Nemzetközi Éghajlatpolitika. 1. óra Az éghajlati rendszer február 14.

Átírás

1 Nemzetközi Éghajlatpolitika 1. óra Az éghajlati rendszer február 14.

2 Idő - A légkör jellemzőinek egy adott pillanatban mért állapota Időjárás - A légkör (főként a troposzféra) paramétereinek rövidtávon bekövetkezett változásai Klíma (éghajlat) - Az éghajlati rendszer (légkör és a vele érintkező geoszférak együttese) hosszú idő alatt (20-30 év) tanúsított szokásos viselkedése

3 Az éghajlati rendszer elemei Éghajlati rendszer: a légkl gkör és s a vele érintkezésben álló négy geoszféra (hidroszféra, krioszféra ra, kontinentális felszín és bioszféra ra) kölcsönhatásban álló együttese Légkör: az éghajlati rendszer központi komponense, annak leginkább instabil és legnagyobb változékonyságotot mutató része Állandó koncentráci ciójú gázok (N 2, O 2, Ar) Változó térfogatú gázok (CO 2, CH 4, O 3 ) Állandóan változv ltozó térfogatú gázok (CO, vízgv zgőz) z) Szilárd és cseppfolyós s részecskr szecskék (mind a beérkez rkező, mind a kimenő sugárz rzásátvitellel bonyolult és s térben t erősen változv ltozó kölcsönhatásban állnak)

4 Az éghajlati rendszer elemei A légkl gkör r hőerh erőgépként működik, m amely a meridionális irány mentén n eltérő intenzitással érkező szoláris hőt h t a levegő különböző skálájú mozgásainak kinetikus energiájává alakítja át. Ezeknek a mozgásoknak az együttese, az általános légkl gkörzés bonyolítja le az impulzusnak, a hőnek, h a légtl gtömegnek és s a víznekv azt a térbeli t átvitelét, t, amely az éghajlati állapotnak korlátos jelleget biztosít: t: a Föld F egyetlen pontján n sem alakul ki progresszív (tartósan egyirány nyú) ) változv ltozás.

5 Az éghajlati rendszer elemei

6

7 Az éghajlati rendszer elemei Hidroszféra ra: az összes felszíni és felszín alatti víz Az óceánok a Föld F felszínének nek ~71%-át t borítj tják, nagyn hőkapacitás (hatalmas energiát t tárolnak) t és tehetetlenség jellemzi Két t alapvető mozgásforma jellemzi vízkv zkörzését: Ekman-sodr sodrás (ennek egyik szakasza a Golf-áraml ramlás); a légkl gköri cirkuláci ció mozgatja) (400 m-ig, m 10%-a a a teljes óceáni víznek) v Termohalin cirkuláci ció (a tengervíz z hőmérsh rsékletének és s sótartalms tartalmának meridionális gradiense; az Atlanti- és s a Csendes-óce ceán n felszíni sótartamának asszimmetriája tart fenn) A világm gméretű óce ceáni száll llítószalag szintén n részese r a globális lis energiaegyensúly kialakításának

8 Ekman-sodr sodrás

9 Tengeráramlatok ramlatok rendszere

10 Az óceáni száll llítószalag

11 Az éghajlati rendszer elemei Az óceánok szén-dioxids nyelők k (~korlátlan tárolt roló lehetne, de a felsőbb és s a mélyebb m rétegek r között k lassú a keveredés) A becslések sek szerint a világtenger jelenleg évente 1, g szénnel egyenért rtékű szén-dioxidot vesz fel, ami a fosszilis tüzelt zelőanyagok eléget getéséből l származ rmazó antropogén légköri szén-dioxid kibocsátás s mértm rtékének jelenleg közel k 30%-a A tengeri üledék k oxigén-izot izotópos vizsgálata lehetőséget nyújt többszt bbszázezer zezer évvel ezelőtti idők k hőmérsh rsékleti viszonyainak a feltárására. ra.

12 Az éghajlati rendszer elemei Krioszféra ra: sarki jégmezők, gleccserek, felszíni hó, tengerjég A Föld F édesvíz-készletének 80%-át t tartalmazzák Beérkez rkező sugárz rzás visszaverése se Nagy a termikus tehetetlensége, alacsony a hővezeth vezető képessége Mélytengeri cirkuláci ció kormányz nyzása A jégmezj gmezők k mélyebb m rétegeibe r záródott z levegőbubor buborékok kémiai k analízise régmr gmúlt korok légkörének összetételét t tárja t elénk, a jégben j levő oxigénizot nizotópok ( 18 O és 16 O) aránya pedig az összetételhez telhez tartozó hőmérsékletet adja meg.

13

14 Az éghajlati rendszer elemei Kontinentális felszín Vegetáci ció és talajfelszín n hatása (albedó) Érdesség Aeroszolok forrása Bioszféra ra: az élet színtere a FöldF ldön Növényi populáci ció (tenger és szárazf razföld) Befolyásolja az üvegházgázokzok biokémiai körforgalmát A légkl gkör r hatása a flórára ra fosszíli liákként,, fák f évgyűrűiként és s pollenmaradványokk nyokként nt őrződik meg, és s igen sok ismeret, amivel az elmúlt lt korok éghajlatáról rendelkezünk, nk, ilyen biotikus indikátorok nyomán n került napvilágra.

15

16 Az éghajlati rendszer elemei A felszíni geoszféráknak léteznek l elemei, amelyek meteorológiai kontextusban nem lépnek l kölcsönhatásba a környezetk rnyezetükkel. Ilyen példp ldául a domborzat, amely mindig egyirány nyú hatást fejt ki a légkl gkör r viselkedésére. Ugyanebből l a megfontolásb sból l klasszikus értelemben nem tekintjük k a bioszféra részr szének sem a faunát, sem az emberiséget DE! az emberi tevékenys kenység napjainkra a figyelem középpontjk ppontjába került éghajlatalakító- tényező rangjára emelkedett.

17 Forrás: Götz G., 2004

18 Éghajlatalakító-tényezők Napsugárz rzás termikusan gerjesztett rsz. Potenciális éghajlatalakító tényező: minden olyan hatás, amely a légkl gkör r felső határához hoz érkező napsugárz rzás s intenzitását, t, a légkl gkörön n belüli li sugárz rzásátvitel feltételeit, teleit, az energiabevétel felszínhez közeli k térbeli t elrendeződését periodikusan vagy véletlenszerv letlenszerűen en módosm dosítja. Az éghajlati rendszer állapota a változv ltozó tényezőkhöz történő állandó igazodás s folyamatát t mutatja.

19 Éghajlatalakító-tényezők Wien-féle eltolódási törvt rvény: az absz.. fekete test hőm i h sug ának színk nképében a T hőm enh a max.. intenzitásnak megfelelő hullámhossz. és s a T absz.. hőm. h fordítottan arányosak λ max a ~ 2880 mmk Napálland llandó: a főként f 0,15 µm-től l 4,0 µm-ig terjedő hullámhossztartom mhossztartományba eső,, maximális intenzitását t 0,47 µm m körül k l elérő napsugárz rzásból l a légkör r felső határának egységnyi gnyi felület letére merőlegesen érkező átlagos hőáramsűrűség. Értéke jelenleg 1370 Wm 2 körül l van. = a T

20 Forrás:

21 Éghajlatalakító-tényezők A Nap sugárz rzásából l a szferikus felszín n minden m 2 -ére: 1370/4 = 342 W energia jut. Ennek az energiának nak a 31%-át t a légkl gkör, a felhőzet és s a földfelszín n azonnal visszaveri az űrbe a rendszerben maradó hányad (235 Wm 2 ) egy részr szét t a légkör r nyeli el, többst bbsége (168 Wm 2, a beérkez rkező napsugárz rzás 49%-a) a Föld F felszínét t melegíti. A felszín n ezt a hőt h t a láthatl tható fény hullámhossz mhosszánál l nagyobb hullámhossz mhosszúságú infravörös s sugárz rzás, érzékelhető hő és s a vízgv zgőz z kondenzáci ciója során n felszabaduló látens hőh formájában juttatja vissza a légkl gkörbe. A Föld F felszíne és s a légkl gkör r között k lebonyolódó energiacsere a globális lis felszíni középhk phőmérsékletet jelenleg ~14,5 C-os értéken tartja. Ez az érték k a magassággal ggal rohamosan csökken; a tropopauzánál az átlagos hőmérsh rséklet 58 C.

22 Az éghajlati rendszer globalis évi átlagos energiaegyensúlya

23 Egyensúlyi klíma maállapot Stacionárius klíma maállapot kialakulásához egyensúlynak kell beállnia az éghajlati rendszer által nyert napsugárz rzás és s a rendszer által a világűrbe kibocsátott infravörös s sugárz rzás s között. k Ehhez 235 Wm 2 energiát t szüks kséges kisugároznia, ami 19 C értékű effektív v emissziós hőmérsékletnek felel meg. A felszín n magasabb hőmérsékletét t azok a légkl gköri gázok g idézik elő, amelyek az infravörös s kisugárz rzás s jelentős s részr szét elnyelik, majd minden irányban (így( a felszín n felé is) ismét t kisugározz rozzák. Ezt a mechanizmust természetes üvegházhatásnak nevezzük.

24 Energiaegyensúly sematikus ábrája

25 Bejövő sugárzás a Napból Napfelszín hőmérséklete ~6000 K A Föld F hőmérsh rsékleti kisugárz rzása Földfelszín n hőmérsh rséklete ~288 K

26 Egyensúlyi klíma maállapot Egyensúlyi klíma maállapotban tehát t a légkl gkör r felső határánál l a beérkez rkező és s a világűr r felé irányul nyuló hőáramsűrűség átlagos különbsége nulla. Ha a napsugárz rzás s vagy a földsugf ldsugárzás s intenzitásában változás s következik k be, akkor az egyensúly megbomlik, és a rendszer számára energiatöbbletet eredményez nyező pozitív, vagy energiaveszteséget get jelentő negatív v nettó hőáram alakul ki. Ezt a kiegyensúlyozatlans lyozatlanságot a felszín troposzf troposzféra ra rendszerre ható, Wm 2 egységben gben kifejezett sugárz rzási kényszerként nt definiáljuk. A sugárz rzási egyensúlyt a klíma maállapotnak az új j feltételekhez telekhez történő igazodása állítja vissza.

27 Az éghajlat kényszerített változékonysága Hőegyenleg megváltoz ltozása sugárzasi kényszer Külső kényszerek: : természetes (pl. a napsugárz rzás változása, vulkánkit nkitörés) és antropogén Belső éghajlatalakító mechanizmus egyensúlyra való törekvés

28 Az éghajlat kényszerített változékonysága A természetes külsk lső kényszerek: - extraterresztrikus: a napsugárz rzás s változv ltozékonysága és s a Föld F orbitális paramétereinek ingadozása, pl: - a napálland llandónak nak a 11 éves napfoltciklust kísérők változása ±0,2 Wm 2 ; - a Nap fejlődésével a teljes kisugárz rzás s intenzitása lassan növekszik. Ennek hatását t az 1645 és s 1715 közötti k (az ún. Maunder-minimum minimum) ) időszak szakához viszonyítva, +0,7 Wm 2 - a Föld F a Nap körüli k pályp lyájának lapultsága, az excentricitás s a földtörténet során n mindig igen kicsiny (<0,07) volt, ±0,2% - - terresztrikus: - vulkántev ntevékenység

29 Az éghajlat kényszerített változékonysága A sugárz rzási kényszerhez k vezető antropogén hatások: az ipari forradalomtól l számottev mottevő külső éghajlatalakító tényezők: az emberi tevékenys kenység g a természetes üvegházhatást fokozó gázok kibocsátásával, aeroszol részecskr szecskék k levegőbe juttatásával, a természetes felszín átalakításával képes k nem szánd ndékos módon módosm dosítani a légkl gkörön n belüli li sugárz rzásátvitelt.

30 Az éghajlat kényszerített változékonysága antropogén hatások Az antropogén eredetű üvegházgázok zok 1750-es évektől l az ezredfordulóra ra bekövetkezett növekedn vekedése együttesen +2,43 Wm 2 értékű globális lis átlagos sugárz rzási kényszert k fejt ki. Ennek 60%-a a (+1,46 Wm 2) a légkl gkör r szén-dioxid koncentráci ciójának mindenekelőtt a fosszilis tüzelt zelőanyagok eléget getése nyomán n több t mint egyharmaddal törtt rtént megnöveked vekedéséből l származik. Az üvegházhatású gázok között k külön k n említést érdemelnek a légkörből l korábban teljesen hiányz nyzó halogénezett szénhidrog nhidrogének nek (a freonok), amelyek amellett, hogy intenzíven abszorbeálj lják az infravörös s sugárz rzást, előid idézői i a sztratoszferikus ózonritkulás veszélyes folyamatának.

31 Az éghajlat kényszerített változékonysága antropogén hatások Direkt sugárz rzási kényszerkk nyszerként nt a légkl gkörben lebegő kicsiny cseppfolyós és s szilárd aeroszol részecskr szecskék k bizonyos típusai t a napsugárz rzás s egy részr szét t visszaverik a világűrbe, ami részben (sőt, helyileg és átmenetileg akár r teljes mértékben) ellensúlyozhatja lyozhatja a fokozott üvegházhatást. Rövid légkl gköri tartózkod zkodási idejük k révén r n azonban ez a sugárz rzási kényszer k térben t és s időben igen változv ltozó. Léteznek aeroszolok (péld ldául a korom), amelyek elnyelik a napsugárz rzást, lokálisan lisan melegítve a légkl gkört, vagy elnyelnek és s az infravörös s tartományban kisugároznak, +0,2 Wm 2 - rel járulva j hozzá az üvegházhatás s fokozásához.

32 Az éghajlat kényszerített változékonysága antropogén hatások Indirekt hatásk sként az aeroszol részecskr szecskék k mint kondenzáci ciós s magvak a felhőcseppek számát, sűrűségét s és méretét t befolyásolj solják, megváltoztatva ezzel a felhőzet optikai tulajdonságait, ami mai ismereteink szerint összességében igen bizonytalan értékű, 0,3 és 1,8 Wm 2 közötti sugárz rzási kényszert k eredményez.

33 Az éghajlat kényszerített változékonysága antropogén hatások A földhasznf ldhasználat lat (péld ldául a trópusi esőerd erdők irtása, vagy az elsivatagosodással ssal járó túllegeltetés) mint antropogén éghajlatalakító- tényező elsősorban sorban a felszíni albedó növekedését okozva jelenik meg. Az ehhez kapcsolódó sugárz rzási kényszert k 0,2 Wm 2 -re becsülik, és ennek az értéknek mintegy a fele az emberiség történetének nek utolsó,, iparosodott korszakában alakult ki.

34 Az éghajlat szabad változv ltozékonysága A természetes és antropogén eredetű külső éghajlatalakító- tényezők által keltett kényszerített klímam mamódosulás mellett az éghajlati állapot viselkedésének meghatároz rozó vonása a természetes szabad változv ltozékonyság. Ez a rendszer komponensei között k kialakuló nemlineáris kölcsönhatásokkal (visszacsatolásokkal), sokkal), illetve az aperiodikus (kaotikus) jellegű szabad változv ltozékonysággal függ össze. Mindaz a bizonytalanság, ami a múltbeli m klímav maváltozások és a napjai ainkban megfigyelt éghajlati tendenciák k oksági magyarázat zatát, t, tovább bbá egy jövőbeli j klíma maállapot projektálását (feltételes teles előrejelz rejelzését) övezi, a természetes éghajlatalakító-tényezőknek legnagyobbrészt erre a belső mechanizmusára vezethető vissza.

35 Az éghajlat szabad változv ltozékonysága A belső éghajlatalakító mechanizmus különbk nböző tényezőit sorra véve, v ve, a klímadinamika egyik dilemmája, hogy az antropogén eredetű üvegházgázok zok által 1750 óta keltett sugárz rzási kényszer miként realizálódott: az energiabevétel többletének hányad h része r fordítódott dott a felszín hőmérsékletének emelésére, illetve mennyi az a hő,, amely napjainkban az óceánban tárolt rolódik, és amelyet nem-realizálódott melegedés néven szokás s emlegetni.

36 Visszacsatolások sok

37 Aperiodikus szabad változv ltozékonyság Az aperiodikus szabad változv ltozékonyság: Földünk két k t hatalmas geofizikai folyadék k entitásának, nak, a légkl gkörnek és s a világóce ceánnak a modelljei a nemlineáris dinamikai rendszereknek ahhoz a népes n családj djához tartoznak, amelynek inherens belső tulajdonsága a kaotikus viselkedés. s. A szabad változv ltozékonyság értéktartománya a fizikailag megengedett összes állapotra kiterjed, lehetővé téve azok eltérő gyakoriságú bekövetkez vetkezését. t. A modellszámítások sok eredményeit a valós s légkl gkörre értelmezve, ezért még m g az olykor szokatlanul halmozódó extrém m időjárási események, vagy az éghajlati idősorokban jelentkező,, tartósabban egyirány nyú trendek is lehetnek olyan folyamatok, amelyeket nem külső éghajlatalakító kényszerek váltanak v ki.

38 A felszíni hőmérséklet emelkedése még m g a szabad belső változékonyságon belül l van, vagy már az antropogen kényszer hatása sa? A mérések m szerint a globális lis felszíni középhk phőmérséklet a 20. század zad során +0,6 ± 0,2 fokkal változott, v amit a tengerszint 0,1 0,2 0,2 m-m es emelkedése kísért. k A melegedés s jelentős s része r két k t szakaszban, 1910 és s 1945 között, valamint 1976 után n következett k be óta az hét h legmelegebb esztendő az utolsó tíz évben fordult elő. Joggal vetődik fel tehát t a kérdk rdés, hogy mindez még m g a szabad belső változékonyság g keretén n belül l törtt rtént-e, vagy az antropogén külső kényszer által keltett jel esetleg már m a természetes viselkedés s kaotikus zajszintje fölé emelkedett?