Как замедлить рост глобального потепления, и в первую очередь в России

Использование энергетически нелинейных шкал температурного расширения ртути и спирта, пришедших из XVIII—XIX веков, — «большой ляп» современной метеорологии. Оценка потепления в энергетических единицах дает вдвое меньшую величину тренда, чем при расчетах по внесистемной калориметрической шкале

Пётр Люшвин, 28 января 2018, 17:21 — REGNUM  

«Если об этом станет известно, то нас всех следовало бы уволить».

Известный метеоролог.

Аннотация

Для измерения температуры сегодня используются как ваттная, так и энергетически нелинейная температурная (калориметрическая) шкалы. При расчете средних величин или сопоставления контрастов по традиции используют температурные шкалы. Полученные средние калории для исходных данных с размахом колебаний свыше 20ºС отличаются от аналогичных величин, оцененных в ваттах (W) на градусы (ºС). Диагноз энергетическому непостоянству калории поставлен в медицинской энциклопедии. Исходя из этого, Международная метрологическая организация требует немедленно изъять калорию из обращения. В качестве альтернативы следует ввести энерго-термометрическую шкалу. Нуль её можно (удобно) сопоставить с 0ºС, значение 100 — со 100ºС, с соответствующими величинами в W. Величину дискретности шкалы принять равной делению на 100 разницы W при 100ºС и 0ºС. Иначе и далее по энергетически искаженным («кривым») шкалам Цельсия, Фаренгейта будем продолжать судить о генезисе климатических изменений. Для привыкания к использованию энерго-термометрической шкалы придется лишь наклеить на градусники мерную полоску, связывающую шкалы ºС и энергии.

* * *

Введение, обоснование

При термометрических измерениях в атмосфере и океане используют как температурную (калориметрическую), так и ваттную шкалы. Еще в XIX веке определили нелинейность связи между величинами объемных коэффициентов расширения спирта, воды и ртути (градусов в шкале Кельвина) с энергетикой в ваттах (посредством возведения температуры в 4-ю степень):

М = σ * T4 вт/м2, …(1)

где σ =5,67/10-8, T — температура в градусах Кельвина.

Начиная с конца XX века значительную часть энергетических наблюдений стали осуществлять неконтактно, то есть измерять не градусы, а ватты. Из-за энергетической нелинейности градусов (калорий) получается, что чем больше контраст температур, тем значительнее расхождения между средними температурами при оценках в шкале °С и через W, достигающие в экстремальных ситуациях свыше 10°С. В зонах смешения вод полярных и тропических течений, где контрасты температур порой превышают 25°С (строки 9, 10 Табл.1) интерполяционные ошибки достигают градуса при ожидаемой (и декларируемой) величине ошибки не более десятых долей °С.

Табл.1. Оценка средних температур (°С) для различных контрастов исходных температур и аналогичных величин, но рассчитанных через W.

№ столбца

t°С

W

t°С, пересчитанная из W

Разница средних t°С (столбцов 3 и 7)

1

2

3

4

5

6

7

8

1

мин.

макс.

ср.

мин.

макс.

ср.

средняя

2

-80

0

-40

78,9

315,6

197,3

-30,3

-9,7

3

-60

-20

-40

117,0

232,9

174,9

-37,5

-2,5

4

-50

-30

-40

140,6

198,2

169,4

-39,4

-0,6

5

-40

60

10

167,5

698,5

433,0

22,5

12,5

6

-20

60

20

232,9

698,5

465,7

27,9

7,9

7

5

95

50

339,4

1041,6

690,5

59,0

9,0

8

65

35

339,4

741,3

540,4

39,3

4,3

9

0

30

15

315,6

478,9

397,3

16,2

1,2

10

5

25

15

339,4

448,0

393,7

15,5

0,5

* * *

География климатических изменений

На глобальной карте климатических изменений, построенной на основе температурной-калориметрической шкалы, максимум потепления наблюдается в Арктике, где достигает 4ºС и более (Рис.1а) [http://nsidc.org/cryosphere/; http://big-archive.ru/geography/; Кокорин, 2014]. Основной причиной глобального потепления объявлена техногенная эмиссия парниковых газов, несмотря на то, что на фоне общепланетарного роста концентраций парниковых газов значимого потепления нет в северной Финляндии, горной Сахаре, западной экваториальной части Тихого океана и на Южном полюсе.

«Ваттная» картина климатических изменений, по данным спутниковых наблюдений, лишь для сопоставления пересчитанных в температуры, во многом иная (Рис.1б) [http://images.remss.com/msu/msu_data_monthly.html]. Экстремальное потепление, во-первых, вдвое ниже и, во-вторых, распластано от Арктики до Средиземноморья с максимумом в мальтийском регионе.

Основные причины текущих климатических изменений связаны с длительным уменьшением чисел Вольфа (признаком наступления очередного «маундеровского» минимума) и асинхронной с их числом активизацией землетрясений на Земле (инструментальные наблюдения проводятся менее 2-х веков, выявленные тенденции взаимных климатических и вековых изменений солнечной и земной погоды лишь качественны).

ЧИСЛО ВОЛЬФА («международное число солнечных пятен», «относительное число солнечных пятен», «цюрихское число») — названное в честь швейцарского астронома Рудольфа Вольфа. Является одним из самых распространённых показателей солнечной активности. Популярно в разного рода метеорологических прогнозах.

МИНИМУМ МАУНДЕРА (Маундеровский минимум; англ. Maunder Minimum) — период долговременного уменьшения количества солнечных пятен примерно с 1645 по 1715 годы. Получил название по имени английского астронома Эдварда Уолтера Маундера (1851—1928), обнаружившего это явление при изучении архивов наблюдения Солнца. Минимум Маундера совпадает по времени с наиболее холодной фазой глобального похолодания климата, отмечавшегося в течение XIV—XIX веков (так называемый малый ледниковый период). За последние 8000 лет выявлено 18 подобных минимумов активности Солнца.

Следствием учащения землетрясений является активизация сейсмодегазации метана. Когда метан скапливается подо льдом, происходит его бактериальное окисление метанотрофными микроорганизмами [Леин, Иванов, 2009]. Энергия, выделяющаяся при бактериальном окислении, превращает монолитный лед в пористый. При торошении на поверхности льда оказываются серые продукты метанотрофии и взмученный метаном детрит, которые, снижая альбедо, способствуют инсоляционному таянию, появлению «грязных» от взвешенных продуктов метанотрофии и детрита разводий. Эта взвесь в несколько раз сокращает толщину фотического слоя и благоприятствует его дополнительному прогреву на 1—3ºС. Шторма и облака временно препятствуют прогреву, однако фотический слой остается утонченным и на солнце вновь прогревается.

ДЕТРИТ (от лат. detritus — истёртый) — органогенный обломочный материал в осадках или осадочных горных породах. Детрит образуется из фрагментов тканей растений, раковин, скелетных частей животных и их выделений. По степени раздробленности детрита различают тонкодетритовый и грубодетритовый.

АЛЬБЕДО — характеристика отражательной способности поверхности: отношение потока излучения, рассеянного поверхностью по всем направлениям, к падающему на неё потоку.

ФОТИЧЕСКИЙ СЛОЙ — поверхностный слой воды водоёма, в котором достаточно света для процесса фотосинтеза.

Льды в таких теплых разводьях ускоренно тают, как мороженное в кофе. Разводья за счет дрейфа превращаются в полыньи и разрастаются на десятки и даже сотни километров, превышая размеры очагов землетрясений. Примеры в Северном Ледовитом океане: заприпайная полынья, которая появилась над очагом единственного за 40 лет аляскинского мористого землетрясения (Рис.2а); полыньи на севера моря Лаптевых над очагами двух землетрясений (Рис.2б-г).

А вот сейсмогенные полыньи в Южном океане (Рис.3) [Люшвин, 2016].

Землетрясения в Арктике происходят в основном на хребте Гаккеля (Рис.4а). Изменение числа землетрясений противоположно направлению тренда изменения площади льда (Рис.4б). Синхронно с уменьшением площади утончается и толщина льда.

На рубеже 70—80-х годов ХХ века в Арктике был экстремально толстый лед (Рис.5) [http://www.natice.noaa.gov/]. За период с 2002 по 2012 годы толщина многолетнего льда уменьшилась приблизительно на 40%. Произошло это на фоне потепления арктического воздуха на 1—2ºС [Люшвин, 2016]. Однако фрагментарные ледовые и тепловые аномалии не совпадали. В сейсмоспокойный период 70—80-х годов XX века наблюдалось утолщение льда, а некоторое похолодание пришло позже, в 1982—1987 годах. Сокращение толщины льда в 90-е годы XX века происходило на фоне активизации землетрясений и отсутствия тренда к потеплению. Сейсмогенные метанотрофные процессы начала XXI века привели к тому, что ни локальное охлаждение, ни спад числа землетрясений в отдельные годы на рубеже первого и второго десятилетий XXI века не привели к быстрому замораживанию «теплой» Арктики.

Изменения толщины льда значимо сказываются на ходе температуры приземного воздуха только при минимуме инсоляции. В Арктике потепление на градусы было обусловлено утончением льда — уходом многолетнего льда (Рис.6).

Значимые изменения толщины льда зимой при температурах воздуха ниже — 30ºС за счет изменения температур воздуха на 2—5ºС невозможны. И, наоборот, в отсутствие многолетних льдов нет и устойчивых изменений в ходе температур воздуха. Пример чему — ход температуры воздуха у устья р. Лены (п. Тикси), где не бывает массовых многолетних льдов. Аналогичная ситуация наблюдается и в Южном океане (Рис.7).

Нет массовых многолетних льдов — нет значимого тренда изменения площади льда (сейсмика прошлогодней зимы в явном виде не влияет на толщину и площадь однолетнего льда следующего года). Однако и здесь нарастающее число региональных землетрясений приводит к потеплению при снижении инсоляции (сейсмогенные полыньи), хотя величина потепления на порядок меньше, чем в Арктике (где была значима площадь толстого многолетнего льда).

Выявленные за последние 40 лет взаимные тенденции хода площади льда, температуры воздуха и числа землетрясений отмечались и ранее. Тренд потепления в первой половине XX века наблюдался только в зимние месяцы (Рис. 8 и 9), как и похолодание в 40-е — 80-е годы — только в зимние месяцы.

Еще раз отметим, что обсуждаемые максимальные калориметрические тренды наблюдаются в основном только в полярных широтах зимой. Однако, если вспомнить определение калории, то оказывается, что энергетическое потепление, корректно оцененное в ваттах, окажется в два раза слабее.

Почему? Внесистемная единица количества теплоты — калория — означает энергию при изменении температуры воды от 19,5ºС до 20,5ºС [Бурдун, 1962]. Международная организация законодательной метрологии относит калорию к таким единицам измерения

«которые должны быть изъяты из обращения как можно скорее там, где они используются в настоящее время, и которые не должны вводиться, если они не используются» [https://ru.wikipedia.org/wiki/].

Так как градиенты энергии в калориях эквивалентны градиентам в температурах, то, по крайней мере, в энергетической географии следует ввести новую энерго-термометрическую шкалу, назвав её градус-Уатт (ºУт-ºY) (Рис.9). Нуль шкалы «удобно» сопоставить с 0ºС, значение 100 со 100ºС с аналогичными W. Дискретность во всем диапазоне принять 7,8 Вт — новая энергетическая калория, полученная при делении на 100 разницы W при 100ºС и 0ºС.

Для привыкания использования энерго-термометрической шкалы придется лишь наклеить на градусники мерную полоску, связывающую шкалы ºС и энергии ºY. Иначе и далее об энергетических изменениях будем судить по «кривым» шкалам Цельсия, Фаренгейта, Реомюра и т.п. Искаженными останутся все осредненные величины и соответствующие выводы по ним. Например, отнесение антарктического климата к континентальному из-за того, что контрасты температур зимой в нем численно больше чем летом [Хромов, Петросянц, 2012], пересчет контрастов через ватты дает обратную картину.

* * *

Сопоставление энергетических результатов при смешении жидкостей на соответствие формуле Стефана-Больцмана или шкале Кельвина

Эксперимент. Доведение двух одинаковых объемов жидкостей (от 100 мл, пресной воды, морской воды S35‰ и спирта) до температур, подобных Табл. 1. Измерение температур проб, смешение проб, измерение температур смеси.

Расчет по формуле (1) температуры смеси, исходя из первоначально измеренных температур проб (пересчет каждой tºС в W, оценка средней, пересчет средних W в ºС). Сопоставление этой (ваттной) оценки температуры смеси с ожидаемой по шкале Цельсия ((мин.tºС + макс.tºС)/2) и измеренной температурой смеси.

Результат. Убеждаемся в том, что арифметические действия с температурами сред не отражают соответствующих энергетических изменений в средах (чем больше размах температур, тем значительнее расхождения)!

Дальнейшие действия:

1. Внести изменения в нормативные документы, включая систему СИ.

2. Пересчитать все используемые средние величины и контрасты температур.

3. Переписать (пересчитать) расчетные формулы и данные, куда так или иначе входит использование температуры среды (сжатие и расширение, смешение, теплозапас и т.п.). Для привыкания к использованию энерго-термометрической шкалы придется лишь наклеить на градусники мерную полоску, связывающую шкалы ºС и энергии ºY.

* * *

Выводы

1. Получается, что при оценках через W современные экстремумы потепления в Арктике мало где превышают 2ºС, а не 4ºС и более при использовании калориметрической шкалы.

2. Арктическое потепление связано с сейсмогенным уходом толстого многолетнего льда, заменой его более тонким однолетним, общим сокращением площади льда и уменьшением альбедо Земли. В Южном океане, где всегда преобладал однолетний лед, величина потепления в разы меньше, а в его сейсмоспокойных частях практически отсутствует.

* * *

Литература

1. Бурдун Г.Д. Единицы физических величин // М.: Государственное издательство стандартов, 1962. 166 с.

3. Кокорин А.О. Изменение климата: Обзор пятого оценочного доклада МГЭИК. Физическая научная основа. Воздействие на природу и человека. Смягчение изменений климата // М.:WWF, 2014. 79 с.

3.Леин А.Ю., Иванов М.В. Биохимический цикл метана в океане // М.:"Наука», 2009. 576 с.

4.Люшвин П.В. Заклепки на Науках о Земле. Результат возведения парадигм в статус аксиом в геофизике и гидробиологии // М. издание автора, 2016. 147с. Стационарный сетевой адрес: http://nadisa.org/download/lyushvin_book.pdf. (In Russian).

5. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология // М.:Изд. МГУ. 2012. 582 с.

6. Arctic Meteorology Climate Atlas (http://nsidc.org/data/g01938#).

7. http://aisori.meteo.ru/ClimateR

8. http://big-archive.ru/geography/development_and_transformation_of_the_geographical_environment/7.php

9. http://images.remss.com/msu/msu_data_monthly.html

10. http://meteoinfo.ru/

11. http://nsidc.org/cryosphere/arctic-meteorology/climate_change.html

12. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F

13.http://www.natice.noaa.gov/

Читайте ранее в этом сюжете: Когда Ямал уйдёт под воду?

Если Вы заметите ошибку в тексте, выделите её и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отослать информацию редактору.
×

Сброс пароля

E-mail *
Пароль *
Имя *
Фамилия
Регистрируясь, вы соглашаетесь с условиями
Положения о защите персональных данных
E-mail