1 / 55

Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5

Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5. Krzysztof Markowicz Instytut Geofizyki Uniwersytet Warszawski kmark@igf.fuw.edu.pl. System klimatyczny.

lei
Download Presentation

Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Fizyka Pogody i KlimatuWykład 5 Krzysztof Markowicz Instytut Geofizyki Uniwersytet Warszawski kmark@igf.fuw.edu.pl

  2. System klimatyczny • System klimatycznyto złożony układ składający się z pięciu elementów: atmosfera, hydrosfera, kriosfera, biosfera i powierzchnia ziemi między którymi zachodzą interakcje. • System klimatyczny jest pod wpływem wewnętrznej dynamiki oraz zewnętrznych zaburzeń (np. aktywność Słońca). • Procesy klimatyczne - to procesy fizyczne zachodzące w systemie klimatycznym prowadzące do zmian klimatu. Najczęściej zalicza się do nich obieg energii, cykl hydrologiczny oraz cyrkulację powietrza. Determinują one zarówno naturalne i antropogeniczne zmiany w systemie klimatycznym.

  3. Składniki systemu klimatycznego Obieg węgla Obieg wody i energii połączenie chaotyczne nieliniowe Dynamika atmosfery i oceanu Reakcje chemiczne w atmosferze

  4. Badania klimatu monitoring zmienności wymuszanie odpowiedz konsekwencje predykcja Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  5. Monitoring zmian klimatycznych Naziemna sieć pomiarowa Pomiary oceaniczne (statki, dryftery, platformy) Pomiary aerologiczne w swobodnej atmosferze Pomiary satelitarne

  6. Zmiany średniej temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi w ostatnich 100-150 latach "HadCRUT3". Met Office Hadley Centre for Climate Change, U.K.

  7. Na postawie 10-ciu rekonstrukcji opublikowanych w latach 1998-2005

  8. Zmiany Globalnew XX wieku 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  9. Globalne zmiany temperatury w atmosferze i na powierzchni Ziemi 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  10. Zmiany klimatu w Polsce Zmiany temperatury w Polsce za ostatnie 50 lat pokazują , że klimat się ociepla! 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  11. Obserwuje się rosnący trend prędkości wiatru i silniejszą cyrkulację strefowa. 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  12. Zmiany albeda planetarnego nad Polską pokazują, że w ostatnich 20-latach atmosfera pochłania 1-2% więcej promieniowania słonecznego 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  13. Tendencja spadkowa całkowitej zawartości pary wodnej w atmosferze. 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  14. Wymuszenie radiacyjne wymuszenie FTOA(Ro, Teff, T) Fo stałą słoneczna Fo/4 TeffσT4 Ro /4 W stanie równowagi: Fo (1-Ro)/4=TeffT4 Ro - planetarne albedo 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  15. Bilans na górnej granicy atmosfery wynosi +0.9 W/m2. Odchylnie od stanów równowagowego jest bardzo małe i stanowi zaledwie 0.25% strumienia promieniowania dochodzącego od Słońca. Bilans energii na powierzchni Ziemi jest również dodatni i wynosi około 0.9 W/m2. Oznacza to, że bilans w atmosferze jest zerowy. 17

  16. Przyczyny zmian klimatu Efekt cieplarniany Efekt aerozolowy (bezpośredni i pośredni) Zmiany cyrkulacji termo-halinowej w oceanach Wybuchy wulkanów Zmienność aktywności Słońca Zmiany w ozonosferze Inne 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  17. Efekt cieplarnianyZmiany koncentracji CO2 Podwojenie CO2 (2050 rok) prowadzi do wymuszania radiacyjnego +4W/m2. 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  18. Efekt cieplarniany

  19. S/4 (1-A) S/4 (1-A) 240 240 240 240 T=Te=255K 240 240 240 480 240 Ts4 Ts4 Ts= 303 K Ts=255K No Atmosphere With a Black Atmosphere in the LW Only Prosty model efektu cieplarnianego

  20. Termiczny wymiar efektu cieplarnianego- przybliżony model. gazy cieplarniane procentowy wkład koncentracja para wodna 20.6 62.1% 30 ppvt CO2 7.2 21.7% 350 ppmv 03 2.4 7.2% 50 ppbv N20 1.4 4.2% 320 ppbv CH4 0.8 2.4% 17 ppbv freony <0.8 2.4% 1 ppbv efekt cieplarniany 33.2 T 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  21. Dlaczego trudno jest oszacować termiczny wymiar efektu cieplarnianego. • Problemem jest wyznaczenie średniej temperatury powietrza przy powierzchni ziemi w przypadku gdyby w atmosferze nie było gazów cieplarnianych. • Wynika to głównie ze względu na zmiany albeda planetarnego. Z jednej stronie nie byłoby chmur (mniejsze albedo), a z drugiej ze względu na dużo niższą temperaturę albedo powierzchni ziemi byłoby znacząco wyższe. Oba efekty można uwzględnić jedynie w symulacjach modelami klimatu. • Znacznie łatwiej można oszacować wymuszanie radiacyjne związane z gazami cieplarnianymi. Wymaga to jedynie obliczeń modelami transferu radiacyjnego.

  22. Symulacja zmian klimatu związana z usunięcie wszystkich gazów cieplarnianych Lacis et al., 2010

  23. Rozkład południkowy temperatury powierzchni Ziemi po usunięciu GHG Porównanie efektów cieplarnianych na różnych planetach Lacis et al., 2010

  24. Nieliniowy pływ gazów cieplarnianych na bilans energii. CH4 N2O CFCs CO2 wymuszanie koncentracja

  25. Wpływ zmian aktywności Słońca Zmiany stałej słonecznej (pomiary satelitarne) • Zmiany liczby plam słonecznych (pomiary naziemne) Zmiany są zbyt małe aby wytłumaczyć nimi globalne ocieplenie obserwowane w drugiej części XX wieku. Dodatkowo, okres tych zmian krótki w porównaniu ze stałą czasowa systemu klimatycznego aby mogły one prowadzić do istotnych zmian klimatycznych. 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  26. AEROZOLE Zanieczyszczenia atmosfery zwane inaczej aerozolamito małe cząstki stałe lub ciekłe powstające w sposób naturalny oraz w wyniku działalności gospodarczej człowieka. • Rodzaje aerozoli: • sól morska • drobiny piasku • pyły (wulkaniczny) • fragmenty roślin • sadza (elemental carbon), organic carbon • siarczany, azotany • związki organiczne i nieorganiczne Aerozole naturalne. Aerozole antropogeniczne 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  27. Wielkość i kształt cząstek aerozolu 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  28. Aerozol widoczny z kosmosu 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  29. Podział aerozoli ze względu na ich rozmiar • W rozkładzie wielości aerozoli wyróżniany 3 charakterystyczne grupy cząstek: • cząstki Aitkena (nucleation mod), r<0.05 m • cząstki małe (accumulation mod), 0.05<r<0.5 m • cząstki duże (coarse mod), r>0.5 m • Szczególnie istotne znaczenie w atmosferze z klimatycznego punktu widzenia mają ostatnie dwa typy cząstek. 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  30. Produkcja aerozoli produkcja mechaniczna (powstawanie soli morskiej podczas załamywania fal morskich czy wynoszenie pyłu pustynnego w czasie burz pyłowych) spalanie biomasy spalanie przemysłowe (pyły, gazy) konwersja gazu do cząstek np. do kwasu siarkowego czy azotowego 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  31. Usuwanie aerozoli z atmosfery Sucha depozycja Sedymentacja – osiadanie grawitacyjne (efektywnie usuwane tylko duże cząstki) Wilgotna depozycja (wymywanie przez krople chmurowe lub krople deszczu). Efektywne usuwanie cząstek z klasy akumulacyjnej 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  32. Zawartość aerozolu w atmosferze 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  33. Jak bada się wpływ aerozoli na klimat? Monitoring zanieczyszczeń atmosfery oraz podstawowych parametrów meteorologicznych (pomiary naziemne oraz satelitarne, sondowanie atmosfery) Obserwacje składowych bilansu promieniowania słonecznego oraz długofalowego Modelowanie zmian klimatu – modele klimatu Badania eksperymentalne – kampanie polowe 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  34. Wpływ aerozoli na klimat Ziemi Efekt bezpośredni (poprzez rozpraszanie i absorpcję promieniowania w atmosferze) Efekt pośredni (poprzez oddziaływanie aerozolu na własności mikrofizyczne chmur) 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  35. Bezpośredni wpływ aerozoli na klimat wzrost albeda planetarnego wzrost absorpcji w atmosferze warstwa aerozolu redukcja promieniowana słonecznego dochodzącego do powierzchni ziemi 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  36. Bilans Energii w Atmosferze Bilans radiacyjny w atmosferze –100 Wm-2 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  37. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . większe albedo Stratocumulus . . . . . . . . . . . :: . . . . . . . . . . :: . . . . :: :: . . . . . . . . . . :: . . . . . . . . . . . . . . . . :: :::: :: Większa koncentracja kropel, Mniejszy promień re :: . . Pośredni wpływ aerozoli – ślady statków Pawłowska, 2005 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  38. Efekt bezpośredni -prosty model radiacyjny  - grubość optyczna aerozolu  - albedo pojedynczego rozpraszania - cześć promieniowania rozpraszania wstecznie Dla molekuł =0.5 Dla aerozoli  (0.1 – 0.2) Transmisja przez warstwę aerozolu Odbicie od warstwy aerozolu Rs 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  39. Promieniowanie wychodzące z atmosfery: Zmiana albeda planetarnego przez aerozol: Rs 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  40. Dla <<1 ; średnia wartość 0.1-0.2 dla > c Rs>0 : ochładzanie dla < c Rs<0 : ogrzewanie wartość krytyczna  dla której Rs =0 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  41. tak więc aerozole nad ciemną powierzchnią ziemi zawsze ochładzają klimat. aerosole nad bardzo jasnymi powierzchniami (śnieg) ogrzewają klimat. w przypadku pośrednim ochładzanie bądź ogrzewanie zależy od własności optycznych aerozoli oraz własności odbijających podłoża. jednak zawsze obecność aerozoli prowadzi do redukcji promieniowania przy powierzchni ziemi a zatem ochładzania. TOA 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  42. Globalne zaciemnienie w XX wieku. 8/20/2014 Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

  43. Wpływ chmur na klimat • Chmury pokrywają około 50% powierzchni Ziemi, dlatego, też są one bardzo ważne z klimatycznego punktu widzenia. • Chmury zwiększają albedo planetarne od 14 do 30%. • Z drugiej zmniejszają ucieczkę promieniowania długofalowego w przestrzeń kosmiczną zapobiegając w ten sposób utracie energii. • Wpływ chmur na klimat zależy od ich własności optycznych oraz temperatury.

  44. Wymuszanie radiacyjne chmur

  45. Wpływ transportu lotniczego na klimat IPCC 1999 Całkowite wymuszanie radiacyjne związane z transportem lotniczym jest dodatnie (w szczególności również smugi kondensacyjne). 19.07.2005 Krzysztof Markowicz IGF-UW 47

  46. Updated Aviation Radiative Forcing for 2000 Sausen et al., 2005 19.07.2005 Krzysztof Markowicz IGF-UW 48

  47. Wymuszanie radiacyjne chmur: SW -52.9 W/m2 LW 20.5 W/m2 NET -32.4 W/m2

  48. Chmury wysokie ogrzewają a niskie chłodzą… Th Albedo 10-30% Albedo 60-80% Tl Ts TsTl Ts>> Th

More Related