Klímaváltozások és az idomított ész kritikája Rácz Zoltán

Átírás

1 Klímaváltozások és az idomított ész kritikája Rácz Zoltán Institute for Theoretical Physics Eötvös University Homepage: general.elte.hu/~racz Problémak makör: Kérdések: Változások nagysága és idıskálája. Mi a szokatlan? Mi a veszélyes? A tudományos és társadalmi problémák keveredése. 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 felhıképzıdés. Aktivisták, a véleményváltás valószínősége, avagy léteznek-e boszorkányok? Savonarola teokrata köztársasága a reneszánszban.

2

3 Interpretációk egy témára Myth #: Global warming stopped ten years ago. K. Trenberth, Science, 010. 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, 010. jan 10.

4 Kinek mondhatjuk el az igazságot? JONES s CHRISTY July 5, 005. 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, 009. 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.

5 Kontinensvándorlások és klímaváltozások

6 14 millió évvel ezelıtt

7 Az utolsó 5 millió év M.E. Raymo and K. Nisancioglu, Paleoceonography, 0, PA1003 (003)?

8 Az utolsó 75 ezer év Accuracy of data: pressure shear roughness

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

10 Az utolsó 13 ezer év: a jégkorszak finomszerkezete DO (Dansgaard-Oeschger) oszcillációk Fiatal driász

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

12 Az utolsó 1000 év IPCC 1990 (forrás nélkül) IPCC 001 (Mann et al.) Mann et al., PNAS, 135 (008)

13 Az utolsó 100 év IPCC End of the Little Ice Age?

14 Memória az utolsó 10 ezer év adataiban év dt / 50 vagy 100 év dt = dt 1 + dt 100 év 50 év 50 év dt = ( dt 1 + dt ) = dt 1 + dt dt dt 1 + t (év) dt dt dt 1 1 független antikorrelált

15 Hımérsélet-fluktuációk az utolsó évben

16 Features we would like to understand t > -800 ky: strong ~100 ky period weaker ~41 ky period Directionality Saw-tooth: Slow cooling, fast warming t < -800 ky ~100 ky period disappears ~41 ky period dominating North and south are ~synchronized Fluctuation spectrum is continuous S(ω) ~ ω -1.8 ~ ω -.

17 Jégkorszakok és a pályaexcentricitás M. Milankovich (1930) r J E ~ 1/ r δj J E E ~ C δt 0 F 0.07 C Problémák: (1) két nagyságrend hiányzik () éves periódus J E + δ J a + δ E ( TF TF 4 ) δtf 1δJ 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 ebbıl 100 ezer éves periódus? Jég állandóan keletkezik, nagyon lassan nı a térfogata. Jég instabillá válik, ha (1) A jégmezı túl vastag (gravitáció) () 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 idık a perturbáció relaxácós ideje δ E τ J E energiaperturbáció energiaáram a rendszeren keresztül 34.5 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 o 10 C 1km δt o 5 C 3 km Q olvadáshı δe 8 10 J / m τ 5 nap δe J / m τ év Örvények a Golf áram mentén δe τ J / m év

20 E. Kallen, C. Crafoord, and M. Ghil, Belsı hajtás: J. Atm. Sci. 36, 9 (1979) Visszacsatolás és oszcillációk B. Saltzman and A. Sutera, J. Atm. Sci. 41, 736 (1983) Hogyan kapunk oszcillációt? d x dt = ω x dx = dt p dp = ω x dt H. Gildor and E. Tziperman, J. Geophys. Res. 106, 9117 (001) (+ nonlineáris tagok) p x Példa: hımérséklet (T) csapadék (P) Mapping on to d=1 albedo (α): jég (V) Thresholds and/or memory is needed. x

21 Sea-ice switch H. Gildor and E. Tziperman, J. Geophys. Res. 106, 9117 (001) Warm sea - ice off Box model for T land, T sea, V land, V sea Temperature (T) Precipitation (P) rate: M max Albedo (α): Ice (V) slow rate: r g = Mmax S Cold sea - ice on Temperature (T) Precipitation (P) model for growth (M) and ablation (S) rate: M min Albedo (α): Ice (V) fast rate: r d = S M min

22 Sea-ice switch: 100 ky period H. Gildor and E. Tziperman, J. Geophys. Res. 106, 9117 (001) Rate of growth of ice-shields: r g = Mmax S ablation rate Rate of decay: r = S d M min maximal minimal precipitation rate τ g V min ice V V max Period: τ = τ g + τ d = V M S V + S max M min τ d τ = 100± 0 ky V=.4 10 M M max min = 9 10 = hard to determine but use τ d m τ g 3 m / s 3 m / s

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

24 Mi határozza meg az átlaghımérsékletet? Üvegházhatás: Por, vulkán, aeroszolok, CO, Egyéb hatások: napfoltok, napszél, δt F T F? óceáni áramlások, kozmikus sugárzás hidrociklus, J E = σ T 4 J E T F =55K T F =303K δt F mint lineáris válasz perturbációra (1) egyensúlyi-, () nemegyensúlyi stacionárius-, (3) tranziens állapot körül? F F

25 Üvegházhatás: CO -- Mi hajt mit? Felhık. Felhık típusai és albedo Kondenzált cseppek méreteloszlása Pozitiv visszacsatolás? Nehezen kezelhetı 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 Gates on Copenhagen Agreement in Copenhagen: Channel $100 billion per year to developing countries to combat climate change by 00. 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.

28 Boszorkányok és a kis jégkorszak W. Behringer: Witches and Witch-Hunt, A Global History E. Oster, J. Econ. Perspectives (004). (Cambridge, 004). Pápai bulla (1484): Boszorkányok képesek idıjárásváltozást okozni. σ ~ elégetett boszorkányok száma átlag ~ hımérséklet eltérése az átlagtól -σ év L. Reynmann (1514) Von warer erkantnus des Wetters (Igaz ismeretek az idıjárásról) Következtetések: Boszorkányokról Klímakontrollról Központi beavatkozásról Racionalitásról Statisztika problémáiról

29 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 és b együttes valószínősége h b h : egynél több extrém hurrikán van egy évszázadban (jelenség) b Ha, akkor valószínősége nagy: b bekövetkezése esetén valószínősége h h P( h b) P( h b) P( b) Ha, akkor valószínősége 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)