Modelowanie klimatu — Nobel 2021

Co się właśnie stało?

W 2021 r. Nagrodę Nobla z fizyki przyznano m.in. Syukuro Manabe i Klausowi Hasselmannowi „za fizyczne modelowanie klimatu Ziemi, ilościowe ujęcie jego zmienności i wiarygodne przewidywanie globalnego ocieplenia" — po raz pierwszy uhonorowano naukę o klimacie tak wysoką nagrodą.

Sedno: efekt cieplarniany

Atmosfera przepuszcza krótkofalowe promieniowanie Słońca, które ogrzewa powierzchnię Ziemi. Ale gazy cieplarniane — dwutlenek węgla, para wodna, metan — pochłaniają i zawracają część długofalowego promieniowania podczerwonego, jakie Ziemia wypromieniowuje w kosmos. Działają jak koc ocieplający planetę.

Uproszczona zależność:

— przyrost temperatury powierzchni rośnie z logarytmem stężenia CO₂. Współczynnik $\lambda$ to czułość klimatu; $[\text{CO}_2]_0 = 280\ \text{ppm}$ to poziom przedprzemysłowy. Podwojenie CO₂ daje ocieplenie rzędu 2–3 °C.

Bilans energetyczny promieniowania:

W równowadze energia pochłonięta od Słońca równa się energii wypromieniowanej. Gazy cieplarniane obniżają skuteczną emisyjność $\varepsilon$ ku górze, więc równowaga ustala się przy wyższej temperaturze powierzchni $T$.

Modele, które przewidziały przyszłość

Już w latach 60. XX w. Manabe zbudował pierwsze fizyczne modele atmosfery, które ilościowo pokazały, że wzrost CO₂ podnosi temperaturę powierzchni. Hasselmann pokazał, jak odróżnić „szum" pogody od trwałego sygnału klimatycznego i przypisać ocieplenie działalności człowieka. Te modele — konstruowane dekady temu — trafnie przewidziały obserwowany dziś wzrost globalnej temperatury.

Po co Ci to na maturze:

To triumf fizyki stosowanej do geografii i przykład, jak modelowanie pozwala przewidywać przyszłość planety. Kotwica zadań: bilans radiacyjny i efekt cieplarniany łączą oba przedmioty — zapamiętaj, że ocieplenie rośnie z logarytmem stężenia CO₂.

Zapamiętaj: więcej gazów cieplarnianych → więcej zatrzymanego promieniowania podczerwonego → wyższa temperatura powierzchni. ΔT ≈ λ·ln([CO₂]/[CO₂]₀).