Globální změny klimatu a trvale udržitelný rozvojkfrserver.natur.cuni.cz/gztu/download/pdf/2012/P68_4.pdfZm ě na koncentrace CO2 (ppm) za rok-0,0010-0,0005 0,0000 0,0005 0,0010
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Globální změny klimatuGlobální změny klimatu
aa
trvale udržitelný rozvojtrvale udržitelný rozvoj4. Planeta Země jako skleník? 4. Planeta Země jako skleník?
Seinfeld: Insights on global warming. AIChE Journal December 2011 Vol. 57, No. 12,
3259
Earth’s energy balance.3 Incoming and outgoing energy fluxes from Earth on an annual-average basis.The greenhouse effect refers to the absorption and reradiation of energy by atmospheric gases, resulting in a downward flux of infraredradiation from the atmosphere to the surface. At equilibrium, the total rate at which energy leaves the Earth (102 W m2 of reflected sunlight plus 239 W m2 of infrared radiation) is equal to 341 W m 2 of incident sunlight.
[Color figure can be viewed in the online issue,which is available at wileyonlinelibrary.com.]
Seinfeld: Insights on global warming. AIChE Journal December 2011 Vol. 57, No. 12,
3259
Pro 288K (15 oC) IR emise =396 Wm-2
Vzhledem k absorpci skleníkovými plyny jsou
emise na horním okraji atmosféry = 239 Wm-2
Srovnejme:
Energie uvolněná lidstvem při využívání zdrojů = 0,025 Wm-2
Termální energie z nitra Země = 0,087 Wm-2
Seinfeld: Insights on global warming. AIChE Journal December 2011 Vol. 57, No. 12,
3259
IR Země do Vesmíru je emitováno z výšek s teplotou cca -19 oC.
Proto jsou IR emise z povrchu Země (15 oC) vyšší –
část je pohlcena a emitována i zpět skleníkovými plyny.
IR reemitovaná skleníkovými plyny
zpět na povrch Země
pochází hlavně z troposféry.
Seinfeld: Insights on global warming. AIChE Journal December 2011 Vol. 57, No. 12,
3259
Zdvojnásobení preindustriální koncentrace CO2 (2xCO2)
odpovídá radiačnímu působení 3,7 W m-2 a změně teploty 1,2 oC.
Neboli:
Uvedená změna teploty povrchu Země v důsledku uvedeného radiačního působení
odpovídá klimatické citlivosti 0,32 oC W-1m2 .
Změna teploty povrchu Země je větší než výše uvedená, protože působí
zpětné vazby:
Např.
Zvýšení konc. CO2 více vodní páry ve vzduchu
tání ledovců větší absorpce slunečního záření pevninami i oceány.
Ale: Změna obsahu vodní páry ve vzduchu
změna oblačnosti, srážek (rychlá kondensace, evaporace).
Tedy rychlé změny!
Vodní pára se podílí více než 50% na skleníkovém efektu Země.
Ale: Rozhodující je konc. CO2:
Atmosféra bez CO2 ochlazení vzduchu vysrážení vodní páry
další ochlazení až k zalednění.
Seinfeld: Insights on global warming. AIChE Journal December 2011 Vol. 57, No. 12,
3259
Příspěvek nekondensujících skleníkových plynů
je asi 25 % na skleníkovém efektu.
To umožňuje dalších 75% díky
rychlým zpětným vazbám vodní páry a mraků.
Přítomnost nekondensujících a
dostatečně dlouho pobývajících
skleníkových plynů v atmosféře
je základ klimatu Země.
Lubomír Nátr 2009
Souhrnný účinek všech skleníkových plynů nebo také relativní účinky jednotlivých plynů.
Proto bylo třeba stanovit nějakou vlastnost, která by byla srovnatelnou mírouúčinnosti jednotlivých skleníkových plynů a jejich podílu na celkovém skleníkovém efektu
Tou mírou je často
radiační účinek,
který vyjadřujetakovou změnu radiační bilance na rozhraní zemského povrchu a troposféry,která je vyvolána například změnou obsahu některého skleníkového plynu v atmosféře či změnou množství odraženého záření (albedo) od zemského povrchu s daným pokryvem
Stručná definice to vyjadřuje jako
„změnu či narušení (v jednotkách W m-2) energetické bilance planety
změnou mechanismu podílejícího se na utváření klimatu“.
Existují i jiné, přesnější definice. Vzhledem k tomu, že se jedná o jeden ze základních pojmů při posuzování změny teploty skleníkovým efektem, podrobnější vyjádření převzaté ze Zprávy mezivládního panelu pro změny klimatu (volně přeloženo):
„Radiační účinek systému tvořeného povrchem Země a troposférou a vyvolaný
například změnou koncentrace skleníkového plynu je změna neto radiace (ve W m-2)
v tropopause poté,
co se při nezměněných podmínkách teploty na povrchu Země a v troposféře
ustaví stálá teplota ve stratosféře odpovídající změně v radiační rovnováze.“
Lubomír Nátr 2009
ppm CO 2
0 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Wm
-2
0
2
4
6
8
10
ppm CH 4
Wm
-2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
ppm N 2O
Wm
-2
0,0
0,1
0,2
0,3
Vztaženo ke koncentraci 280 ppm CO 2
Vztaženo ke koncentraci 0,7 ppm CH 4
Vztaženo ke koncentraci 0,26 ppm N 2O
1,0 1,5 2,0 2,50
0 0,275 0,300 0,325 0,350
Radiační účinek zvýšené koncentrace
oxidu uhličitého (CO2),
metanu (CH4) a
oxidu dusného (N2O).
Vyjadřuje zvýšení absorpce dlouhovlnného
infračerveného záření emitovaného povrchem
Země při zvýšení koncentrace
na uvedenou hodnotu.
Tento účinek je uveden jako zvýšení vzhledem
k absorpci záření při určité základní koncentraci,
která je u všech tří plynů uvedena v příslušném grafu.
Pozor na rozdílné hodnoty stupnic os v grafech!
Sestaveno podle vztahů uvedených Hansenem et al. (2000).
Lubomír Nátr 2009
Změny radiačního účinku vedou ke změnám teploty na povrchu Země.Kirschbaum (2003) vyjadřuje velikost této změny hodnotou
0,5 K m2 W-1. To znamená, že
zvýšení radiačního účinku o 1 W m-2
zvýší teplotu povrchu o 0,5 oC.
Teplotní účinek zvýšeného radiačního účinku se v atmosféře a na povrchu Země zpožďuje o několik měsíců,
zatímco pro velké hloubky oceánů činí toto zpoždění desítky až stovky roků.
Lubomír Nátr 2008
Koncentrace CO2 (ppm)
250 300 350 400 450 500 550 600 650
Zvý
šení
tepl
oty
(∆Τ,
0 C)
0
1
2
3
4
5
6
s=3,0s=4,5s=4,5
∆∆∆∆T = T - T0
T = T0 + s/ln(2) . ln(C/C 0)
SCHEFFER2006Zvýšení průměrné teploty na Zemi zvyšující se koncentrací oxidu uhličitého v atmosféře. Zvýšení je vztaženo k teplotě 15 0C předpokládané při preindustriální koncentraci CO2 (C0=280 ppm). Hodnota s vyjadřuje různou míru vlivu koncentrace CO2 na teplotu a obvyklese předpokládá hodnota mezi 1,5 a 4,5. Graf sestrojen podle uvedeného vztahu, který odvodil Budyko (1982). a použili Scheffer et al. (2006).
Lubomír Nátr 2009
Jinou takovou mírou je
globální tepelný potenciál,
který vyjadřuje integrované radiační účinky vyvolané změnami obsahu radiačně
aktivních látek po dané časové období.
Jeho předností je to,
že bere v úvahu i dobu, po kterou je daný plyn v atmosféře
Doba výskytu jednotlivých skleníkových plynů v atmosféře, počítáno od doby jejich vstupu do ní, je velmi rozdílná v rozmezí 1 rok až 50000 roků.
A právě globální teplotní potenciál bere v úvahu i tuto rozdílnou dobu působení příslušných plynů.
„ekvivalent CO2".Ten vyjadřuje
globální tepelný potenciál kteréhokoliv skleníkového plynu množstvím či koncentrací CO2 ,
které by po stejný časový horizont vykazovaly stejné radiační působení.
Hodnoty globálního teplotního potenciálu (GTP)a radiačního účinku (RU) vztažené na hmotnostní nebo molekulovou jednotku zvýšení atmosférické koncentrace příslušného skleníkového plynu vyjádřené ve vztahu k CO2(Fuglestvedt et al. 2003, upraveno).
P r o d u k c e C O 2 ( t u n y ) n a 1 o b y v a t e le
0 1 0 2 0 3 0
K o n ž s k á r e p .E t io p ie
M o s a m b ikT a n z a n ieM y a n m a r
N e p a lE r it r e a
K a m e r u nZ a m b ie
H a it iS u d a n
T o g oB a n g l a d é š
B e n inK o n g o
K e ň aG h a n a
P . s lo n o v i n yN ig e r ie
S e n e g a lA n g o laJ e m e n
P a r a g u a yS r í L a n k a
V ie tn a mP a k is t á n
G r u z ieN ik a r a g u eH o n d u r a sK y r g y s t á n
T a d ž i k is t á nQ u a te m a la
S a l v a d o rF il ip i n y
P e r uZ im b a b v e
B o li v ieIn d ie
A l b á n ieM a r o k o
A r m é n ieC o s t a R ic a
N a m ib ieK o lu m b ie
G a b o nIn d o n é s ie
U r u q u a yE c u a d o r
M o l o d a v ieP a n a m a
E g y p tB r a z il ie
T u n isD o m in i k . r e p .
A l ž í rČ í n a
T h a j s k oT u r e c k o
K u b aJ o r d á n s k o
C h i leL o ty š s k o
S ý r ieA r g e n t i n a
S e v . K o r e aA z e r b a jd ž a n
I r a kL i t v a
L i b a n o nM e x ik o
J a m a ik aB o s n a H e r c .
R u m u n s k oM a k e d o n ieC h o r v a t s k o
S r b s k o Č . H o r aJ u g o s lá v ie
M a l a i s ieU z b e k is t á n
I r a nV e n e z u e la
M a l taŠ v é d s k o
M a ď a r s k oB u l h a r s k o
H o n g K o n gě l o r u s k o
P o r tu g a ls k oŠ v ý c a r s k o
U k r a ji n aF r a n c ie
T u r k m e n is t á nŠ p a n ě ls k o
J i ž n í A f r ik aIs l a n d
S l o v e n s k oI ta l ie
L i b y eP o ls k o
S l o v i n s k oK a z a c h s t á n
K y p rR a k o u s k o
Ř e c k oN o r s k o
N o v ý Z é l a n dJ a p o n s k o
V e l k á B r i t á n ieK o r e a
D á n s k oO m a n
T a iw a nIz r a e l
ě m e c k oE s to n s k o
R u s k oN i z o z e m íS in g a p u r
I r s k oČ e s k oF i n s k oB e l g ie
T r i n i d a dS a u d . A r a b ie
B r u n e iA n t i ly
G i b r a l ta rK a n a d a
A u s t r á l ieL u c e m b u r s k o
U S AB a h r a in
A r a b .E m ir .K u v a i t
K a ta r
C e l o s v ě t o v ý p r ů m ě r
P o d p r ů m ě r n á p r o d u k c e C O 2 7 5 % o b y v a t e l ( 7 2 z e m í s v ě t a )
N a d p r ů m ě r n á p r o d u k c e C O 2 2 5 % o b y v a t e l ( 6 3 z e m í s v ě t a )
Lubomír Nátr 2009
Lubomír Nátr 2009
Rok
1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
HD
P (
1012
US
dol
arů
)
0
10
20
30
40
Svě
tová
spo
třba
ene
rgie
(G
Toe
)
0
2
4
6
8
10
HDPEnergie
Světová spotřeba energie (GToe)
0 2 4 6 8
HD
P (
1012
US
dol
arů
)
0
10
20
30
40
GDPenergieJeanBaptiste.JNBSvětový hrubý domácí produkt (HDP, 1012 US dolarů roku 1990) jako vyjádření hospodářské výkonnosti světové ekonomiky a světová spotřeba energie vtunách ekvivalentu ropy (GToe) od roku 1850 do roku 2000.Vložený graf: Závislost světového hrubého domácího produktu (HDP) na světové spotřebě energie. Křivka ilustruje kvadratickou regresiy=y0+a.x+b.x2, kde y0=1,75, a=-0,235, b=0,444, r2=0,994.Údaje různých zdrojů laskavě poskytl Dr. Jean -Baptiste (vizJean-Baptiste a Ducroux, 2003).
HDP/obyvatel
0 10 20 30 40 50
t CO
2/ob
yvat
el
0,01
0,1
1
10
100
2D Graph 1
HDP/obyvatel0 2 4 6 8 10
t CO
2/ob
yvat
el
0,1
1
10
Životní úroveň Životní úroveň Životní úroveň ––– ekonomická vyspělostekonomická vyspělostekonomická vyspělost--- produkce COprodukce COprodukce CO222
Lubomír Nátr 2009
Lubomír Nátr 2009
Rok
1970 1980 1990 2000 2010 2020
g C
(kW
hod)
-1
0
140
160
180
200
Pokles produkce CO2 vztažený na jednotku vyprodukované energie
Lubomír Nátr 2009
Produkce CO2 lidskou populací
Dechová frekvence 20 minuta-1
Objem vydechnutého vzduchu 15 mL kg-1 hmotnost člověka
Obsah CO2 ve výdechu 4 %
Průměrná hmotnost 70 kg osoba-1
Počet obyvatel 6,5 . 109
Roční produkce . 109 t C rok-1
Lidstvo 1,55
Skot 2,88
Ovce 0,29
Prasata 0,818
Kozy 0,128
Celkem 5,79
Bennewitz, 2009
Lubomír Nátr 2009
Metan je hlavní složkou
(1)(1)zemního plynuzemního plynu,
který se stále větší měrou podílí na zajištění energie