7.01. Efekt cieplarniany-wprowadzenie
7.02. Widmo promieniowania docierajÄ…cego do powierzchni Ziemi i emitowanego z powierzchni Ziemi
7.03. Temperatura efektywna Ziemi
7.04. Termiczny efekt istnienia atmosfery = efekt cieplarniany
7.05. Dynamika zmian składu chemicznego atmosfery ziemskiej
7.06. Wymuszenie radiacyjne  roczny indeks gazów cieplarnianych
7.07. Globalne zmiany temperatury przy powierzchni Ziemi
7.08. Zmiany temperatury w różnych regionach świata w 2007 roku względem średniej 30. letniej za lata 1951-1980
7.09. Zmiana profilu temperatury w atmosferze ziemskiej
7.10. Czynniki wpływające na zmianę globalnej temperatury na Ziemi
7.11. Czynniki wpływające na zmianę globalnej temperatury  gazy cieplarniane
7.12. Czynniki wpływające na zmianę globalnej temperatury  wulkany, aerozole kwasu siarkowego
7.13. Czynniki wpływające na zmianę globalnej temperatury - aktywność Słońca
7.14. Wzrost zawartości CO2 w atmosferze i aktywność Słońca a zmiany średniej temperatury
7.15. Oceany jako regulator klimatu ziemskiego
7.16. Cyrkulacja wód oceanu światowego
7.17. Zakłócenia pionowej wymiany wód oceanu światowego
7.18. Trendy klimatyczne (1)
7.19. Trendy klimatyczne (2)
7.20. Prognozy na II poł. XXI wieku
7.21. Modele klimatyczne
7.22. Temperatura w perspektywie schyłku XXI wieku  różne modele klimatyczne
7.23. Prognozy na II poł. XXI wieku
1
Rozbuchany efekt cieplarniany uczynił z Wenus
prawdziwe piekło (460 0C). Planeta Wenus - bardzo
podobna do Ziemi po względem rozmiarów i masy
Åšwiat Nauki czerwiec 2006
różni się bardzo istotnie składem chemicznym
atmosfery (96,5 % CO2).
Hipoteza
Intensywne wysokoenergetyczne promieniowanie UV prowadziło do fotodysocjacji pary wodnej. Lekki wodór
uchodził w przestrzeń kosmiczną a cząsteczkowy tlen wchodził w reakcje z węglem tworząc dwutlenek węgla.
Mechanizm ten ma charakter samonapędzający  wzrost temperatury  intensyfikacja procesów parowania 
wzrost zawartości dwutlenku węgla.
2
2
3
3
Z termodynamicznego punktu widzenia Ziemię jako planetę można traktować jako układ zamknięty, tzn. taki,
który nie wymienia z otoczeniem masy ale wymienia energię. Transport energii odbywa się poprzez
promieniowanie, przewodnictwo i konwekcjÄ™.
Rozkład długości fal promieniowania docierającego do
powierzchni Ziemi (biała strzałka) i emitowanego z
powierzchni Ziemi (czarna strzałka): białe pole-
promieniowanie przechodzÄ…ce przez atmosferÄ™ od 0 do
100 %, czarne pola  promieniowanie pochłonięte,
Natężenie promieniowania słonecznego w
białe trójkąty  zakresy nieprzezroczyste ze względu
różnych zakresach fal, docierającego do
na obecność w atmosferze określonych gazów) (wg
zewnętrznych warstw atmosfery Ziemi, po
Gatesa, 1980,1985)
przejściu przez atmosferę i przenikającego przez
4
4
chmury (wg Gatesa, 1980)
Sa =ð Ez wyznaczyć można
Z warunku
temperaturÄ™ efektywnÄ… Ziemi Te
Ilość wypromieniowanej z powierzchni Ziemi
Stała słoneczna S0- strumień energii
energii równoważącej insolację określa prawo
promieniowania słonecznego padającego
Stefana  Boltzmanna
prostopadle na jednostkÄ™ powierzchni
4
znajdującą się w średniej odległości od
Ez =ð sð dð Te
Słońca
sð- staÅ‚a Stefana Boltzmanna,
(różne z
ródła: 1353, 1366, 1380 W/m2)
56,679 10-9 W/(m2 K4)
Albedo A  stosunek ilości promieniowania
dð- wzglÄ™dna zdolność emisyjna
odbitego i rozproszonego do ilości
( stopieÅ„ czerni ciaÅ‚a), dla Ziemi dð = 0,95
promieniowania padajÄ…cego
wg K.Kożuchowski,R,Przybylak:Efekt cieplarniany,
Wyd.Wiedza Powszechna, Warszawa 1995
(różne z
ródła: 0,28; 0,32; 0,385)
SO = 1353 W/m2, A = 0,28 czyli SA =243 W/m2
Insolacja SA  całkowita ilość energii
słonecznej zaabsorbowanej przez
Sa
powierzchniÄ™ Ziemi w jednostce czasu
4
Te =ð =ð 255,9 K
dð sð
pðR2 S0
Sa =ð (ð1-ð A)ð S0 =ð (ð1-ð A)ð
4
4pðR2
gdzie R  promień Ziemi
5
5
temperatura efektywna Ziemi
Temperatury efektywne Wenus, Ziemi i Marsa
te = - 17,3 0C
średnia temperatura powierzchni Ziemi w II
poł.XX w.
tz @ð 15 0C
różnica pomiędzy temperaturą
obserwowanÄ… a temperaturÄ… efektywnÄ… jest
miarÄ… termicznego efektu istnienia
atmosfery, czyli efektu cieplarnianego
tz - te @ð 32 deg
planeta Wenus Ziemia Mars
Podane
odległość od Słońca, mln km 108 150 228
w tabeli wartości
stała słoneczna, W/m2 2660 1365 595 mają charakter
szacunkowy
albedo 0,65 0,35 0,15
temperatura obserwowana, 0C + 460 + 15 - 40
efekt termiczny, deg ~ 500 ~ 30 ~ 10
6
6
Termiczny wymiar efektu Czas pobytu w
cieplarnianego (1985 r.) atmosferze w
latach
Para wodna 20,6 deg
Dwutlenek węgla 7,6 deg 150
Metan 0,8 deg 10
Podtlenek azotu 1,4 deg 150
Freon 11 i 12 <0,8 deg 65-130
×ð Zmiana koncentracji gazów cieplarnianych w
atmosferze (ppmv  części na milion, ppmb- części na
miliard, pptb-części na bilion) oraz wymuszenie radiacyjne
w W/m2 dotyczÄ…ce okresu industrialnego
W okresie 200 lat koncentracja poszczególnych gazów
wzrosła odpowiednio:
CO2 o 32 % (0,16 % rocznie)
CH4 o 135 % (0,675 % rocznie),
N2O o 1,5 % (0,0075 % rocznie)
A
Ä…czne wymuszenie radiacyjne  ok. 2,2 W/m2
7
7
y
ródło:Australian Government -Bureau of Meteorology
7.07. Wymuszenie radiacyjne  roczny indeks gazów
cieplarnianych
wymuszenie radiacyjne w latach 1979-2007
Absorbowane długości IR, nm
H2O, CO2, CH4 <8 000, > 12 000
8 000  12 000
N2O, freony,
ozon
troposferyczny
y
ródło:Australian Government -Bureau of Meteorology
8
7.08. Globalne zmiany temperatury przy
powierzchni Ziemi
Zmiany globalnej temperatury od 1900 do 2004
roku
(czarna linia - średnia roczna, czerwona linia - średnia 11-
letnia, kolor szary - obszar niepewności)
y
ródło:Australian Government -Bureau of Meteorology
9
y
ródło: Earth Observatory
" temperatura Ziemi rośnie
" wzrost temperatury nie jest równomierny
" temperatura nad lądami zmieniła się znacząco, a nad oceanami nieznacznie
" wzrost temperatury nie jest równomierny: największy wzrost temperatury obserwuje się w
Arktyce i w Azji, większy wzrost temperatury zanotowano na półkuli północnej
10
7.10. Zmiana profilu temperatury w atmosferze
ziemskiej
stratosfera
troposfera
Wzrost temperatury w troposferze, obniżenie temperatury w stratosferze
TO  temperatura efektywna, TS  temperatura na powierzchni lądów i oceanów dla okresu
przedindustrialnego, TG - temperatura na powierzchni lądów i oceanów wywołana
antropogeniczną emisją gazów cieplarnianych
y
ródło:Australian Government -Bureau of Meteorology
11
troposferyczny
aerozole kwasu siarkowego
12
zmiany temperatury w stosunku do średniej
z lat 1961-1990
13
7.13. Czynniki wpływające na zmianę globalnej
temperatury  wulkany, aerozole kwasu
siarkowego
Wpływ erupcji wulkanów:
" rozpraszanie (aerozole kwasu
siarkowego),
" pochłanianie (pyły wulkaniczne)
promieniowania docierajÄ…cego do
powierzchni Ziemi Þð
Üð WpÅ‚yw aerozoli kwasu
siarkowego  rozpraszanie
promieniowania docierajÄ…cego do
powierzchni Ziemi
14
7.14. Czynniki wpływające na zmianę globalnej
temperatury - aktywność Słońca
Wyraz
nie widoczny
11-letni cykl wzrostu aktywności
Słońca mierzony liczbą plam na
Słońcu
z
ródło: www.globalwarmingart.com
Wykres aktywności słonecznej 
natężenie promieniowania
słonecznego w W/m2
z
ródło: www.globalwarmingart.com
15
7.15. Wzrost zawartości CO2 w atmosferze i
aktywność Słońca a zmiany średniej temperatury
przy powierzchni ziemi
Wzrost temperatury do końca lat 50. XX wieku można wyjaśnić wzrostem aktywności Słońca.
Jednak od tego czasu jego aktywność maleje, a temperatura mimo to coraz szybciej wzrasta.
Korelacja pomiędzy aktywnością słoneczną a temperaturą Ziemi zanikła w latach 60. XX wieku.
z
ródło: www.globalwarmingart.com
16
Wody oceanu światowego pochłaniają 60 % atmosferycznego CO2 i w procesie cyrkulacji
termoklinowej transportują go w kierunku dna, gdzie m.in. zostaje związany w różnych
zwiÄ…zkach chemicznych.
Termoklina  granica, poniżej
której temperatura wody
gwałtownie maleje wraz z
głębokością, od 100 do 1000 m
poniżej poziomu morza)
Żółte/czerwone obszary
to miejsca, gdzie ciepły
ocean pozbywa siÄ™ CO2,
a niebieskie/zielone to
miejsca, gdzie zimny
ocean pochłania CO2.
17
18
19
Pokrywa lodowa w Arktyce
jest najmniejsza od 1450 lat 
wynika z najnowszej pracy
kanadyjskich specjalistów,
opublikowanej w
prestiżowym czasopiśmie
Nature
(inf. listopad 2011).
Zasięg pokrywy lodowej na północnej półkuli był mniejszy niż obecnie w okresie między
6000 a 8000 lat temu. Wówczas jednak, ze względu na zmiany w orbicie Ziemi,
północna część naszego globu absorbowała więcej promieniowania słonecznego niż
obecnie i była cieplejsza. Obecne przyczyny  wzrost temperatury powietrza ale także
20
wód.
Obszar topiÄ…cej siÄ™ powierzchni lodu w
Grenlandii
Zmiana w masie pokrywy lodowej Grenlandii
w latach 2003-2008
wyniki na podstawie satelitarnej obserwacji
temperatury powierzchni
Oszacowanie na podstawie pomiarów
satelitarnych zmian pola grawitacyjnego.
mapki  1992 i 2007
Punkt zaznaczony strzałką to największe
letnie roztopy w roku 2007.
21
wzrost o 30 % w ciÄ…gu 30 lat
Zmiany średniej globalnej wartości temperatury
Zmiany w poziomie wód oceanicznych w latach
powietrza (dopasowanie na podstawie 11 lat)
1970-2008
względem roku 1990
w odniesieniu do poziomu w roku 1990
Niebieska linia pokazuje dane z Hadley Center
(UK Meteorological Office); czerwona linia to
(ostatnie lata  czujniki satelitarne)
dane z GISS (NASA Goddard Institute for Space
Dla porównania są pokazane przewidywania
Studies, USA). Przerywane linie stanowiÄ…
IPCC (przerywane linie) dla poszczególnych
prognozy z IPCC Third Assessment Report z
scenariuszy (szary obszar to zakres
modyfikacją oznaczonych niepewności wokół
niepewności tych przewidywań).
odpowiednich scenariuszy (dane z 2007 i
22
2008,Rahmstorf, S.).
Przewidywania zmian temperatury do lat 2070-2100 względem średniej z lat 1960-1990.
y
ródło: Global Warming Predictions Map
23
24
"Zmiany klimatu wywołane
przez obecne pokolenie
bezpośrednio wpłyną na
życie następnych pokoleń.
W rzeczywistości,
temperatura planety prawie
wcale nie spadnie jeszcze w
tysiÄ…c lat po tym, jak nasze
emisje spadnÄ… do zera".
raport AR 4.5 SR "Synthesis Report,
Climate Change: Global Risks,
Challenges & Decisions",
będący aktualizacją IV raportu IPCC
25
"Zmiany klimatu wywołane przez obecne pokolenie
bezpośrednio wpłyną na życie następnych pokoleń.
W rzeczywistości, temperatura planety prawie wcale nie
spadnie jeszcze w tysiÄ…c lat po tym, jak nasze emisje spadnÄ… do
zera".
raport AR 4.5 SR "Synthesis Report, Climate Change: Global Risks, Challenges & Decisions",
będący aktualizacją IV raportu IPCC
26