Klima: Hloupý a zcela zbytečný spor o stanovisko AVex 4/2020

Už delší dobu doutná spor o správnost expertního stanoviska AV ČR „Klimatická změna – fenomén současnosti“ z roku 2020. V posledních týdnech se ale značně přiostřil a dostal se až tam, kam se odborné spory dostávat nemají.

Trochu k historii sporu

Celé stanovisko AVČR AVex 4/2020 najdete zde. Proti němu začali protestovat pánové docenti Seják (Fakulta životního prostředí UJEP) a Pokorný (ENKI, o.p.s.). Prý popisuje něco, co je fyzikálně nemožné a odporuje to zákonům termodynamiky, konkrétně 2. termodynamickému zákonu, podle kterého se teplo nemůže samovolně šířit z chladnějšího prostředí do teplejšího. A prý také ignoruje významný tok tepla z povrchu do atmosféry, konkrétně tepelné vyzařování povrchu. Poslali tedy otevřený dopis na AV ČR, který byl zveřejněn údajně 22.10.2022 v Mladé frontě Dnes (text je zde). Odpověď z ÚVGZ je zde. Konstatuje, že stanovisko AVex 4/2020 je správné a tvrzení v něm neobsahuje nic, co by porušovalo termodynamické zákony. Následně tedy pánové Seják a Pokorný přenesli diskusi na stránky Neviditelného psa (např. zde) a hlavně v červnu 2026 i na stránky Ekolistu. Je to velmi nestandardní postup. Takovéto spory se totiž mají řešit na půdě odborných recenzovaných časopisů a ne v denním tisku a na webech. Přitom páni docenti sami požadovali, aby „...odborná diskuse, kritika přešla do odborných časopisů s recenzním řízením...“ (zde). Sami k tomu ale evidentně odvahu nenašli a své názory stále publikují jen na webu...

Diskuse byla dlouho docela klidná, řada lidí se snažila pánům docentům vysvětlit, v čem se mýlí (kromě mé maličkosti např. pánové Kopáček, Hruška a Pivokonský zde nebo Komise pro životní prostředí AV ČR a Komise AV ČR pro udržitelnost zde). Všechno marné.

Diskuse se ale v posledních měsících hodně vyostřila. Pánové docenti totiž začali hrubě obviňovat Akademii věd, že její stanovisko AVex 4/2020 „rozvrací funkčnost ČR“ (zde), obvinili ale i další instituce přímo z podvodu (“Pomocí fyzikálních chyb zamlčujících toky tepla ze Země do atmosféry se CzechGlobe a další ústavy AVČR, a také ČHMÚ, snaží podvodem udržet význam klimatického cíle pokračujícího snižování emisí CO₂“ zde). Tahle obvinění už ale jsou hodně za hranou elementární slušnosti i odborné debaty.

Co tedy pánům docentům vadí na stanovisku AVex 4/2020?

Je to jedna věta, popisující příkon záření směrem k povrchu, konkrétně že „Asi jedna třetina této energie přichází ve formě slunečního záření a zbylé dvě třetiny ve formě vyzařování (sálání) atmosféry směrem k povrchu Země“. Považují to za fyzikálně nemožné, podle nich by musela kdesi v atmosféře vznikat energie a navíc teplo se nemůže samovolně šířit z chladnějšího prostředí do teplejšího. Páni docenti se ale velice mýlí, nic takového ze stanoviska AVex 4/2020 nevyplývá, jak uvidíme dále.

V tvrzení AVex je totiž klíčové slovo „přichází“. Předmětné tvrzení se tedy zabývá pouze tou částí záření, která přichází k zemskému povrchu. Na níže uvedeném schematu, které použili i oba pánové třeba zde a do kterého jsem pro jasnost a jednoznačnost doplnil číselné označení jednotlivých toků, jde tedy pouze o toky č.1 a č.2. To jsou jediné radiační toky, přicházející k povrchu. Tok č.1 v krátkovlnné oblasti (160 W.m^-2) a tok č.2 v oblasti tepelného záření (333 W.m^-2). Tok č.3, tedy tepelné vyzařování povrchu (390 W.m^-2) není záření, přicházející k povrchu, ale z povrchu odcházející, do přicházejícího záření tedy nepatří a stanovislo AVex tedy toto záření nemohlo započítat do „přicházejícího“ záření. To pánové docenti zřejmě nechápou.

Upraveno ze skepticalscience.com

Toto schema se vyskytuje na začátku každé učebnice klimatologie, je doloženo měřeními, a to i na území ČR. Poměr příkonu záření v krátkovlnné oblasti a oblasti tepelného záření je podle schématu v globálním průměru cca 1:2. Podle měření v ČR (SOO ČHMÚ v Hradci Králové) ale dokonce cca 74% radiační energie přichází k povrchu ve formě tepelného záření a jen cca 26% ve formě krátkovlnného záření. Souvisí to se zeměpisnou šířkou. Čím vyšší je zeměpisná šířka, tím větší je podíl tepelného záření, směřujícího k povrchu, na celkovém radiačním příkonu. Navíc dlouhovlnné záření, emitované atmosférou, dopadá na povrch neustále, 24 hodin denně. Oproti tomu krátkovlnné sluneční záření jen ve dne. Slunce ale musí být dostatečně vysoko nad obzorem, aby intenzita krátkovlnného (= viditelného + blízkého infračerveného) záření byla vyšší než intenzita tepelného záření z atmosféry k povrchu. Konkrétně v Hradci Králové to nastává v průměru až při výšce Slunce cca 29° nad obzorem, jak ukazuje následující graf:

Data: ČHMÚ, SOO Hradec Králové

Záleží tady i na oblačnosti, ale jedině pokud je Slunce výše než ona limitní hodnota, převládá příkon krátkovlnného záření nad dlouhovlnným vyzařováním atmosféry k povrchu. Pokud je Slunce níže nebo pokud je noc, převládá naopak dlouhovlnné vyzařování atmosféry. Je tedy zcela jasné, že v průběhu roku po většinu času převažuje příkon tepelného záření z atmosféry nad příkonem krátkovlnného záření. Konkrétně v Hradci Králové za roky 2012-2025 byla v 83% celkového času intenzita tepelného záření z atmosféry k povrchu větší než intenzita krátkovlnného (globálního) záření a jen v 17% času byla nižší. Nejvyšší časový podíl převládajícího dlouhovlnného záření nad globálním byl v prosinci – 98% a nejmenší v červnu – 69%. I v létě tedy přichází k povrchu víc radiační energie ve formě tepelného vyzařování atmosféry než v krátkovlnném slunečním záření. To všechno jsou prostě naměřené hodnoty, jsou v souladu s tvrzením ve stanovisku AVex 4/2020 a s tím páni docenti neudělají vůbec nic. Ať se jim to líbí nebo ne, ať tomu rozumějí nebo ne.

Podle pánů docentů stanovisko AVex ignoruje tepelné vyzařování povrchu

To ale také není pravda. Stanovisko AVex totiž dále uvádí: „Energie klimatického systému Země pochází ze slunečního záření. Slunce má vysokou povrchovou teplotu 5,5 tis. °C, proto vydává především krátkovlnné záření. Zemský povrch společně s atmosférou asi dvě třetiny přicházejícího slunečního záření pohlcují a zbytek odrážejí. Zemský povrch i atmosféra ovšem energii také vyzařují. Protože je však jejich teplota výrazně nižší, vydávají na rozdíl od Slunce záření dlouhovlnné.“. Tedy je tam výslovně uvedeno, že i zemský povrch vyzařuje v infračervené oblasti. Není to ale záření k povrchu přicházející, ale naopak z povrchu odcházející. Proto nemůže být toto vyzařování zahrnuto do záření, přicházejícího k povrchu. Tady si pánové docenti pletou energii přicházející k povrchu s celkovou radiační bilancí povrchu, ale to jsou dvě různé charakteristiky.

Uvedené tvrzení v AVex je tedy pravdivé a jednoznačně doložené měřeními. Týká se ovšem pouze radiačních toků, směřujících k povrchu (“přicházející“), což je ve stanovisku AVex 4/2020 jasně uvedeno. Je třeba číst, co je napsáno a nedomýšlet si věci, které tam uvedeny nejsou. Ta věta ve stanovisku AVex není o tepelném vyzařování povrchu (= „odcházející“ záření), popisuje pouze záření k povrchu přicházející. A příkon není výkon.

Jaká tedy je celková bilance tepelného záření v atmosféře?

Opět se můžeme podívat na to schema. Z atmosféry se k povrchu dostává v globálním průměru cca 333 W.m-2 (tok č.2, k povrchu „přicházející“ záření), zatímco z povrchu do atmosféry je to cca 390 W.m-2 (tok č.3, z povrchu „odcházející“ záření). Čistá bilance toků tepelného záření mezi povrchem a atmosférou (rozdíl toků č.2 a č.3) je tedy cca 57 W.m-2, s to z povrchu do atmosféry. Tedy z teplejšího prostředí do chladnějšího. To je naprosto v souladu s termodynamickými zákony. Chladnější atmosféra vyzařuje k povrchu méně, než kolik vyzařuje teplejší povrch do atmosféry. Potvrzují to i data z Hradce Králové, na kterých je jasně vidět, že průměrný tok tepelného záření z povrchu do atmosféry (ozn. LWUP) je po celý den větší než tok opačným směrem (ozn. LWDN) a jejich průměrná bilance (LWDN-LWUP) je záporná. Pro srovnání – v Hradci Králové je za roky 2018-2025 průměrný tok LWUP 376 W.m^-2, LWDN 318 W.m^-2 a průměrná bilance tedy -58 W.m^-2. To je, s ohledem na zeměpisnou šířku, v dobré shodě s globálními daty. Závislost průměrných intenzit a bilance na denní době je na následujícím grafu:

Data: ČHMÚ, SOO Hradec Králové

Čistý tok tepelného záření je tedy od teplejšího povrchu do chladnější atmosféry, zcela v souladu s 2.termodynamickým zákonem.

Kde se bere energie pro tak velké infračervené vyzařování z atmosféry k povrchu?

V tomto článku se pánové konkrétně ptají: „Co je zdrojem této energie oblohy podle pana Metelky, která je více než dvojnásobkem energie sluneční měřené na stanici ČHMÚ v Hradci Králové? Není to složité. Podle výše uvedeného schématu atmosféra celkově přijímá energii 378 W.m^-2 (z 390 W.m^-2 emitovaných povrchem), dále 79 W.m^-2 absorbovaných z krátkovlnného slunečního záření, ale také 20 W.m^-2 ze zjevného tepla a 82 W.m^-2 z latentního tepla od povrchu. Celkem tedy 559 W.m^-2. Vyzařuje 343 W.m^-2 k povrchu (z nich je 333 W.m^-2 absorbováno povrchem), 187 W.m^-2 emituje vzduch do kosmu a 30 W.m^-2 emituje do kosmu oblačnost. Celkem tedy z atmosféry odchází 560 W.m^-2. Energie tedy nikde v atmosféře nevzniká, atmosféra získává výše popsanými procesy dost energie na to, aby pokryla jak vyzařování k povrchu, tak i do kosmu. Zdrojem této „energie oblohy“, jak to nazývají páni docenti, je tedy

• absorpce tepelného vyzařování z povrchu do atmosféry
• absorpce části krátkovlnného záření v atmosféře
• toky zjevného a latentního tepla od povrchu do atmosféry.

Zákon zachování energie i zde tedy jednoznačně platí.

Proč atmosféra vyzařuje k povrchu tolik energie?

Tok tepelného záření odchází z povrchu do atmosféry a teplota povrchu se tím sníží. Kdyby atmosféra neexistovala, celý tento tok by mířil vzhůru do kosmu. V reálné atmosféře se ale velká část energie pohltí na skleníkových plynech a to zvýší teplotu vzduchu. Následně se ta energie z atmosféry opět vyzáří v podobě tepelného záření v infračervené oblasti. Nikoli ale ve směru původního toku záření, tedy z povrchu do kosmu, ale všesměrově, část vzhůru a část dolů k povrchu. Při této re-emisi samozřejmě dojde k odpovídajícímu snížení teploty vzduchu. Absorpcí a re-emisí tepelného záření tedy dochází především k zeslabení čistého toku tepelného záření z povrchu směrem vzhůru (absorpce na skleníkových plynech) a také k zesílení toku tepelného záření směrem dolů k povrchu (všesměrová re-emise, tedy částečně i směrem k povrchu). Tok záření směrem vzhůru to zeslabí, tok záření dolů naopak zesílí. A čím více je v atmosféře skleníkových plynů, tím výraznější tento efekt je. Na povrchu se tato energie tepelného záření pohltí, to zvýší teplotu povrchu a následně se zase vyzáří zpět do atmosféry jako tepelné záření. A tento proces může probíhat opakovaně, v mnoha cyklech. Velké množství energie se tak předává mezi atmosférou a povrchem tepelným zářením obousměrně, v jakémsi polouzavřeném cyklu. Polouzavřeném proto, že část energie, vyzářené povrchem nebo atmosférou odchází do kosmu. Tato ztráta energie se ale průběžně doplňuje energií krátkovlnného záření, absorbovaného povrchem a částečně i atmosférou. Právě absorpce tepelného záření, směřujícího vzhůru a jeho všesměrová re-emise tedy zeslabují čistý tok tepelného záření ze Země do kosmu a zesilují zpětné tepelné vyzařování z atmosféry k povrchu (skleníkový efekt).

K další výzvě pánů docentů

Pánové se na mě obrátili s výzvou: „Obracíme se na pana L. Metelku, od kdy a proč neuvažují tok dlouhovlnného záření emitovaného zemským povrchem.“. To je jen další nesmyslný požadavek pánů docentů. Do roku 2017 se na SOO Hradec Králové měřila pouze celková radiační bilance povrchu bilancometrem Schulze. Tedy nikoli jednotlivé složky radiační bilance, ale pouze bilance jako celek. Navíc tento bilancometr měřil zároveň ve viditelné i v infračervené oblasti spektra. Nebylo proto možné vyhodnotit z něj separátně intenzity přicházejícího versus odcházejícího záření a nebylo možné ani rozlišit, které záření bylo viditelné a které v infračervené oblasti spektra. Od roku 2017 se ale v Hradci Králové měří, mimo jiné, všechny složky radiační bilance odděleně (globální = dopadající krátkovlnné pyranometry CMP-21, odražené krátkovlnné pyranometrem CM-5, dopadající tepelné pyrgeometrem CGR4 a povrchem vyzařované tepelné pyrgeometrem PIR). Celkovou radiační bilanci z nich pak lze snadno spočítat [1]. Není tedy pravda, že neuvažujeme tok dlouhovlnného záření emitovaného zemským povrchem. Uvažujeme a měříme, stejně jako všechny jednotlivé složky radiační bilance povrchu. Tvrzení pánů docentů je tedy naprosto nesmyslné a nepravdivé.

Jedno problematické tvrzení ve stanovisku AVex 4/2020

Jediné problematické tvrzení ve stanovisku AVex vidím ale ve větě „A protože nižší vrstvy atmosféry jsou teplejší, převažuje vyzařování atmosféry směrem dolů k zemskému povrchu.“. Pokud totiž cosi s něčím srovnáváme (větší, teplejší, rychlejší,…) měli bychom vždy uvádět vzhledem k čemu nebo ve srovnání s čím. To tady není jasně uvedeno a může to vést k dezinterpretaci. Má to znamenat, že nižší vrstvy atmosféry jsou teplejší než ty vyšší? Pak ano, to je pravda. Pokud by to ale mělo znamenat, že nižší vrstvy atmosféry jsou teplejší než zemský povrch, to už by ve většině případů pravda nebyla.

Závěrem:

• Až na tu jednu nejasně formulovanou větu jsou tvrzení AVex 4/2020 v pořádku. Ze stanoviska nevyplývá žádné porušení termodynamických ani jiných fyzikálních zákonů.
• Námitky pánů docentů vyplývají jednoznačně z jejich nepochopení psaného textu a problematiky radiační a energetické bilance povrchu, terminologického zmatku a ve směšování pojmů „záření, přicházející k povrchu“ a „radiační bilance povrchu“. Není možné do záření, přicházejícího k povrchu, míchat tepelné vyzařování povrchu, protože to není „přicházející“ záření, ale záření „odcházející“ z povrchu. Stanovisko AVex přitom nikterak nepopírá existenci tepelného vyzařování z povrchu do atmosféry.
• Obvinění, že „Fyzikálně nepravdivé expertní stanovisko AVex 4/2020 rozvrací funkčnost ČR“ nebo že „Pomocí fyzikálních chyb zamlčujících toky tepla ze Země do atmosféry se CzechGlobe a další ústavy AVČR, a také ČHMÚ, snaží podvodem udržet význam klimatického cíle pokračujícího snižování emisí CO₂“ jsou naprosto nemístná a lživá a hodně za hranou slušnosti a odborné diskuse. Pánové obviňují kdekoho z rozvracení a podvodu a přitom sami jasně ukazují, že neznají ani naprosté základy klimatologie.

Oba pány tedy vyzývám, aby se za své lživé výroky o stanovisku AVex 4/2020 a za obvinění z podvodu na adresu CzechGlobe, AV ČR a ČHMÚ veřejně omluvili.

Literatura:

[1]: Vaníček et al.: Měření složek radiační bilance a dlouhodobé změny globálního záření v České republice. Sborník prací ČHMÚ, Sv. 61 , ČHMÚ Praha, 2015. ISBN 978-80-87577-51-6, ISSN 0232-0401.