FYZIKA KLIMATICKÉHO SYSTÉMU ZEME (KSZ), SKRÁTENÁ VERZIA

1. FYZIKA KLIMATICKÉHO SYSTÉMU ZEME (KSZ), SKRÁTENÁ VERZIA Milan LAPIN, FMFI UK, časť z podkladov k profesorskej inauguračnej prednáške 20.IX.2004 Text je na www.dmc.fmph.uniba.sk (kompletná verzia je u autora)

2. Prečo o KSZ ? • 1992 – UNCED v Rio de Janeiro – UN FCCC (Rámcový dohovor OSN o klimatickej zmene) • Hneď začalo spochybňovanie FCCC (náklady) • Pokročila analýza fyziky a chémie KSZ • Táto prednáška je akousi nadstavbou dvojsemestrálneho kurzu magisterského a prípravy prednášok doktorandského štúdia • V prednáške sa venujeme iba dôležitým, menej frekventovaným a novším faktom • Pozrite si text na www.dmc.fmph.uniba.sk obrázky sú väčšinou z Peixoto a Oort (1993), IPCC (2001) - stránky www.ipcc.ch a z iných podkladov podľa literatúry v texte

3. Energetická bilancia Zeme • Zemský povrch a dôležité hladiny • B = LE + H + Q – energetická bilancia, LE – tok tepla na výpar, H, Q – tok „cíteného“ tepla do atmosféry a pôdy • B = Ik.(1-Ak) – (Ez - EA.(1-Ad)) – radiačná bilancia zemského povrchu, Ik, EZ, EA – prichádzajúce krátkovlnné žiarenie, dlhovlnné vyžarovanie zemského povrchu/atmosféry • Ik = S+D – funkcia s významnými periódami 24 h, rok, 12 h, 6 dní, 0,5 roka a i., S,D – priame a difúzne prichádzajúce slnečné žiarenie • Ak a Ad – závisia od typu povrchu (aerosólu), od vlnovej dĺžky a uhla dopadu žiarenia (albedo) • Toky energie najmä turbulentným prenosom a advekciou v atmosfére a oceánoch majú väčšinou porovnateľný význam

4. Albedo A TMO S F É RA

5. Priemerné ročné albedo Zeme merané z výšky asi 200 km

6. Prichádzajúce Odchádzajúce Viditeľné Infračervené Charakteristické vyžarovanie Slnka a Zeme Kumulatívne absorpčné pásy na zemskom povrchu a vo výške 11 km Absorpčné pásy plynov: CH4, N2O, O2 a O3, CO2, H2O Dajú sa ľahko zmerať aj v laboratóriu Atmosférické okno pre vodnú paru je v páse 8,5 – 12 mm, tam majú iné radiačne aktívne plyny najväčší význam

7. Stredný tok absorbovanej prichádzajúcej krátkovlnnej radiácie na Zemi ako celku

8. Stredný tok odchádzajúcej terestriálnej dlhovlnnej radiácie zo Zeme ako celku

9. Stredný tok radiačnej bilancie na hornej hranici atmosféry Zeme

10. Stredný tok celkovej radiačnej bilancie na zemskom povrchu

11. Hustota toku slnečného žiarenia na hornej hranici atmosféry, hore relatívne čísla počtu slnečných škvŕnDolná krivka (1995 L) sa dnes považuje za spoľahlivejšiu ako horná (1993 H&S) Slnečné škvrny Mauderovo minimum 1993H&S Solárna konštanta 1995 L 1367 W.m-2

12. Zmeny v hustote toku slnečného žiarenia od roku 1750

13. Vplyv vulkanických erupcií

14. Vplyv hlavných skleníkových plynov na radiačné zosilnenie

15. Vplyv aerosólov – väčšinou spôsobujú radiačné zoslabenie

16. 1861-2003, odchýlky od priemeru 1961-1990Ročné priemery teploty vzduchu na Zemi (dole), vrátane oceánov a ľadovcov. Hore severná pologuľa, v strede južná pologuľaVýpočet je urobený po zvážení kvality meraní na jednotlivých stani-ciach (viac ako 200, teraz viac ako 1000)

17. Oceánická cirkulácia • Podľa Gibbovho teorému je termodynamický stav oceánu charakterizovaný tromi nezávislými premennými – teplotou, salinitou a tlakom • Stavová rovnica má teda vš. tvar r = r(T,S,p) • Dr=0,2 kg.m-3 ~ DT=1 °C ~ DS=0,02% • Obvyklé hodnoty r sú od 1000 do 1040 kg.m-3 • Hustota vody sa mení s hĺbkou, keďže v takom veľkom objeme musíme brať do úvahy aj stlačiteľnosť vody, Dp sú tam významnejšie ako DT • Pre uvedené príčiny má význam aj potenciálna teplota morskej vody

18. Podmienky THC na Zemi • THC – termohalinná oceánická cirkulácia • Je ovplyvnená teplotou a salinitou vody • Výsledkom je rôzna hustota vody (75% podiel na oceánickej cirkulácii, 25% atmosf. cirkulácia) • Na povrchu od 1021,0 okolo Indonézie po 1027,5 v Nórskom mori, v hĺbke 500 m od 1028,4 E od Číny po 1030,3 NW od Škandinávie • Pre oceány môžeme použiť v podstate tie isté rovnice ako pre atmosféru a modelovať cirkuláciu • Vplyvom cirkulácie sa udržuje aj charakteristická salinita hlbokomorských prúdov a určuje tak THC

19. Výsledkom je relatívna topografia geopotenciálnych výšok 1000 m vrstvy (v cm nad 1000 m)

20. ANIMÁCIA TERMO-HALINNEJ CIRKULÁCIE V OCEÁNOCH

21. Energetická interakcia atmosféry a oceánu v % prichádza-júceho žiarenia na hornú hranicu atmosféry v priemere 100% = 342 W.m-2 Planetárne albedo = 30% Odchádzajúce dlhovlnné žiarenie Atmosférické okno H2O

22. Interanuálne efekty • „Forced“ variabilita klímy má pravidelné cykly (1 a 6 dní, 12 a 6 mesiacov, 11 rokov je slabo vyjadrené) • Popri tom existujú objektívne iné cykly (QBO, ENSO, NAO, AO...), ktoré zrejme súvisia s oceánickou cirk. • QBO – skoro pravidelná zmena stratosférickej cirk., pôvod je asi v slnečnej radiácii, výmena medzi SH a NH • ENSO – 2 až 7 r. zmena v ekv. E Pacifiku, Walkerova cirkulácia a zmeny tlaku vzduchu (Darwin v N Austrálii a E Pacifik) • NAO – zmeny intenzity a smeru polárnej FZ v NW E • Indexy sa zostavujú väčšinou z korelačných koeficientov alebo z rozdielov tlaku vzduchu

23. Južná oscilácia v PacifikuKorelačný koeficient tlaku vzduchu v Darwine a na celej Zemi

24. Normálne podmienky priestorového rozloženia teploty povrchu Pacifiku Južná Amerika Austrália

25. Podmienky priestorového rozloženia teploty povrchu Pacifiku pri El-Niňo Južná Amerika Austrália

26. Podmienky priestorového rozloženia teploty povrchu Pacifiku pri La-Niňa Južná Amerika Austrália

27. Hodnoty SOI od roku 1881 dole – El-Niňo, hore – La-Niňa

28. Severoatlantická osciláciaKorelácia tlaku vzduchu na 65°N a 20°W a na celej Zemi • Popri 12- a 6-mesač-ných osciláciách exis-tujú viaceré cykly v poli tlaku vzduchu • Ovplyvňujú režim polárnych frontálnych porúch, atmosféric-kých zrážok a hydrolo-gickej bilancie v širo-kom okruhu • NAO predovšetkým v Škandinávii, v západ-nej a strednej Európe a v Stredomorí

29. TREND SEZÓNNYCH PC NAO Ivysoké indexy – veľa zrážok v Škandinávii a málo v Stredomorí, predovšetkým v zime (a od X do III)

30. Kompletné podklady sú u autora prednášky Náš web: www.dmc.fmph.uniba.sk Pri použití podkladov prosím citovať pôvodný zdroj alebo moju prednášku (ďakujem)