Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5 Krzysztof Markowicz Instytut Geofizyki Uniwersytet Warszawski

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5 Krzysztof Markowicz Instytut Geofizyki Uniwersytet Warszawski"— Zapis prezentacji:

1 Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5 Krzysztof Markowicz Instytut Geofizyki Uniwersytet Warszawski

2 System klimatyczny System klimatyczny to 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. 2

3 Składniki systemu klimatycznego połączeniechaotycznenieliniowe Dynamika atmosfery i oceanu Obieg węgla Obieg wody i energii Reakcje chemiczne w atmosferze

4 11/10/2013Krzysztof Markowicz Badania klimatu monitoring zmienności wymuszanie odpowiedz predykcja konsekwencje

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

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

7 Na postawie 10-ciu rekonstrukcji opublikowanych w latach

8

9 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Zmiany Globalne w XX wieku

10 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Globalne zmiany temperatury w atmosferze i na powierzchni Ziemi

11 Zmiany klimatu w Polsce 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Zmiany temperatury w Polsce za ostatnie 50 lat pokazują, że klimat się ociepla!

12

13 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Obserwuje się rosnący trend prędkości wiatru i silniejszą cyrkulację strefowa.

14 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Zmiany albeda planetarnego nad Polską pokazują, że w ostatnich 20-latach atmosfera pochłania 1-2% więcej promieniowania słonecznego

15 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Tendencja spadkowa całkowitej zawartości pary wodnej w atmosferze.

16 11/10/2013 Krzysztof Markowicz F o /4 T eff σT 4 F TOA ( R o, T eff, T) wymuszenie R o /4 W stanie równowagi: F o (1-R o )/ 4=T eff T 4 R o - planetarne albedo F o stałą słoneczna Wymuszenie radiacyjne

17 Bilans na górnej granicy atmosfery wynosi +0.9 W/m 2. 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/m 2. Oznacza to, że bilans w atmosferze jest zerowy. 17

18 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Przyczyny zmian klimatu Efekt cieplarnianyEfekt cieplarniany Efekt aerozolowy (bezpośredni i pośredni)Efekt aerozolowy (bezpośredni i pośredni) Zmiany cyrkulacji termo-halinowej w oceanachZmiany cyrkulacji termo-halinowej w oceanach Wybuchy wulkanówWybuchy wulkanów Zmienność aktywności SłońcaZmienność aktywności Słońca Zmiany w ozonosferzeZmiany w ozonosferze InneInne

19 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Efekt cieplarniany Zmiany koncentracji CO 2 Podwojenie CO 2 (2050 rok) prowadzi do wymuszania radiacyjnego +4W/m 2.

20 Efekt cieplarniany

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

22 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Termiczny wymiar efektu cieplarnianego- przybliżony model. gazy cieplarniane procentowy wkład koncentracja para wodna %30 ppvt CO %350 ppmv %50 ppbv N20N %320 ppbv CH %17 ppbv freony<0.82.4%1 ppbv efekt cieplarniany 33.2 T

23 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.

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

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

26 Nieliniowy pływ gazów cieplarnianych na bilans energii. koncentracja wymuszanie CFCs CH 4 N 2 O CO 2

27 11/10/2013 Krzysztof Markowicz 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.

28 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Zanieczyszczenia atmosfery zwane inaczej aerozolami to 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 AEROZOLE

29 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Wielkość i kształt cząstek aerozolu

30 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Aerozol widoczny z kosmosu

31 11/10/2013 Krzysztof Markowicz 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), 0.050.5 m Szczególnie istotne znaczenie w atmosferze z klimatycznego punktu widzenia mają ostatnie dwa typy cząstek.

32 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Produkcja aerozoli produkcja mechaniczna (powstawanie soli morskiej podczas załamywania fal morskich czy wynoszenie pyłu pustynnego w czasie burz pyłowych)produkcja mechaniczna (powstawanie soli morskiej podczas załamywania fal morskich czy wynoszenie pyłu pustynnego w czasie burz pyłowych) spalanie biomasyspalanie biomasy spalanie przemysłowe (pyły, gazy)spalanie przemysłowe (pyły, gazy) konwersja gazu do cząstek np. do kwasu siarkowego czy azotowegokonwersja gazu do cząstek np. do kwasu siarkowego czy azotowego

33 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Usuwanie aerozoli z atmosfery Sucha depozycjaSucha depozycja Sedymentacja – osiadanie grawitacyjne (efektywnie usuwane tylko duże cząstki) Wilgotna depozycja (wymywanie przez krople chmurowe lub krople deszczu).Wilgotna depozycja (wymywanie przez krople chmurowe lub krople deszczu). Efektywne usuwanie cząstek z klasy akumulacyjnej

34 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Zawartość aerozolu w atmosferze

35 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Jak bada się wpływ aerozoli na klimat? Monitoring zanieczyszczeń atmosfery oraz podstawowych parametrów meteorologicznych (pomiary naziemne oraz satelitarne, sondowanie atmosfery)Monitoring zanieczyszczeń atmosfery oraz podstawowych parametrów meteorologicznych (pomiary naziemne oraz satelitarne, sondowanie atmosfery) Obserwacje składowych bilansu promieniowania słonecznego oraz długofalowegoObserwacje składowych bilansu promieniowania słonecznego oraz długofalowego Modelowanie zmian klimatu – modele klimatuModelowanie zmian klimatu – modele klimatu Badania eksperymentalne – kampanie poloweBadania eksperymentalne – kampanie polowe

36 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Wpływ aerozoli na klimat Ziemi Efekt bezpośredni (poprzez rozpraszanie i absorpcję promieniowania w atmosferze) Efekt pośredni (poprzez oddziaływanie aerozolu na własności mikrofizyczne chmur)

37 11/10/2013 Krzysztof Markowicz warstwa aerozolu redukcja promieniowana słonecznego dochodzącego do powierzchni ziemi wzrost absorpcji w atmosferze wzrost albeda planetarnego Bezpośredni wpływ aerozoli na klimat

38 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Bilans Energii w Atmosferze Bilans radiacyjny w atmosferze –100 Wm -2

39 11/10/2013 Krzysztof Markowicz :: :: :::: :: Stratocumulus większe albedo Większa koncentracja kropel, Mniejszy promień r e Pośredni wpływ aerozoli – ślady statków Pawłowska, 2005

40 11/10/2013 Krzysztof Markowicz - grubość optyczna aerozolu - albedo pojedynczego rozpraszania - cześć promieniowania rozpraszania wstecznie Dla molekuł =0.5 Dla aerozoli (0.1 – 0.2) RsRs Transmisja przez warstwę aerozolu Odbicie od warstwy aerozolu Efekt bezpośredni -prosty model radiacyjny

41 11/10/2013 Krzysztof Markowicz RsRs Promieniowanie wychodzące z atmosfery: Zmiana albeda planetarnego przez aerozol:

42 11/10/2013 Krzysztof Markowicz dla > c R s >0 : ochładzanie dla < c R s <0 : ogrzewanie Dla <<1 ; średnia wartość wartość krytyczna dla której R s =0

43 11/10/2013 Krzysztof Markowicz tak więc aerozole nad ciemną powierzchnią ziemi zawsze ochładzają klimat.aerozole nad ciemną powierzchnią ziemi zawsze ochładzają klimat. aerosole nad bardzo jasnymi powierzchniami (śnieg) ogrzewają klimat.aerosole nad bardzo jasnymi powierzchniami (śnieg) ogrzewają klimat. w przypadku pośrednim ochładzanie bądź ogrzewanie zależy od własności optycznych aerozoli oraz własności odbijających podłoża.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.jednak zawsze obecność aerozoli prowadzi do redukcji promieniowania przy powierzchni ziemi a zatem ochładzania. TOA

44 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Globalne zaciemnienie w XX wieku.

45 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.

46 Wymuszanie radiacyjne chmur

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

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

49 Wymuszanie radiacyjne chmur: SW W/m 2 LW 20.5 W/m 2 NET W/m 2

50 Chmury wysokie ogrzewają a niskie chłodzą… ThTh TlTl TsTs T s T l T s >> T h Albedo 10-30% Albedo 60-80%

51 Chmury niskie: 1.Mają zbliżoną temperaturę do powierzchni ziemi więc mają niewielki wpływ na promieniowanie długofalowe emitowane przez powierzchnie Ziemi 2.Silnie odbijają promieniowanie słoneczne. 3.Efekt netto jest ochładzający – ujemne wymuszanie radiacyjne. Chmury wysokie: 1.Mają znacznie niższą temperaturę w stosunku powierzchni ziemi więc znacząco redukują promieniowanie długofalowe emitowane przez powierzchnie Ziemi 2.Słabo odbijają promieniowanie słoneczne. 3.Efekt netto jest ogrzewający – dodatnie wymuszanie radiacyjne.

52 11/10/2013 Krzysztof Markowicz

53 11/10/2013 Wymuszanie radiacyjne aerozoli w skali lokalnej

54 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Modelowane zmiany klimatu w obecnym stuleciu

55 11/10/2013 Krzysztof Markowicz Podsumowanie W skali globu efekt cieplarniany przewyższa znacząco wpływ aerozolu na klimat ale...W skali globu efekt cieplarniany przewyższa znacząco wpływ aerozolu na klimat ale... W skali lokalnej chłodzenie aerozolowe może kilka-krotne przewyższać efekt cieplarniany.W skali lokalnej chłodzenie aerozolowe może kilka-krotne przewyższać efekt cieplarniany. Wpływ aerozolu zależy od albeda powierzchni ziemi przez co ten sam typ aerozolu w różnych rejonach świata może ochładzać lub ogrzewać klimat.Wpływ aerozolu zależy od albeda powierzchni ziemi przez co ten sam typ aerozolu w różnych rejonach świata może ochładzać lub ogrzewać klimat. Ciągle zbyt mało wiemy o efekcie pośrednim (chmury)Ciągle zbyt mało wiemy o efekcie pośrednim (chmury) Niepewności oszacowanego obecnie (IPCC 2007) wymuszania radiacyjnego aerozolu jest bardzo duża co wpływa na duże błędy prognoz zmian klimatu.Niepewności oszacowanego obecnie (IPCC 2007) wymuszania radiacyjnego aerozolu jest bardzo duża co wpływa na duże błędy prognoz zmian klimatu. Ograniczanie emisji aerozoli przy jednoczesnych braku redukcji emisji CO 2 zwiększy w przyszłości wpływ efektu cieplarnianego na klimat.Ograniczanie emisji aerozoli przy jednoczesnych braku redukcji emisji CO 2 zwiększy w przyszłości wpływ efektu cieplarnianego na klimat.


Pobierz ppt "Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5 Krzysztof Markowicz Instytut Geofizyki Uniwersytet Warszawski"

Podobne prezentacje


Reklamy Google