Суперечка кліматологів: Метелка відповів опонентам щодо теплового випромінювання атмосфери

Чеський кліматолог Ладіслав Метелка опублікував розгорнуту відповідь на критику колег — доцентів Йозефа Сеяка та Яна Покорного, які звинуватили експертний висновок Академії наук Чехії AVex 4/2020 у порушенні законів термодинаміки.

Суперечка розгорілася довкола однієї фрази з документа про те, що приблизно третина енергії, яка надходить до поверхні Землі, приходить у вигляді сонячного випромінювання, а решта дві третини — у вигляді теплового випромінювання атмосфери. На думку опонентів, це фізично неможливо: нібито виходить, що енергія виникає в атмосфері з нізвідки, а тепло самовільно перетікає від холодного до теплого, що суперечить другому закону термодинаміки.

Метелка наполягає, що критики неправильно витлумачили формулювання. Ключове слово — «надходить»: йдеться лише про потоки випромінювання, які досягають поверхні, а не про повний баланс. Згідно з класичною кліматологічною схемою, до поверхні Землі надходять два потоки — видиме сонячне випромінювання (близько 160 Вт/м²) та інфрачервоне випромінювання атмосфери (близько 333 Вт/м²). Третій потік — теплове випромінювання самої поверхні (390 Вт/м²) — рухається від землі вгору і до «вхідного» потоку не належить.

За даними спостережень Чеського гідрометеорологічного інституту (ЧГМІ) у Градец-Кралове, частка інфрачервоного випромінювання, що надходить до поверхні, ще вища за глобальне середнє значення — близько 74%, тоді як на видиме світло припадає лише 26%. Це пояснюється географічною широтою: чим вона вища, тим більша частка теплового випромінювання в загальному радіаційному балансі. Крім того, довгохвильове випромінювання атмосфери надходить до землі цілодобово, а сонячне світло — лише вдень, причому переважати над тепловим випромінюванням воно починає лише тоді, коли Сонце піднімається над горизонтом приблизно на 29 градусів.

За статистикою станції у Градец-Кралове за 2012–2025 роки, у 83% часу інтенсивність довгохвильового випромінювання атмосфери перевищувала інтенсивність сонячного світла, і лише у 17% випадків було навпаки. Максимум переваги теплового випромінювання зафіксовано у грудні — 98% часу, мінімум — у червні (69%), але навіть влітку атмосфера «віддає» землі більше енергії, ніж надходить від Сонця.

Метелка підкреслює: сама поверхня Землі справді випромінює тепло в інфрачервоному діапазоні, але це потік, що йде від землі, а не надходить до неї, тому змішувати його з «вхідним» випромінюванням некоректно — це різні фізичні характеристики.

Що стосується загального балансу: від атмосфери до поверхні в середньому надходить близько 333 Вт/м², а від поверхні до атмосфери йде близько 390 Вт/м². Чистий потік тепла — близько 57 Вт/м² — спрямований саме від теплішої поверхні до холоднішої атмосфери, що повністю відповідає законам термодинаміки. Дані з Градец-Кралове за 2018–2025 роки це підтверджують: середній висхідний потік становить 376 Вт/м², низхідний — 318 Вт/м², підсумковий баланс — мінус 58 Вт/м².

Відповідаючи на запитання, звідки атмосфера бере енергію для потужного випромінювання до землі, Метелка пояснює: вона поглинає тепло, що йде від поверхні (378 Вт/м² із 390), частину сонячного світла (79 Вт/м²), а також явне і приховане тепло від поверхні (20 і 82 Вт/м² відповідно) — загалом 559 Вт/м². Натомість атмосфера випромінює 343 Вт/м² до землі і ще 217 Вт/м² у космос — разом 560 Вт/м². Енергія ніде не виникає з нічого, баланс повністю сходиться, підкреслює кліматолог.

Єдину неточність в оригінальному висновку AVex Метелка все ж визнає — формулювання про те, що «нижні шари атмосфери тепліші», без уточнення, тепліші за що саме, що могло призвести до хибного тлумачення.

Наостанок Метелка закликав опонентів публічно вибачитися за звинувачення на адресу інституту CzechGlobe, Академії наук та Чеського гідрометеорологічного інституту у «підробці» та «фальсифікації кліматичних даних», назвавши ці заяви безпідставними і такими, що виходять за межі наукової дискусії.

Around Prague за матеріалами ekolist.cz