Επιδράσεις ακτινοβολίας υδρατμών στην Ισπανία
Το κλίμα είναι ένα εξαιρετικά περίπλοκο σύστημα στο οποίο όλα τα στοιχεία συνδέονται μεταξύ τους. Ανάμεσά τους, το νερό είναι υψίστης σημασίας. Το νερό εμφανίζεται στον πλανήτη μας ως ατμός, υγρό νερό και πάγος. Η αλλαγή φάσης και η μεταφορά υδρατμών επιτρέπει την ανακατανομή της ενέργειας στο κλιματικό σύστημα. Επιπλέον, οι υδρατμοί είναι το πιο ισχυρό και άφθονο αέριο θερμοκηπίου, αλλά δεν εμπλέκεται άμεσα στην υπερθέρμανση του πλανήτη, επειδή η συγκέντρωσή του ρυθμίζεται από τη θερμοκρασία και όχι από τις ανθρωπογενείς εκπομπές.
Οι εκπομπές υδρατμών οδηγούν σε συμπύκνωση και, ως εκ τούτου, έχουν πολύ μικρό χρόνο παραμονής. Το ίδιο θα συνέβαινε αν αφαιρούνταν οι υδρατμοί:το υγρό νερό θα εξατμιζόταν για να αναγεννηθεί η συγκέντρωση των υδρατμών. Σε κάθε περίπτωση, θεωρείται ότι οι υδρατμοί αποτελούν ανατροφοδότηση στο κλιματικό σύστημα:εάν η θερμοκρασία αυξάνεται, η ατμόσφαιρα μπορεί να δεχτεί περισσότερους υδρατμούς, γεγονός που ενισχύει την ακτινοβολία του ως αέριο θερμοκηπίου και επομένως αυξάνει ακόμη περισσότερο τη θερμοκρασία. Ως εκ τούτου, είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε σωστά τις ακτινοβολίες των υδρατμών προκειμένου να προβλέψουμε με ακρίβεια τις επιπτώσεις της υπερθέρμανσης του πλανήτη και τις ανθρωπογενείς εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.
Ένα αέριο θερμοκηπίου γενικά επιτρέπει σε ακτινοβολία βραχέων κυμάτων (ακτινοβολία που προέρχεται από τον Ήλιο με τη μορφή υπεριώδους, ορατού και κοντά στο υπέρυθρο φως) να εισέλθει στην ατμόσφαιρα, αλλά απορροφά και εκπέμπει ακτινοβολία μακρών κυμάτων (ακτινοβολία που προέρχεται από τη Γη επιφάνεια και ατμόσφαιρα) πίσω στην επιφάνεια. Με άλλα λόγια, επιτρέπει τη θέρμανση του κλιματικού συστήματος αλλά εμποδίζει την ψύξη του. Προκειμένου να μελετηθούν οι επιπτώσεις των υδρατμών στην ακτινοβολία βραχέων κυμάτων, οι Vaquero-Martínez et al. όρισε το φαινόμενο ακτινοβολίας υδρατμών (WVRE) ως τη στιγμιαία καθαρή μεταβολή της ακτινοβολίας εάν εξαφανιστούν όλοι οι υδρατμοί στην ατμόσφαιρα. Αναλύθηκε τόσο στην επιφάνεια όσο και στην κορυφή της ατμόσφαιρας.
Μεθοδολογία
Για την εκτίμηση των ροών ακτινοβολίας χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο μεταφοράς ακτινοβολίας SBDART. Αυτό είναι ένα πρόγραμμα που επιτρέπει την προσομοίωση της συμπεριφοράς της ακτινοβολίας σε όλη την ατμόσφαιρα. Για να εκτελεστεί ο κώδικας, απαιτείται κάποια παράμετρος ως είσοδος, μερικές σχετίζονται με γεωμετρικές ιδιότητες (όπως η ηλιακή γωνία ζενίθ, SZA ή η απόσταση μεταξύ της Γης και του Ήλιου), άλλες αφορούν τη σύνθεση της ατμόσφαιρας (συγκέντρωση αερίων όπως το όζον, οι υδρατμοί και ούτω καθεξής). Οι ισπανικοί σταθμοί (βλ. Εικόνα 1) χρησιμοποιήθηκαν για την ανάκτηση δεδομένων υδρατμών από μετρήσεις GPS και άλλες πληροφορίες ελήφθησαν από την επανανάλυση ERA-Interim. Το μοντέλο εκτελέστηκε δύο φορές, ένα με την πραγματική κατάσταση της ατμόσφαιρας και ένα άλλο ρυθμίζοντας τους υδρατμούς στο 0 (ξηρή ατμόσφαιρα). Στη συνέχεια, το WVRE υπολογίστηκε ως η διαφορά μεταξύ της καθαρής ακτινοβολίας και στις δύο περιπτώσεις. Καθαρή ροή για «πραγματική ατμόσφαιρα» μείον καθαρή ροή για «ξηρή ατμόσφαιρα».
Εφέ στην επιφάνεια
Στην επιφάνεια, βρέθηκε μια εμπειρική σχέση (βλ. Εικόνα 2) μεταξύ των επιδράσεων των υδρατμών και της συγκέντρωσης υδρατμών (ή υδρατμών ενσωματωμένου στη στήλη, IWV) και SZA.
όπου μ = cos SZA, a = (63 ± 1) Wm, b = 0,2661 ± 0,0003 και c = 0,7679 ± 0,0003. Για παράδειγμα, για SZA =60º τα φαινόμενα ήταν μεταξύ -100 (IWV = 39,8 mm) και −38,7 Wm (IWV = 1,4 mm). Αυτό επισημαίνει την υψηλή ακτινοβολία των υδρατμών σε σύγκριση με προηγούμενες μελέτες που αναφέρουν τιμές νεφών και αερολυμάτων μεταξύ -50 και -19 Wm και −69 Wm για τη συνδυασμένη επίδραση τόσο των νεφών όσο και των αερολυμάτων. Πρέπει να σημειωθεί ότι ενώ η ατμόσφαιρα δεν μπορεί να έχει σύννεφα ή (σχεδόν) αερολύματα, δεν υπάρχουν περιπτώσεις που δεν έχει υδρατμούς, αλλά αυτό εξακολουθεί να δείχνει την υψηλή επίδραση των υδρατμών στην ατμοσφαιρική ακτινοβολία. Επιπλέον, ο συντελεστής b ερμηνεύεται ως η αναλογία μεταξύ των σχετικών αλλαγών στο WVRE και των σχετικών αλλαγών στο IWV, δηλαδή, μια αλλαγή 1% στο IWV θα προκαλούσε αλλαγή b% (≃ 0,27 % στο WVRE. Αυτό είναι παρόμοιο με τον Συντελεστή Ενίσχυσης Ακτινοβολίας (RAF) που χρησιμοποιείται ως μέτρο της ευαισθησίας της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας στις αλλαγές της ολικής στήλης του όζοντος (McKenzie et al. 1991).
Τιμή θέρμανσης
Υπολογίστηκαν επίσης οι ρυθμοί θέρμανσης λόγω υδρατμών. Ο ρυθμός θέρμανσης είναι ένα μέγεθος που εκφράζει την αύξηση της θερμοκρασίας που υφίσταται η ατμόσφαιρα λόγω της απορρόφησης ακτινοβολίας ανά μονάδα χρόνου. Δεδομένου ότι οι υδρατμοί έχουν ζώνες απορρόφησης σε βραχέα κύμα, οι ρυθμοί θέρμανσης ήταν θετικοί, μεταξύ 0,2 και 1,5 Kday. Στο Σχήμα 3, οι ρυθμοί θέρμανσης έδειξαν τόσο έναν εποχιακό όσο και έναν ημερήσιο κύκλο. Τις κεντρικές ώρες της ημέρας, οι ρυθμοί θέρμανσης είναι μεγαλύτεροι από ό,τι την αυγή ή το ηλιοβασίλεμα, και οι επιπτώσεις το καλοκαίρι είναι ισχυρότερες από ό,τι το χειμώνα. Αυτό σχετίζεται με την παρουσία περισσότερης/λιγότερης ηλιακής ακτινοβολίας και με το γεγονός ότι σε υψηλότερες θερμοκρασίες το IWV είναι μεγαλύτερο.
Εφέ στην κορυφή της ατμόσφαιρας
Υπολογίστηκαν επίσης τα φαινόμενα στην κορυφή της ατμόσφαιρας. Ακολουθούν παρόμοια εμπειρική σχέση (βλ. Εικόνα 4), αλλά σε αυτήν την περίπτωση, το albedo (το κλάσμα της ακτινοβολίας που ανακλάται στην επιφάνεια) συμπεριλήφθηκε επίσης στην έκφραση:
όπου α είναι το albedo, aTOP = (96±1) Wm, bTOP = 0,2264 ± 0,0003, cTOP = 0,8785 ± 0,0003 και dTOP = 0,933 ± 0,002. Για παράδειγμα, το SZA =60º το αποτέλεσμα στο TOA ήταν μεταξύ 11,3 (IWV= 1,4 mm) και 22,3 Wm (IWV = 39,8 mm). Έτσι το αποτέλεσμα είναι πιο αδύναμο στο TOA.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Επιδράσεις ακτινοβολίας υδρατμών στην ακτινοβολία βραχέων κυμάτων στην Ισπανία, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Atmospheric Research . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Javier Vaquero-Martínez και Manuel Antón από το Universidad de Extremadura, José Pablo Ortiz de Galisteo και Victoria E. Cachorro από το Universidad de Valladolid και Roberto Román από το Πανεπιστήμιο της Granada
.
