropogenních aerosolů v atmosféře, což zahrnuje i zvyšování odrazivosti a trvanlivosti oblačnosti, byl −0,9 (−1,9 až −0,1) W·m−2. Tento forcing je kombinací negativního forcingu aerosolů v kombinaci s pozitivním forcingem černého uhlíku. Je velmi pravděpodobné, že interakce aerosolů s mraky způsobily pokles celkového průměrného radiačního forcingu; vedou přitom k největším nejistotám v určení celkového forcingu;
  • forcing částic z vulkanické činnosti má velký vliv na klima v letech následujících po velkých erupcích. Během let 2008–2011 byl odhadován na −0,11 (−0,15 až −0,08) W·m−2;
  • forcing změn výkonu Slunce byl odhadován na 0,05 (0,00 až 0,10) W·m−2. Satelitní pozorování z let 1978 až 2011 ukázala, že poslední solární minimum bylo výraznější, než předchozí dvě, což znamená RF −0,04 (−0,08 až 0,00) W·m−2 při porovnání minim v roce 2008 a 1986.

Rozdíl oproti Earth Energy Imbalance

[editovat | editovat zdroj]

Kdyby radiační forcing byl např. 2 W/m2, neznamená to, že tolik energie by nyní Země nevracela do vesmíru. Tak by tomu bylo, jen kdyby zůstala stejně chladná jako před začátkem antropogenního oteplování. Jenže se oteplila a projevily se důsledky, zpětné vazby. První je, že povrch Země se vlivem přidaných skleníkových plynů již ohřál (už k roku 2018 o 1 K oproti období 1850–1900, viz obrázek figure SPM.1[20]), proto více sálá; to platí i pro troposféru. Současně se však zesílil skleníkový jev zpětnou vazbou, jíž je přibývání vodní páry. Teplejší ovzduší jí udrží více, roste jeho absolutní vlhkost, přičemž relativní vlhkost se v průměru nemění. A také ubylo ledu a sněhu, tedy kleslo albedo takových oblastí Země, to je další oteplující zpětná vazba klimatického systému.

Výsledná nerovnováha mezi pohlcovaným slunečním zářením a sáláním Země do vesmíru (radiační disbalance) tak ve výsledku činí již přes 1 W/m2.

Kvantitativně lze vyjádřit, že sálání do vesmíru by první zpětnou vazbou vzrostlo k roku 2008 o 3 W/m2, ovšem přírůstek vodní páry zesílil tepelněizolační schopnost troposféry, což spolu se snížením albeda vedlo naopak k oteplujícímu vlivu na úrovni 2 W/m2 (viz obrázek 4 ve zdroji).[21]

Odhad radiační disbalance pro období 2005–2014 byl 0,9 ± 0,3 W·m−2 [22]. Pro delší období, s oporou o ohromnou spoustu měření teplot v oceánech v programu Argo, činí 0,7 W·m−2 [23].

Odkazy

[editovat | editovat zdroj]

Reference

[editovat | editovat zdroj]
  1. ↑ Meteorologický slovník - výklad pojmů - F. slovnik.cmes.cz [online]. [cit. 2025-10-31]. Dostupné online.
  2. ↑ Re: Radiační forcing, prosba k terminologii. amper.ped.muni.cz [online]. [cit. 2025-10-31]. Dostupné online.
  3. ↑ Forster, P., V. Ramaswamy, P. Artaxo, T. Berntsen, R. Betts, D.W. Fahey, J. Haywood, J. Lean, D.C. Lowe, G. Myhre, J. Nganga, R. Prinn, G. Raga, M. Schulz and R. Van Dorland, 2007: Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. (Celá tato kapitola 2. dílu Fyzikální základy ze Čtvrté hodnotící zprávy IPCC je k dispozici i jako pdf, 8 MB)
  4. ↑ Glossary from the AR4 Synthesis Report, bilingual English and Czech (draft translation by Jiří Došek, hypertext formatting and text changes by Jan Hollan). amper.ped.muni.cz [online]. [cit. 2025-10-31]. Dostupné online.
  5. ↑ The underestimated cooling effect on the planet from historic fires. phys.org [online]. 2018-08-09 [cit. 2021-10-15]. Dostupné online. (anglicky)
  6. ↑ CARSLAW, K. S.; SPRACKLEN, D. V.; FOLBERTH, G. A. Reassessment of pre-industrial fire emissions strongly affects anthropogenic aerosol forcing. Nature Communications. 2018-08-09, roč. 9, čís. 1, s. 3182. Dostupné online [cit. 2019-07-25]. ISSN 2041-1723. doi:10.1038/s41467-018-05592-9. (anglicky)
  7. ↑ ZHANG, Bingqing; CHELLMAN, Nathan J.; KAPLAN, Jed O. Improved biomass burning emissions from 1750 to 2010 using ice core records and inverse modeling. Nature Communications. 2024-04-30, roč. 15, čís. 1, s. 3651. Dostupné online [cit. 2025-04-07]. ISSN 2041-1723. doi:10.1038/s41467-024-47864-7. (anglicky)
  8. ↑ Chapter 1 — Global Warming of 1.5 °C [online]. [cit. 2019-07-25]. Dostupné online.
  9. ↑ Glossary — Global Warming of 1.5 °C [online]. [cit. 2019-07-25]. Dostupné online.
  10. ↑ TEAM, GML Web. Trends in CO2 - NOAA Global Monitoring Laboratory. gml.noaa.gov [online]. [cit. 2025-10-31]. Dostupné online. doi:10.15138/9n0h-zh07. (anglicky)
  11. ↑ ZHONG, Wenyi; HAIGH, Joanna D. The greenhouse effect and carbon dioxide. S. 100–105. Weather [online]. 2013-04. Roč. 68, čís. 4, s. 100–105. Dostupné online. doi:10.1002/wea.2072. (anglicky)
  12. ↑ US DEPARTMENT OF COMMERCE, NOAA. NOAA/ESRL Global Monitoring Division - THE NOAA ANNUAL GREENHOUSE GAS INDEX (AGGI). www.esrl.noaa.gov [online]. [cit. 2020-01-19]. Dostupné online. (anglicky)
  13. ↑ RAMASWAMY, V.; COLLINS, W.; HAYWOOD, J. Radiative Forcing of Climate: The Historical Evolution of the Radiative Forcing Concept, the Forcing Agents and their Quantification, and Applications. Meteorological Monographs. 2018-01-01, roč. 59, s. 14.1–14.101. Dostupné online [cit. 2020-01-19]. ISSN 0065-9401. doi:10.1175/AMSMONOGRAPHS-D-19-0001.1.
  14. 1 2 3 4 IPCC AR4 WG1 2007, Technical Summary 2.1.
  15. ↑ TANS, Pieter; KEELING, Ralph. Trends in Atmospheric Carbon Dioxide [online]. NOAA, 2018-12-06 [cit. 2018-12-31]. Průměr za rok 2018 na stanici Mauna Loa na Havaji činil 408,02 ppm. Dostupné online. (anglicky)
  16. ↑ TEAM, GML Web. Trends in CO2 - NOAA Global Monitoring Laboratory. gml.noaa.gov [online]. [cit. 2025-10-31]. Dostupné online. (anglicky)
  17. ↑ BLASING, T.J. Recent Greenhouse Gas Concentrations. data.ess-dive.lbl.gov [online]. 2016-04-01 [cit. 2018-12-29]. Dostupné online. doi:10.3334/cdiac/atg.032.
  18. ↑ IPCC AR4 WG1 2007, Chapter 2.10.2, tabulka 2.14.
  19. ↑ IPCC AR5 WG1 2013, s. 14, Chapter C.
  20. ↑ Graphics — Global Warming of 1.5 ºC [online]. [cit. 2025-10-31]. Dostupné online.
  21. ↑ TRENBERTH, Kevin E. An imperative for climate change planning: tracking Earth's global energy. Current Opinion in Environmental Sustainability. 2009-10-01, roč. 1, čís. 1, s. 19–27. Dostupné online [cit. 2019-07-25]. ISSN 1877-3435. doi:10.1016/j.cosust.2009.06.001.
  22. ↑ TRENBERTH, Kevin E.; FASULLO, John T.; VON SCHUCKMANN, Karina. Insights into Earth’s Energy Imbalance from Multiple Sources. Journal of Climate. 2016-07-07, roč. 29, čís. 20, s. 7495–7505. Dostupné online [cit. 2019-07-25]. ISSN 0894-8755. doi:10.1175/JCLI-D-16-0339.1.
  23. ↑ CHENG, Lijing; ABRAHAM, John; ZHU, Jiang. Record-Setting Ocean Warmth Continued in 2019. Advances in Atmospheric Sciences. 2020-02-01, roč. 37, čís. 2, s. 137–142. Dostupné online [cit. 2020-04-16]. ISSN 1861-9533. doi:10.1007/s00376-020-9283-7. (anglicky)

Literatura

[editovat | editovat zdroj]
  • Glossary from the AR4 Synthesis Report, bilingual English and Czech/Glosář ze Čtvrté hodnotící zprávy, dílu Souhrnná zpráva. amper.ped.muni.cz [online]. Dostupné online. 

Související články

[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy

[editovat | editovat zdroj]
  • Adresář s českými překlady vybraných zásadních částí Čtvrté hodnotící zprávy IPCC (en:AR4).
Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Radiační_forcing&oldid=25545977“