Látogatás a BGU-n: jégkorszakokról a sivatagban

Átírás

1 Látogatás a BGU-n: jégkorszakokról a sivatagban Márfy János ELTE Elméleti Fizikai Tanszék Probléma felvetése: A I mechanizmus: Amit eddig a jégkorszakokról megtudtunk. Mire keressük választ? A külső hajtás problematikája Milankovitch- ciklusok Belső oszcilláció? Modellek: Boxmodell D modell

2 Az elmúlt 8 ezer év a lineáris válasz csődje nagyságrendje: 8 C OK! Hiányzó 1 ezer éves csúcs a besugárzás spektrumában! Honnan származik? nemlineáris energiaátvitel a magasabb frekvenciák felől az alacsonyabbak irányában ummer solstice Nagy frekvenciájú hatások összegződnek? threshold modell átlagolás

3 Problémák a Milankovitch elmélettel Nemlineáris válasz a hajtásra: threshold + 3 állapot (evidenciák?) átmentek: i g ; g G V ; G i tiltott átmenetek Folytonos változat, egyszerű relaxáció: dv dt 1 1 ( VR V ) τ R τ I( t) (inicializáció);, ;,,, 1,5,5 kyr! J I( t) J max J J További probléma: észak-dél szinkronizáltsága F D. Paillard, Nature 391, 378 (1998)

4 Belső dinamika: karakterisztikus időskálák relaxációs idő: δ E τ J E Látens hő (olvadás) Egyéb tényezők: meridionális hő- és nedvességtranszport (csapadék) D modellekben ez az átlagolás miatt kiesik (kézzel kell betenni) hőmérséklet nyomás gleccserek dinamikája csak vertikális áramok!

5 Belső hajtás: a I mechanizmus Mi hozza létre az oszcillációt? Visszacsatolási mechanizmus: Hőmérséklet csapadék jég albedo Hogy lesz ebből határciklus (oszcilláció, nem fixpont)? kapcsoló dp ω x dt dx p dt p x τ τ g + τ d V P V + g P d τ g >> τ d V V max V min rg Pg > V min Minimál modell: Csatolt légkör-óceán-krioszféra meridionális hő-és nedvességtranszport rd Pd < V max

6 I mechanizmus: boxmodell Óceán modell Zonálisan átlagolt hidrodinamikai egyenletek ( zonális áramlás hatása: örvényes diffúzió) Boussinesq- közelítés, hidrosztatika, momentum átvitel: 1 ρ 1 ρ v y p z p rv y w + z g ρ ρ + állapotegyenlet:, felszíni áramok: v u gd ρ rh ρl D y ρu + D y l l u A többi sebesség az anyagmegmaradás következménye! H. Gildor, E. Tziperman, J. Geophys. Res. 16, 9117 (1) légkör óceán Prognosztikai egyenletek T,-re (termodin. I főfétele és anyagmegmaradás): advekció és diffúzió + források! T t t + ( vt) + y + ( v) + y ( wt ) z ( w) z K K h h T y y + K + K v v T z z Q + + Q T + Q ρ C V pw + Q sea ice T u sea ice + Q land ice 1

7 I mechanizmus: boxmodell Óceán modell Forrásokra egyszerű lineáris parametrizáció (relaxáció): ~ 1 nap; ~ 1 nap; m; C, : a légkör modellből ea ice modell dv dt si si QT ρ L si f + P on ice Q Q Q Q Q T sea ice T sea ice land ice ρc pwv τ ρ C τ Q ρ pw si u sea ice T sea ice ( P E) LI ( T V sink u L f ( T V u / V sea ice u / V T ) f u ow T ) + f si γ Dsi Légkör modell Egyszerű energy-balance modell: C T T ( 1 α)(1 αcloud ) J + KT εσt 4 t y Q T α f L + (1 f ( f α + (1 f L li )( f li si si li α + (1 f ) α ) + l si ) α ) o

8 I mechanizmus: boxmodell Légkör modell, nedvesség-transzport Anyagmegmaradás: R. ayag, E. Tziperman, M. Ghil Paleoceanography, 19 (4) q.7q q ( T ) ( T ) Aexp( B / T ) q t ρwg P ( ( P E) F ) mq q t P E F mq Erősen nemlineáris! F mq K mq T q Az átvitelt a légkör nagyskálájú folyamatai végzik Figyelembe lehet venni a zonális nedvességátvitelt is a poláris boxban: Fmq Kmq T q + K q f ow q

9 I mechanizmus: boxmodell R. ayag, E. Tziperman, M. Ghil Paleoceanography, 19 (4) Land-ice model dv dt li LI source LI ink Parabolikus profil: τ 3/ V ~ L li h( y) ( L y ) gρ LI h(y) NP y-l (~75 N) yl zárazföldi jég forrása: csapadék (hó) a gleccserekre LI source max(.5 f L, f li )( P E) Olvadás: hőmérséklet, nyomás, megnövekedett instabilitás (calving), ice runoff LI const (?) ink

10 Eredmények Modell eredmények: Konstans hajtás: 45,38,38,45 W/m Antarktiszon a jég kiterjedése az elmúlt 1- millió évben nem változott jelentősen Déli poláris boxban const (.37)

11 Eredmények Honnan jön az oszcilláció? tacionárius állapot: A rendszer relaxál, de a kapcsoló megváltoztatja stacionárius állapotokat van memória! Hógolyóföld? ( ) Energy balance modell gömbön, jéghatár: T C?

12 THC, DO-események Melyik hatás a dominálja a THC-t? hőmérséklet-, sótartalom-különbség gleccserek olvadéka, párolgás csökkenése tenger-jég olvadéka DO-események Rezonancia? Younger- Dryas

13 Érzékenységi vizsgálatok -t csökkentve, nő ( nem változik) ( ) visszacsatolás : amplitúdó nem, csak a periódus hossza változik (, nem) / arányt (aszimmetriát) befolyásolja ~ :,.15 ln(co /CO,ref ) CO,ref 8 ppm 3% változás az interglaciálisglaciális oszcillációk során:.3

14 Felbontás hatása, folytonos modell R. ayag, E. Tziperman, M. Ghil Paleoceanography, 19 (4) Kérdés: A hirtelen átmenetek, a nagy fáziskülönbség (land-ice sea-ice) nem a felbontás (45 ) következménye? folytonos modell (1.5 -os felbontás) Változtatások: prognosztikai egyenlet q-ra,, const, parabolikus profil az emisszivitásra, -ra vonatkozó egyenletben diffúzió is szerepel emisszivitás,. merid. hőátvitel, THC teady state: gleccserek határa66.4 v (4m/1 kyr tsz.-változás) 1 kyr ~4 kyr

15 A puding próbája: éves menet és a Milankovitch-ciklusok hatása

16 Milankovitch-ciklusok, phase locking

17 Phase locking, nemlineáris rezonancia E. Tziperman, M. Raymo, P.Huybers, C. Wunsch Paleoceanography, 1 (6) zakaszonként lineáris (D) modell I modell: dv dt ( p kv )(1 a ) η Nemlineáris rezonancia (phase locking): [ 1+ ( t) I( )] si + M t ω1 ω p q Mi szükséges hozzá? Nemlinearitás ( ), disszipáció (memória törlése ) 1. Precesszió dominált klíma: kyr p/q1/5: 1 kyr. Tengelydőlés által dominált klíma: kyr p/q/5 (1kyr)

18 Amire még választ várunk Újabb kérdések: (1) Fluktuációk nagyságrendje () Frekvencia-rezsim váltás (3) Aszimmetria (4) -3 millió éves trend (5) Észak-Dél szinkronizáltság Grönland teljes eljegesedése Aszimmetria mértéke