Calculator: Zo wordt het klimaat van de toekomst

T = (2*S*(1-α)/(σ*(2-ε)))^(1/4)

Het model is extreem versimpeld. Het berekent de oppervlaktetemperatuur van de aarde, T, gemeten in Kelvin (je kunt het omrekenen naar Celsius door er 273,15 af te trekken).

Maar het model neemt aan dat de aarde een egale grijze bol met een simpele, gelijkmatige atmosfeer is – het houdt dus geen rekening met wind, verdamping en temperatuurverschillen op diverse plekken op aarde.>

In het model valt een bepaalde hoeveelheid zonne-energie, S, op het aardoppervlak, en een deel van die energie wordt direct teruggekaatst naar de ruimte. Hoeveel zonne-energie er weer verdwijnt, wordt bepaald door de zogeheten albedowaarde, α.

De rest van het zonlicht draagt bij aan de opwarming van de aarde, die daardoor constant warmte uitstraalt. De hoeveelheid warmtestraling kan berekend worden aan de hand van de constante van Stefan-Boltzmann, σ.

Een deel van de warmte van het aardoppervlak wordt geabsorbeerd door de atmosfeer, en de rest vervliegt in de ruimte. Hoeveel warmte de atmosfeer opvangt, wordt bepaald door de zogeheten emissiviteit van de atmosfeer, ε.

De atmosfeer staat daarna de geabsorbeerde warmte weer af. De helft gaat naar de ruimte, de andere helft gaat terug naar de aarde en draagt bij aan de opwarming van de planeet.

Je kunt wat met het model spelen en berekenen wat de temperatuur op aarde zou zijn als we geen atmosfeer hadden.

Voor S, α en σ hebben we de normale waarden al ingevuld:

S = 342 W/m²
α = 0,30
σ = 5,67*10^-8 W/m²/K⁴

Onze atmosfeer heeft normaal gesproken een emissiviteit, ε, van 0,76. Als de atmosfeer alle warmte van de aarde zou absorberen, zou ε 1 zijn, en als de aarde geen atmosfeer had, zou ε 0 zijn.

Opgave 1: Pas de emissiviteit aan en bereken wat de temperatuur op aarde zou zijn zonder atmosfeer:

Emissiviteit:



Temperatuur in Celsius:

IJs kaatst een groot deel van het zonlicht terug de ruimte in, waardoor dit de aarde niet opwarmt. Als het ijs smelt, absorbeert de aarde meer zonlicht en stijgt de temperatuur.

In het simpele model kunnen we dit effect nabootsen door de albedowaarde, α, van de aarde te verlagen.

De albedowaarde van de aarde is een gemiddelde van de albedowaarden van de diverse soorten oppervlakken en het wolkendek van onze planeet. Ze hangt daarom af van het percentage van het aardoppervlak dat door de verschillende soorten oppervlakken wordt gevormd, en van het gedeelte van de planeet dat wordt bedekt door wolken.

Opgave 2: Pas het percentage van elk soort oppervlak aan om erachter te komen wat de albedowaarde en de temperatuur zouden worden als al het ijs op aarde smelt. Ga ervan uit dat zee-ijs wordt vervangen door zee en landijs door gras, en dat de andere waarden gelijk blijven:

Percentage van het aardoppervlak (%):
Zee:
Zee-ijs:
Landijs:
Woestijn:
Bos:
Gras:

Percentage van de oppervlakte van de atmosfeer (%):
Wolken:


Albedowaarde:
Temperatuur in Celsius:

Onze uitstoot van koolstofdioxide warmt de aarde op, doordat het gas de warmte van de planeet absorbeert.

Koolstofdioxide verhoogt dus de emissiviteit, ε, van de atmosfeer, het percentage van de warmtestraling van de aarde dat de atmosfeer opvangt.

Je kunt berekenen hoeveel de emissiviteit verandert als je de zogeheten stralingsforcering, F, van het gas en de huidige temperatuur van de aarde in Kelvin, T₀, kent.

Stijging van emissiviteit = (2*F/(σ*T₀⁴))*1,7

Het eerste deel van de formule gaat uitsluitend over het effect van koolstofdioxide. Het getal 1,7 is bedoeld om er rekening mee te houden dat de temperatuurstijging onder andere leidt tot meer waterdamp in de atmosfeer, wat de emissiviteit verder verhoogt.

In 2100 is de stralingsforcering, F, waarschijnlijk:

• 7 W/m², als we net zo veel koolstofdioxide blijven uitstoten als nu
• 2 W/m², als we de uitstoot sterk omlaag brengen

Opgave 3: Bereken hoe warm de aarde wordt in deze twee scenario’s. We hebben de huidige temperatuur van de aarde ingesteld op 287,2 K (14,1 ℃) en de albedowaarde op 0,30:

Stralingsforcering van koolstofdioxide:



Stijging van de emissiviteit:

Temperatuur in Celsius:

Percentage van het aardoppervlak (%):
Zee:
Zee-ijs:
Landijs:
Woestijn:
Bos:
Gras:

Percentage van de oppervlakte van de atmosfeer (%):
Wolken:

Zonne-energie (W/m²):


Huidige emissiviteit:

Stralingsforcering van koolstofdioxide (W/m²):



Albedowaarde:
Uiteindelijke emissiviteit:
Temperatuur in Celsius: