สภาพอากาศและฤดูกาลในท้องถิ่นที่แปรปรวนอย่างรุนแรงทำให้ผู้คนพึมพำว่า “ปรากฏการณ์เรือนกระจก” ได้ง่าย และตำหนิทุกอย่างว่าเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ นอกจากก๊าซที่มนุษย์สร้างขึ้นอื่นๆ เช่น มีเธนแล้ว คาร์บอนไดออกไซด์ยังได้รับแรงกดดันที่เลวร้ายมาเป็นเวลาหลายปี และถูกอ้างถึงอย่างสม่ำเสมอว่าเป็นสาเหตุหลักของปรากฏการณ์เรือนกระจก สิ่งนี้ไม่ถูกต้อง ในขณะที่
การเพิ่มขึ้น
ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อาจเป็นที่มาของปรากฏการณ์เรือนกระจกที่เพิ่มขึ้น และทำให้เกิดภาวะโลกร้อน บทบาทของโมเลกุลที่สำคัญที่สุดในชั้นบรรยากาศของเรา ซึ่งก็คือน้ำ ไม่ค่อยมีใครพูดถึง แท้จริงแล้ว น้ำแทบไม่ได้รับการกล่าวถึงเลยในรายงานหลายร้อยหน้าของรายงานปี 2544
โดยคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศหลายๆ แง่มุมของโมเลกุลน้ำที่ดูเหมือนจะธรรมดาสมรู้ร่วมคิดกันเพื่อทำให้ยากที่จะสร้างแบบจำลองผลกระทบต่อสภาพอากาศของเรา ไม่เหมือนกับก๊าซในชั้นบรรยากาศอื่นๆ ส่วนใหญ่ การกระจายของน้ำในบรรยากาศจะแปรผันอย่างมาก
ตามเวลา สถานที่ และระดับความสูง (รูปที่ 1) น้ำยังมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวในโมเลกุลของบรรยากาศเนื่องจากน้ำเปลี่ยนสถานะที่อุณหภูมิโลก ซึ่งหมายความว่าสามารถถ่ายโอนพลังงานจากรูปแบบเยือกแข็งที่ขั้วโลกไปยังรูปแบบของเหลวและไอระเหยในชั้นบรรยากาศได้ เมื่ออยู่ในชั้นบรรยากาศ
น้ำจะเคลื่อนที่ไปพร้อมกับลมและอาจแพร่กระจายไปถึงชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ ซึ่งน้ำจะทำหน้าที่ทำลายชั้นโอโซนที่ป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลต บรรยากาศมีบทบาทสำคัญในงบประมาณการแผ่รังสีของโลก เพราะมันดูดซับทั้งรังสีที่เข้ามาจากดวงอาทิตย์และรังสีที่ส่งออกซึ่งสะท้อนจากพื้นผิว
ของดาวเคราะห์ อย่างไรก็ตาม รังสีในแต่ละกระบวนการเหล่านี้มีความยาวคลื่นที่แตกต่างกันมาก ดวงอาทิตย์แผ่รังสีออกมาเป็นวัตถุสีดำโดยมีอุณหภูมิประมาณ 5800 K ซึ่งจุดสูงสุดในบริเวณออปติกที่ความยาวคลื่นประมาณ 0.6 µm ในทางกลับกัน โปรไฟล์การแผ่รังสีที่สะท้อนออกมานั้น
ใกล้เคียง
กับวัตถุสีดำที่อุณหภูมิ 275 K มาก และมีจุดสูงสุดที่ความยาวคลื่นอินฟราเรดที่ยาวกว่ามาก (ประมาณ 11 µm) กระบวนการทางกายภาพที่นำไปสู่การดูดกลืนรังสีในสองบริเวณนั้นแตกต่างกัน แต่ไอน้ำมีบทบาทสำคัญในทั้งสองบริเวณ สมดุลหนังสือ นักฟิสิกส์สร้างแบบจำลองชั้นบรรยากาศของโลก
มานานกว่าศตวรรษ และเราได้สร้างความเข้าใจโดยละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการสำคัญที่เกี่ยวข้องกับงบประมาณด้านพลังงานของโลก (รูปที่ 2) ตัวอย่างเช่น เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าชั้นบรรยากาศชั้นบนสุดของโลกได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์เฉลี่ยพื้นผิว 342 W m -2 ซึ่งคำนวณได้จากการทราบปริมาณ
พลังงานที่แผ่ออกมาจากดวงอาทิตย์และมุมที่โลกรองรับ หากปริมาณรังสีที่รับเข้าและออกไม่เท่ากัน งบประมาณด้านพลังงานทั่วโลกจะไม่สมดุล และอุณหภูมิของโลกจะเปลี่ยนแปลงจนกว่าจะมีการสร้างสมดุลใหม่ สิ่งที่น่ากลัวคือการสะสมตัวของก๊าซเรือนกระจกทำให้การดูดซับรังสีอินฟราเรด
ที่ส่งออกเพิ่มขึ้น การวัดจากดาวเทียมแสดงให้เห็นว่า 235 W m -2ของรังสีดวงอาทิตย์ที่เข้ามาถูกโลกดูดกลืนไว้ แต่แบบจำลองและการวัดล่าสุดแนะนำว่าชั้นบรรยากาศมีหน้าที่รับผิดชอบเพียง 67 W m -2ของจำนวนนี้ ส่วนที่เหลือจะถูกดูดซับโดยพื้นดินและมหาสมุทร ซึ่งมีบทบาทสำคัญ
ในงบประมาณด้านพลังงาน เนื่องจากความจุความร้อนสูงและความสามารถในการกักเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และแน่นอนคือไอน้ำ ปรากฏการณ์เรือนกระจกคือความแตกต่างอย่างชัดเจนระหว่างการแผ่รังสีคลื่นยาวที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวโลกและการแผ่รังสีความร้อนที่สูงขึ้นซึ่ง
ออกจาก
ชั้นโทรโพพอส ซึ่งเป็นขอบบนของส่วนที่ปั่นป่วนของชั้นบรรยากาศที่เราอาศัยอยู่ ปรากฏการณ์เรือนกระจกอยู่ที่ประมาณ 146 W m -2ในท้องฟ้าแจ่มใสและสูงกว่า 30 W m -2เมื่อมีเมฆปกคลุมมีความเข้าใจผิดเกี่ยวกับปรากฏการณ์เรือนกระจกอยู่หลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งว่าเป็นสิ่งที่ไม่ดี
ในทางตรงกันข้าม ภาวะเรือนกระจกเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้โลกน่าอยู่ หากไม่มีอุณหภูมิเฉลี่ยบนโลกจะลดลงประมาณ 30 เคลวิน ซึ่งจะทำให้พื้นผิวส่วนใหญ่ของโลกเย็นลงอย่างแน่นอน นอกจากนี้ ไอน้ำในชั้นบรรยากาศที่ต่ำกว่า 10 กม. หรือมากกว่านั้น แทนที่จะเป็นการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
และทำให้โมเลกุลแตกตัว ในการเปลี่ยนผ่านขอบเขตซึ่งเกิดขึ้นที่ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น โมเลกุลจะกระโดดจากการรวมกันของสถานะการหมุนและการสั่นไปยังอีกสถานะหนึ่ง ซึ่งทำให้เกิด “ลายเซ็น” ที่แตกต่างกันมาก (รูปที่ 3) ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายมากที่จะระบุว่าตัวดูดซับบรรยากาศตัวใดทำงานอยู่
แม้ว่าการหาตัวเลขที่แท้จริงจะยากกว่ามากก็ตาม อย่างไรก็ตาม ฐานข้อมูลขนาดใหญ่ที่แสดงรายการการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลที่รู้จักทั้งหมดและคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องได้ถูกรวบรวมไว้ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือฐานข้อมูลการดูดกลืนโมเลกุลแบบส่งผ่านความละเอียดสูง (HITRAN)
แต่เมื่อค่าการดูดกลืนแสงในฐานข้อมูล HITRAN ถูกนำมาใช้ในการคำนวณแบบจำลองบรรยากาศ สำหรับท้องฟ้าที่ปลอดโปร่ง แบบจำลองคาดการณ์ว่าชั้นบรรยากาศจะดูดกลืนแสงอาทิตย์น้อยกว่าที่วัดได้จากดาวเทียมและเครื่องบินต่างๆ ความแตกต่างระหว่างการคาดคะเนและ การวัดอาจมีขนาดใหญ่
ถึง 30 W m -2 ปัญหานี้กลายเป็นที่รู้จักในฐานะความผิดปกติในการดูดซึม และมีปัญหาที่แย่กว่านั้นอีกในการทำความเข้าใจโมเดลการดูดกลืนแสงเมื่อท้องฟ้ามีเมฆมาก ไม่ใช่ทุกแบบจำลองที่ประเมินปริมาณการดูดกลืนบรรยากาศต่ำเกินไป เพราะนักฟิสิกส์บางคนเลือกที่จะเพิ่มการดูดกลืนพิเศษ
