ปรากฏการณ์เรือนกระจกและการบังคับทางรังสี

การกักเก็บรังสีคลื่นยาวในชั้นบรรยากาศทำให้อุณหภูมิพื้นผิวสูงขึ้น และการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศส่งผลกระทบต่อสมดุลพลังงานของโลกได้อย่างไร

Definition

ปรากฏการณ์เรือนกระจกคือการที่พื้นผิวของดาวเคราะห์อุ่นขึ้นจากการดูดซับและการแผ่รังสีคลื่นยาวกลับคืนโดยชั้นบรรยากาศ; การบังคับทางรังสีคือการเปลี่ยนแปลงของความเข้มรังสีสุทธิที่ชั้นโทรโพพอส (tropopause) ซึ่งเกิดจากการรบกวน เช่น การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจก

Scope

ครอบคลุมพื้นฐานทางกายภาพของปรากฏการณ์เรือนกระจก บทบาทของไอน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน และก๊าซเรือนกระจกอื่นๆ ความแตกต่างระหว่างปรากฏการณ์เรือนกระจกตามธรรมชาติและที่เพิ่มขึ้นจากกิจกรรมมนุษย์ และแนวคิดของการบังคับทางรังสี (radiative forcing) ในฐานะมาตรวัดมาตรฐานของการรบกวนสมดุลพลังงานที่ชั้นบรรยากาศชั้นบนสุด (top-of-atmosphere energy balance) โดยตัวกระทำต่างๆ

Core questions

• องค์ประกอบของชั้นบรรยากาศใดบ้างที่รับผิดชอบต่อปรากฏการณ์เรือนกระจก?
• การบังคับทางรังสีถูกนิยามและวัดปริมาณอย่างไร?
• เหตุใดการเพิ่มคาร์บอนไดออกไซด์จึงทำให้อุณหภูมิพื้นผิวสูงขึ้น แม้ว่าแถบการดูดซับของมันจะอิ่มตัวบางส่วนแล้วก็ตาม?

Key theories

แนวคิดการบังคับทางรังสี

กรอบแนวคิดที่วัดปริมาณการรบกวนสมดุลพลังงานของโลกจากตัวกระทำต่างๆ ในรูปของการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์ในหน่วยวัตต์ต่อตารางเมตร ซึ่งช่วยให้สามารถเปรียบเทียบปัจจัยขับเคลื่อนสภาพภูมิอากาศที่แตกต่างกันได้

การทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นจากคาร์บอนไดออกไซด์ของอาร์เรเนียส

การประมาณค่าเชิงปริมาณครั้งแรกที่ระบุว่าการเปลี่ยนแปลงของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศส่งผลต่ออุณหภูมิพื้นผิวผ่านการดูดซับคลื่นยาว ซึ่งเป็นการสร้างความเชื่อมโยงระหว่างองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศกับสภาพภูมิอากาศ

Mechanisms

ก๊าซเรือนกระจกส่วนใหญ่โปร่งใสต่อรังสีดวงอาทิตย์ที่เข้ามา แต่ดูดซับรังสีอินฟราเรดความร้อนที่แผ่ออกไป และแผ่รังสีกลับคืนในทุกทิศทาง รวมถึงลงสู่พื้นผิว สิ่งนี้จะยกระดับการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพขึ้นไปสู่ระดับความสูงที่สูงขึ้นและเย็นกว่า ดังนั้นพื้นผิวจึงต้องอุ่นขึ้นเพื่อรักษาสมดุลที่ชั้นบรรยากาศชั้นบนสุด การเพิ่มความเข้มข้นของก๊าซจะเพิ่มการดูดซับที่ขอบของแถบการดูดซับของก๊าซนั้น ทำให้เกิดการบังคับเพิ่มเติม ซึ่งสำหรับคาร์บอนไดออกไซด์จะเพิ่มขึ้นประมาณตามสัดส่วนลอการิทึมกับความเข้มข้น

Clinical relevance

การบังคับทางรังสีเป็นตัวชี้วัดหลักที่เชื่อมโยงการปล่อยก๊าซกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในการประเมินทางวิทยาศาสตร์ และเป็นพื้นฐานของมาตรวัดความสมมูลของการปล่อยก๊าซและเป้าหมายนโยบายสภาพภูมิอากาศ

History

ฟูริเยร์เสนอว่าชั้นบรรยากาศกักเก็บความร้อนในช่วงทศวรรษ 1820 ไทน์ดอลล์วัดการดูดซับอินฟราเรดของก๊าซในช่วงทศวรรษ 1860 และอาร์เรเนียสได้ประมาณค่าความไวของคาร์บอนไดออกไซด์เชิงปริมาณครั้งแรกในปี 1896 แนวคิดการบังคับทางรังสีได้รับการกำหนดอย่างเป็นทางการในช่วงปลายศตวรรษที่ยี่สิบและได้รับการประมวลในรายงานการประเมินของ IPCC ที่ตามมา

Key figures

• Joseph Fourier
• John Tyndall
• Svante Arrhenius

Seminal works

• arrhenius1896
• myhre2013

Frequently asked questions

ปรากฏการณ์เรือนกระจกตามธรรมชาติเป็นอันตรายหรือไม่?

ไม่ ปรากฏการณ์เรือนกระจกตามธรรมชาติทำให้อุณหภูมิพื้นผิวโลกอุ่นขึ้นประมาณ 33 องศาเซลเซียสกว่าที่ควรจะเป็นและทำให้โลกน่าอยู่ ความกังวลหลักอยู่ที่การบังคับเพิ่มเติมที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์