Klímaváltozások és az aktivista ész kritikája Rácz Zoltán

Átírás

1 Klímaváltozások és az aktivista ész kritikája Rácz Zoltán Institute for Theoretical Physics Eötvös University Homepage: general.elte.hu/~racz Problémakör: Kérdések: Változások nagysága és időskálája. Mi a szokatlan? Mi a veszélyes? Tudomány és társadalom: az aktivisták. Mi hajtja a klímát meghatározó folyamatokat? Energia- és energiaáram-skálák. A jégkorszakok problematikája. Modellek: Epilógus:. Galilei és a konszenzus a pápával. Kepler és Newton - a mechanika modellje. A klímamodellek problémái Üvegház jelenség és felhőképződés. Aktivisták, a véleményváltás valószínűsége, avagy léteznek-e boszorkányok?

2 Amit elődeink nem láthattak A Boreális erdő (taiga) szépsége: kb éve alakult ki

3 Boszorkányok és a kis jégkorszak W. Behringer: Witches and Witch-Hunt, A Global History E. Oster, J. Econ. Perspectives (2004). (Cambridge, 2004). Pápai bulla (1484): Boszorkányok képesek időjárásváltozást okozni. σ ~ elégetett boszorkányok száma átlag ~ hőmérséklet eltérése az átlagtól -σ év L. Reynmann (1514) Von warer erkantnus des Wetters (Igaz ismeretek az időjárásról) Mária Terézia Tisza szabályozása Balaton lecsapolása Következtetések: Boszorkányokról Klímakontrollról Központi beavatkozásról Racionalitásról Statisztika problémáiról

4 jelenleg Kontinensvándorlások és klímaváltozások

5 14 millió évvel ezelőtt

6 Az utolsó 5 millió év M.E. Raymo and K. Nisancioglu, Paleoceonography, 20, PA1003 (2003)?

7 Az utolsó 430 ezer év ice δt < 0 δd < 0 water Lassú hűlés Gyors melegedés (alacsony T-ről indulva!) T > 6 o C / 50y

8 Az utolsó 15 ezer év: észak és dél közötti különbség

9 Az utolsó 1000 év IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 1990 (forrás nélkül) IPCC 2001 (Mann et al.) Mann et al., PNAS, (2008)

10 Az utolsó 150 év IPCC A kis jégkorszak vége?

11 Interpretációk egy témára Myth #2: Global warming stopped ten years ago. K. Trenberth, Science, ápr. 16. Climate is not weather. The climate is the multi-decade average of the constantly changing state of the atmosphere. Natural variations can cause temperatures to rise and fall from year to year or decade to decade. Although global temperatures did not rise as quickly in the past decade as in previous ones, the most recent decade was the warmest on record. Q. Schiermeier Nature, jan 10.

12 Kinek mondhatjuk el az igazságot? JONES s CHRISTY July 5, The scientific community would come down on me in no uncertain terms if I said the world had cooled from OK it has but it is only 7 years of data and it isn't statistically significant txt És hogyan interpretáljuk magunknak? K. Trenberth s M. Mann October 15, Where the heck is global warming? The fact is that we can t account for the lack of warming at the moment and it is a travesty that we can t. The CERES data shows there should be even more warming: but the data are surely wrong. Our observing system is inadequate.

13 Nature 463, 21 January 2010

14 Greenland az előző meleg periódusban NEEM Community Members, Nature 493, (2013) hőmérsékletváltozás +8C évvel ezelőtt -350m évvel ezelőtt évvel ezelőtt 2500m (a jégmező magassága)

15 Ice extent at Arctic and Antarctic

16 Mit szeretnénk megérteni (kiszámítani)? t > év: erős ~ éves periódus gyengébb ~ éves period Irányítottság Fűrészfog: lassú hűlés, gyors melegedés t < év: ~ éves periódus eltűnik ~ éves periódus dominál Észak és Dél ~ szinkronizáció Fluctuációs spektrum folytonos S(ω) ~ ω -1.8 ~ ω -2.2

17 Jégkorszakok és a pályaexcentricitás M. Milankovich (1930) r J E ~ 1/ r 2 δj J E E ~ C δt 0 F 0.07 C Problémák: (1) két nagyságrend hiányzik (2) éves periódus J E J E at F + δ J a( T + δt ) F E 4 F 4 δtf 1 δj T 4 J F E E

18 Napsugárzás intenzitása a jéghatáron W. H. Berger, Int. Journ. Earth Sci. 88, 305 (1999) J E (t) δt 0 F 7 C δj J E E ~ 0.1 Hogyan lesz ebből 100 ezer éves periódus? Jég állandóan keletkezik, nagyon lassan nő a térfogata. Jég instabillá válik, ha (1) A jégmező túl vastag (gravitáció) (2) a besugárzás nagy és növekszik M (t) dm ( t) dt = r [ δj E ( t)] a M ( t) [ Me( t)] b Memória: ~ év

19 Energiák és energiáramok: Karakterisztikus idők a perturbáció relaxácós ideje δ E τ J E energiaperturbáció energiaáram a rendszeren keresztül w / m Troposzféra Légköri perturbációk J E Keverdési zóna Óceáni perturbációk J E Jéghegy magasság Jéghegyek olvadása 0.1 J E albedo 10 km δt 10 C 1km δt 5 C 3 km Q olvadáshő δe J / m τ 5 nap δe J / m τ 2 év Örvények a Golf áram mentén δe τ J / m év

20 E. Kallen, C. Crafoord, and M. Ghil, Belső hajtás: J. Atm. Sci. 36, 2292 (1979) Visszacsatolás és oszcillációk B. Saltzman and A. Sutera, J. Atm. Sci. 41, 736 (1983) Hogyan kapunk oszcillációt? d 2 2 x 2 dt = ω x dx = dt p dp 2 = ω x dt H. Gildor and E. Tziperman, J. Geophys. Res. 106, 9117 (2001) (+ nemlineáris tagok) p x Példa: hőmérséklet (T) albedo (α): csapadék (P) jég (V) Northern Hemisphere Sea-Ice Anomaly Million km Year 2010

21 Tenger-jég kapcsoló H. Gildor and E. Tziperman, J. Geophys. Res. 106, 9117 (2001) Doboz modell T land, T sea, V land, V sea -re Meleg tenger - jég ki Hőmérséklet (T) Csapadék (P) Albedo (α): Jég (V) lassú Hideg tenger - jég be Hőmérséklet (T) Csapadék (P) Albedo (α): Jég (V) gyors

22 Globális klímamodellek 20x20 km 2 fizikai folyamatok parametrizálása validálás Hiányzik: konvekció, felhőképződés, eső Ensemble és super-ensemble jóslatok

23 Mi határozza meg az átlaghőmérsékletet? Üvegházhatás: Por, vulkán, aeroszolok, CO 2, Egyéb hatások: napfoltok, napszél, δt F T F? óceáni áramlások, kozmikus sugárzás hidrociklus, IPCC 2007 J E = σ T 4 J E T F =-18C T F =+30C

24 Mi határozza meg az átlaghőmérsékletet? Üvegházhatás: Por, vulkán, aeroszolok, CO 2, Egyéb hatások: napfoltok, napszél, óceáni áramlások, kozmikus sugárzás hidrociklus, J E = σ T 4 J E Lineáris válasz? / 2 2O dt CO dt H : dco 2 = ( )ppm=100ppm T F =-18C T F =+30C Kettőzés: dco 2 = 400ppm dt 0. CO 7C 2 dt 2. CO 8C 2

25 Üvegházhatás: CO 2 -- Mi hajt mit? Felhők. Felhők típusai és albedo Kondenzált cseppek méreteloszlása Pozitiv visszacsatolás? Nehezen kezelhető probléma elméletileg és kísérletileg is.

26 A jóslás problematikája 1/f dinamikájú rendszerekben S(f) Pacific Decadal Oscillation ~70 év f Atlantic Multidecadal Osc. Solar irradiance ~50 év Southern Osc. Index ~11 év ~5 év

27 Extrém események frekvenciája There is low confidence in any observed long-term (i.e., 40 years or more) increases in tropical cyclone activity (i.e., intensity, frequency, duration), after accounting for past changes in observing capabilities. It is likely that there has been a poleward shift in the main Northern and Southern Hemisphere extratropical storm tracks There is low confidence in observed trends in small spatial-scale phenomena such as tornadoes and hail because of data inhomogeneities and inadequacies in monitoring systems.

28 Energiaáramok *10 w w / m Direkt visszaverődés 0.30 árapály 2*10-5 Direkt hővéalakulás 0.47 Párolgás, csapadék, stb Szél, hullámok, áramok, konvekció 2*10 Fotoszintézis 2*10 Föld -4 Energiatárolás élőlényekben -3 szén, olaj, gáz Energiatárolás vízben, jégben bomlás emberek 3*10 ipar 1* *10 Vulkán, melegforrás 2*10 Hőáram a Földből -6 2* nukleáris és termális energia

29 Gates on Copenhagen Agreement in Copenhagen: Channel $100 billion per year to developing countries to combat climate change by Gates: $100 billion per year is more than ¾ of foreign aid currently given by the rich countries. Has a $34 billion fundation for fighting malaria etc. in developing countries. I am concerned that some of this money will come from reducing other categories of foreign aid, especially health. If just 1% of the $100 billion came from vaccine funding then more children could die from preventable diseases. Taking the focus away from health aid could be bad for the environment in the long run because improvements in health, including voluntary family planning, lead people to have smaller families, which in turn reduces the strain on the environment.

30 Az energiafelhasználás fejlődése Szükséges terület 100% napenergiából 100%-os effektivitás Watt m 2 Gyüjtögető életmód A tűz megszelidítése Kezdeti mezőgazdaság Kezdeti iparosodás (~1850) USA (1970) USA (2008)

31 Folyamatok bonyolultsága és a fizika legitimitása Newton 1 F ~ r 2 Kepler Tycho Brache ~ 1600 Mars látszólagos mozgása Kérdés Newtonhoz: Megmagyarázza-e az elmélete a Titius-Bode szabályt?

32 A Világ megmentése I. 100 tudós nevét véletlenszerűen 100 dobozba rakják, s a lezárt dobozokat egy szobában helyezik el II. A tudósok egyenként bejönnek a szobába, felnyitnak 50 dobozt, majd lezárják őket és kimennek. A bejövetel után nem kommunikálhatnak a többiekkel. Ha bárki nem találja számát az általa felnyitott dobozokban, a Világ elveszett. Kérdés: Van-e olyan felnyitási stratégia, amellyel a Világ P>0.3 valószínűséggel menekül meg?

33 Léteznek-e boszorkányok, ha két extrém hurrikán van egy évszázadban? b : boszorkányok okozzák a hurrikánt (gondolat) Kiindulás: nem tudjuk P( b) P( b) 0.5 P ( h, b) = P( h b) P( b) = P( b h) P( h) h b és együttes valószínűsége h b h : egynél több extrém hurrikán van egy évszázadban (jelenség) b Ha, akkor valószínűsége nagy: b bekövetkezése esetén valószínűsége h h P( h b) P( h b) P( b) Ha, akkor valószínűsége kicsi: P( h b) 0.1 P( h b) P( b) P( b h) = P( h b) P( b) P( h b) P( b) + P( h b) P( b)