1. Az éghajlati rendszer 2. Éghajlati modellezés 3. Óceáni modellek, csatolás 4. Globális projekciók készítése 5. Kitekintés

Hasonló dokumentumok
1. Az éghajlati rendszer 2. Éghajlati modellezés 3. Regionális leskálázás 4. A szimulációk bizonytalanságai 5. Összefoglalás

Éghajlati modellezés. Szépszó Gabriella

Hidroszféra. Légkör. Tartalom. Klímaváltozás. Idıjárás és éghajlat. Éghajlati rendszer: a légkör és a vele kölcsönhatásban álló 4 geoszféra együttese

Kovács Mária, Krüzselyi Ilona, Szabó Péter, Szépszó Gabriella. Országos Meteorológiai Szolgálat Éghajlati osztály, Klímamodellező Csoport

Éghajlatváltozás tudhatjuk-e, mi lesz holnapután?

Az éghajlati modellek eredményeinek felhasználási lehetıségei

1. Regionális projekciók 2. Regionális éghajlati modellezés 3. A regionális modellezés kérdései 4. Hazai klímadinamikai tevékenység 5.

Az éghajlatváltozás jövıben várható hatásai a Kárpát medencében

A magyar tudomány Achilles-sarka: a klímakutatás

A jövıre vonatkozó éghajlati projekciók

A jövő éghajlatának kutatása

Az éghajlati modellek eredményeinek alkalmazhatósága hatásvizsgálatokban

Nagyfelbontású magassági szélklimatológiai információk dinamikai elıállítása

A klímaváltozás a Balatonnál a meteorológiai számítások tükrében

Numerikus prognosztika: szakmai alapok

A jövőbeli éghajlatváltozás tudományos vizsgálata

Általános klimatológia Bevezetés a klimatológiába előadás

A REMO modell és adaptálása az Országos Meteorológiai Szolgálatnál

Kutatói pályára felkészítő akadémiai ismeretek modul

METEOROLÓGIA. alapkurzus Környezettudományi BsC alapszakos hallgatóknak. Bartholy Judit, tanszékvezető egyetemi tanár

REGIONÁLIS KLÍMAMODELLEZÉS AZ OMSZ-NÁL. Magyar Tudományos Akadémia szeptember 15. 1

A GLOBÁLIS MELEGEDÉS ÉS HATÁSAI MAGYARORSZÁGON

REGIONÁLIS KLÍMAMODELLEZÉS. Alkalmazkodás a klímaváltozáshoz november 28. 1

Új klímamodell-szimulációk és megoldások a hatásvizsgálatok támogatására

Bevezetés az időjárás és az éghajlat numerikus (számszerű) előrejelzésébe

lat klímamodellez Szépszó Gabriella Krüzselyi Ilona, Szabó Péter, Zsebeházi Gabriella Klímamodellezı Csoport Éghajlati Osztály

A hazai regionális klímamodellek eredményeinek együttes kiértékelése

Regionális klímadinamikai kutatások: nemzetközi és hazai kitekintés. Meteorológiai Tudományos Napok, november 24. 1

GLOBÁLIS ÉS REGIONÁLIS SKÁLÁN IS VÁLTOZIK AZ ÉGHAJLAT. Bartholy Judit

A klímamodellezés szépségei egy szélmalomharc tükrében

Környezeti kémia II. A légkör kémiája

Az éghajlatváltozás városi hatásainak vizsgálata a SURFEX/TEB felszíni modellel

A klímamodellezés nemzetközi és hazai eredményei - a gazdasági-társadalmi előrejelzések pillérei

AZ ÉGHAJLATI ELEMEK IDİBELI ÉS TÉRBELI VÁLTOZÁSAI MAGYARORSZÁGON A NAPSUGÁRZÁS

és s kommunikáci Szépszó Gabriella (szepszo.g@met.hu), Krüzselyi Ilona, Szabó Péter, Zsebeházi Gabriella Klímamodellezı Csoport Éghajlati Osztály

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

A légköri sugárzás. Sugárzási törvények, légköri veszteségek, energiaháztartás

NEMZETKÖZI TÖREKVÉSEK GLOBÁLIS CÉLOK

Az éghajlati modellek eredményeinek felhasználási lehetıségei és korlátai

Globális környezeti problémák és fenntartható fejlıdés modul

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

Az idıjárás-elırejelzések szerepe a változó éghajlati viszonyok között

A LÉGKÖR SZERKEZETE ÉS ÖSSZETÉTELE. Környezetmérnök BSc

IPCC AR5 Tények és jövőkép Globális és regionális változások

Agrometeorológiai mérések Debrecenben, az alapéghajlati mérıhálózat kismacsi mérıállomása

Változó éghajlat, szélsőségek

ÚJ CSALÁDTAG A KLÍMAMODELLEZÉSBEN: a felszíni modellek, mint a városi éghajlati hatásvizsgálatok eszközei

A debreceni alapéghajlati állomás adatfeldolgozása: profilok, sugárzási és energiamérleg komponensek

A hosszúhullámú sugárzás stratocumulus felhőben történő terjedésének numerikus modellezése

AZ ALADIN MODELL KLÍMAVÁLTOZATA. Tóth Helga Kutatási és Fejlesztési Főosztály Numerikus Előrejelző Osztály

Sugárzási törvények: 1. Planck tv.: E = f (λ -5,T) 2. Wien tv.: λ max = 2897 / T (eltolódási tv.) 3. Stefan-Boltzmann tv.: E=σ*T 4

KLÍMAMODELLEZÉS. MAFIHE Téli Iskola február 6. 1

MÉRNÖKI METEOROLÓGIA

BARTHOLY JUDIT. Eötvös Loránd Tudományegyetem Meteorológiai Tanszék Budapest

EGY BALATONI HIDRODINAMIKAI ELİREJELZİ RENDSZER FELÉ. TORMA PÉTER, doktorandusz BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tsz.

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

Ensemble előrejelzések: elméleti és gyakorlati háttér HÁGEL Edit Országos Meteorológiai Szolgálat Numerikus Modellező és Éghajlat-dinamikai Osztály 34

A KLÍMADINAMIKA ALAPJAI

Hófelhalmozódás és hóolvadás számítása a tavaszi nedvesítettségi viszonyok regionális becslése érdekében. dr. Gauzer Balázs, Bálint Gábor VITUKI

Általános földi vízkörzés. Dr. Lakotár Katalin

ÁLTALÁNOS METEOROLÓGIA 2.

Gelencsér András egyetemi tanár Pannon Egyetem MTA Levegıkémiai Kutatócsoport

Az általános földi légkörzés. Dr. Lakotár Katalin

Lelovics Enikő :31 nimbus.elte.hu

Új regionális éghajlati projekciók a klímaváltozás magyarországi hatásainak vizsgálatára

AZ ÉGHAJLAT DINAMIKÁJÁNAK NÉHÁNY NYITOTT KÉRDÉSÉRŐL. Götz Gusztáv

AZ ÁLTALÁNOS LÉGKÖRZÉS

Agroökológiai rendszerek biogeokémiai ciklusai és üvegházgáz-kibocsátása

A felszínközeli szélsebesség XXI. században várható változása az ALADIN-Climate regionális éghajlati modell alapján

Látogatás a BGU-n: jégkorszakokról a sivatagban

Szórványosan előfordulhat zápor, akkor esni fog vagy sem?

A LEVEGŐMINŐSÉG ELŐREJELZÉS MODELLEZÉSÉNEK HÁTTERE ÉS GYAKORLATA AZ ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLATNÁL

MÉRNÖKI METEOROLÓGIA (BME GEÁT 5128) Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Áramlástan Tanszék, 2008 Dr. Goricsán István

Globális környezeti problémák: éghajlatváltozás (A környezetvédelem alapjai, Osváth Szabolcs)

Az RCMTéR projekt: új éghajlati szcenáriók a Kárpát-medencére

A felhőzet hatása a Föld felszíni sugárzási egyenlegére*

Szakmai törzsanyag Alkalmazott földtudományi modul

Kutatói pályára felkészítı akadémiai ismeretek modul

A felszíni adatbázisok jelentősége Budapest hőszigetének numerikus modellezésében

Kutatói pályára felkészítı akadémiai ismeretek modul

A LÉGKÖRI SZÉN-DIOXID ÉS AZ ÉGHAJLAT KÖLCSÖNHATÁSA

A klímamodellek eredményei mint a hatásvizsgálatok kiindulási adatai

KlimAdat Az éghajlatváltozás magyarországi hatásainak feltérképezése regionális klímamodellszimulációk

Direkt rendszerek. A direkt rendszerben az elnyelés, tárolás, leadás egy helyen történik.

SZINOPTIKUS-KLIMATOLÓGIAI VIZSGÁLATOK A MÚLT ÉGHAJLATÁNAK DINAMIKAI ELEMZÉSÉRE

B z o ó L ász s l z M A A le l v e. v ta t g a O s r z s ágo g s o s Me M t e e t o e r o o r l o ógi g a i i a i Sz S o z l o g l ála l t a

ÁLATALÁNOS METEOROLÓGIA 2. 01: METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK ÉS MEGFIGYELÉSEK

Tantárgy neve. Éghajlattan I-II.

AZ ÉGHAJLATI ELEMEK IDİBELI ÉS TÉRBELI VÁLTOZÁSAI MAGYARORSZÁGON A HİMÉRSÉKLET

ELTE, Környezettudományi Doktori Iskola, Környezetfizika program MTA ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport

Környezeti kémia II. Troposzféra

FDO1105, Éghajlattan II. gyak. jegy szerző dolgozatok: október 20, december 8 Javítási lehetőség: január Ajánlott irodalom:

Az AROME sekély konvekció parametrizációja magas felbontáson

A PRECIS regionális klímamodell és adaptálása az ELTE Meteorológiai Tanszékén

Klímaváltozások: Adatok, nagyságrendek, modellek Horváth Zalán és Rácz Zoltán

Az éghajlat el rejelz

Meteorológiai Tudományos Napok 2008 november Kullmann László

GYAKORLATI ÉPÜLETFIZIKA

fia) A trópusi monszunok területén: légáramlás irányára hegyvonulatok Madagaszkár ( mm) Hawaii ( mm) Mont Waialeale 12.

dr. Breuer Hajnalka egyetemi adjunktus ELTE TTK Meteorológiai Tanszék

Átírás:

Éghajlati modellezés 1. rész: A globális éghajlati rendszer és modellezése Szépszó Gabriella szepszo.g@met.hu TARTALOM 1. Az éghajlati rendszer 2. Éghajlati modellezés 3. Óceáni modellek, csatolás 4. Globális projekciók készítése 5. Kitekintés Az éghajlati rendszer elemei TARTALOM 1. Az éghajlati rendszer 2. Éghajlati modellezés 3. Óceáni modellek, csatolás 4. Globális projekciók készítése 5. Kitekintés vízburok légkör bioszféra szárazföldek tengeri jég, jégtakarók, gleccserek Forrás: Götz G., 2004 Éghajlati rendszer: a légkör és a vele érintkezésben levı négy geoszféra kölcsönhatásban álló együttese 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 4

Légkör A légkör vertikális szerkezete Az éghajlati rendszer központi, leginkább instabilis és legnagyobb változékonyságú komponense Állandó összetevık Üvegházhatású gázok (errıl késıbb) Szilárd és cseppfolyós részecskék (aeroszolok) Felhık Sugárzás elnyelése, szórása, visszaverése Termoszféra Mezoszféra Összetevı Koncentráció [%] Tartózkodás CO 2 0,038 20-150 év Metán 0,00017 4-5 év Ózon 0,000004 2 év CFC-k 0,00000002 100-1000 év Vízgız Változó 10 nap Nitrogén ~78 % Argon: ~1 % Oxigén ~21 % Sztratoszféra Troposzféra 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 5 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 6 A légköri cirkuláció Hidroszféra Leáramlás A Földfelszín 71 %-a: a felszíni és a felszín alatti vizek összessége Feláramlás Poláris jet Szubtrópusi jet Nagy hıkapacitás meridionális hıátvitel felét bonyolítja A légkörinél jóval lassabb, 3D áramlási rendszer: Felszíni áramlatok: szél hajtotta rendszer Sőrőségkülönbség által mozgatott mélységi áramlatok: hımérséklet- és sótartalom-különbségek termohalin cirkuláció Nagy tehetetlenség hosszú igazodási idık (10-1000 év) Szén-dioxid elnyelı képesség 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 7 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 8

A felszíni tengeráramlatok fizikája Felszíni tengeráramlatok vázlata Egyensúlyi áramlások: a hajtóerı és az eltérítıerı egyensúlya geosztrofikus áramlások Intenzív áramlás egy keskeny csatornában 1 r r gradhp = 2Ω vh ρ v Szél az óceán fölött nyíróerı a felszíni víz mozgásba jön az áramló víz sebessége kb. a szélsebesség 3 százaléka Földforgás eltérítı ereje szögeltérés a felszínen 10-15 (45?) fok, a mélységgel növekszik (Ekmanspirál) Ekman-sodrás: merıleges a szél irányára 1: szél 2: felszíni kényszer 4: Coriolis hatás 3: eredı erı 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 9 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 10 A tengeráramlatok tényleges rendszere A Golf-áramlatról leszakadó örvények Labrador Golf Hiányoznak körök 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 11 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 12

Termohalin cirkuláció: sótartalom + hımérséklet eltéréseibıl adódó sőrőségkülönbségek A hımérséklet vertikális profilja különbözı szélességeken Emlékeztetı: Nagyobb sótartalom nagyobb sőrőség Alacsonyabb hımérséklet 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ nagyobb sőrőség 13 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 14 Sós ujjak A keveredési réteg és a termoklin zóna vastagsága Forrás: ELTE, Kármán labor Kezdetben: felül melegebb víz Párolgás növekvı sótartalom sós víz leáramlása Legnagyobb sőrőség a keveredési réteg alján Eltőnik 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 15 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 16

Egy óceáni medence sematikus három-dimenziós áramlási rendszere Az atlanti óceán mélységi áramlatainak sematikus metszete Átkeveredés: pólusok között: ~400 év medencék között: x1000 év Felszíni vizek Középvizek Észak-atlanti mélyvíz Antarktikus fenékvíz 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 17 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 18 Óceáni szállítószalag Krioszféra Grönlandi, antarktiszi jégmezık, gleccserek, felszíni hó, tengerjég Termikus tehetetlenség, alacsony hıvezetı képesség A beérkezı Napsugárzás nagyarányú visszaverése ( tükör albedo) Mélytengeri cirkuláció kormányzása 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 19 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 20

A tengerjég kiterjedésének változása Kontinentális felszín Érdesség dinamikai hatás Aeroszolok forrása Északi sark, szeptember és március, 1980 2002 átlag Antarktisz, 1995. március és szeptember Vegetáció és talajfelszín hatása: Rövidhullámú Napsugárzás visszaverése Infravörös sugárzás a légkörbe 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 21 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 22 Bioszféra Az élet színtere a Földön: összes élılényközösség (növények + állatok + emberek) a kölcsönhatásaikkal együtt Gyakorlatban: növénypopuláció (tengeri és szárazföldi) Befolyásolja az üvegházgázok biokémiai forgalmát elsısorban a légkör és az óceán szén-dioxid forgalmát 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 23 Idıjárás: Alapfogalmak A légkör egy adott idıponthoz tartozó pillanatnyi állapota Jellemzése: pillanatnyi értékekkel Éghajlat (klíma): Az éghajlati rendszer (ami már nemcsak a légkör) hosszú idı folyamán tanúsított szokásos viselkedése Jellemzése: statisztikai paraméterekkel 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 24

A legfontosabb éghajlat-alakító alakító tényezı Melyek az üvegházgázok és mi az üvegházhatás? A Nap sugárzása (egyenlıtlen földrajzi eloszlás) Sugárzás-átvitel Korlátos: a Földön nincs sem nyelı, sem forrás A légkl gkörön áthaladó Napsugárz rzás A Napsugárz rzás s egy része el sem éri a felszínt, visszaverıdik A sugárz rzás által felmelegített felszín energiát t sugároz a világőr r felé Az üvegházgázok zok a kisugárzott energia egy részr szét visszatartják, ezzel melegítve a légkl gkört CO 2, CH 4, ózon, H 2 O Hı infravörös sugárzás az őrbe 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 25 Hıegyensúly = hıbevétel hıleadás (=0) Természetes üvegházhatás: ha nem lenne, mintegy 35 fokkal lenne 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 26 alacsonyabb a földi átlaghımérséklet (most ~15 o C). A CO 2 koncentrációjának alakulása Az éghajlati rendszer évi átlagos globális energia-egyensúlya egyensúlya Teljes visszavert napsugárzás 107 Wm -2 Légköri gázok, felhık, aeroszolok által visszavert 77 Beérkezı napsugárzás 342 Wm -2 Légköri emisszió Felhızeti emisszió Légköri elnyelés Látens 78 hı Kimenı hosszúhull. sugárzás 235 Wm -2 Légköri ablak Felszín által visszavert 30 Felszín által elnyelt Termális Üvegházgázok Visszasugárzás Felszíni Evapotranspiráció Felszíni visszasug. elnyelés 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 27 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 28

A sugárzási egyenleg megváltozása Éghajlatalakító tényezık és ezekhez való igazodás: Napsugárzás intenzitásának módosulása Sugárzás-átvitel feltételeinek módosulása Felszínközeli energiabevétel módosulása Hıegyenleg megváltozása sugárzási kényszer (a tropopauzára vonatkoztatva számszerősítik) Külsı kényszerek: Természetes: pl. a Napsugárzás intenzitásának, a Föld pályájának változása, vulkánkitörés Antropogén: ipari tevékenység Belsı éghajlatalakító mechanizmus az éghajlati rendszer mindig egyensúlyra törekszik Kényszerhez történı igazodás eltérı alkalmazkodási idık 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 29 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 30 Az összetevık közötti kölcsönhatások Visszacsatolások Az összetevık közötti kölcsönhatások a klímaállapot természetes változékonyságát idézik elı Növekvı CO 2 + Hımérséklet jég albedó visszacsatolás: Felszíni hımérséklet növekedése jégtakaró csökkenése sugárzás-visszaverıdés csökkenése Visszacsatolások: Emelkedı hımérséklet Felhızet sugárzás visszacsatolás: Öngerjesztı pozitív Csillapító negatív Pozitív visszahatás Változó X Felhık: a bennük lévı vízgız üvegházhatású (melegít), ugyanakkor a fehér felület sok Napsugárzást visszaver (hőt) összességében inkább hőtenek, mint főtenek 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 31 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 32

TARTALOM 1. Az éghajlati rendszer 2. Éghajlati modellezés 3. Óceáni modellek, csatolás 4. Globális projekciók készítése 5. Kitekintés Éghajlati modellezés Az éghajlati rendszer, illetve a rendszer összetevıinek tanulmányozására, s az összetevık közötti kölcsönhatások elemzésére Egyetlen válaszadási lehetıség a kérdésre: miként reagál az éghajlat egy feltételezett (hipotetikus) kényszerre? Fizikai törvények minden összetevı és kölcsönhatás esetében Matematikai egyenletrendszer: nemlineáris parciális differenciálegyenlet-rendszer + kezdeti és peremfeltételek numerikus megoldás 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 34 Sajátosságok A globális éghajlati modellek összetevıi A kezdeti feltételek hamar elveszítik hatásukat és a külsı kényszerek kormányozzák a rendszert Az éghajlati modellek nem a HTER egyszerő kiterjesztései a hosszabb idıtávok irányába Hanem: átalakítás kényszerített-disszipatív rendszerekké megmaradási törvények teljesülése Fizikai parametrizációs eljárások fontossága: sugárzás, planetáris határréteg, felszíni folyamatok, nagyskálájú csapadék, konvekció (általában hidrosztatikus modellekrıl van szó) Kapcsolt modellrendszerek csatolás jelentısége Felszíni modell: talaj leírása Levegıkémia: aeroszolok, CO 2 körforgalom Légköri modell Óceáni modell: tengeráramlatok, tengerjég Élıvilág 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 35 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 36

TARTALOM 1. Az éghajlati rendszer 2. Éghajlati modellezés 3. Óceáni modellek, csatolás 4. Globális projekciók készítése 5. Kitekintés Az óceáni modellek típusai 1. Swamp óceán: a tengerfelszín-hımérséklet (SST) a felszíni energia-egyensúly alapján számolódik, nincs hıtárolás és óceáni áramlatok; 2. Slab óceán: az SST a felszíni energia-egyensúlyból és egy egyszerő keveredési réteg hıtárolása alapján számítódik továbbra sincsenek tengeráramlatok; 3. Óceáni általános cirkulációs modellek: az SST kiszámításánál a fentieken túl figyelembe veszik az áramlatok és feláramlások hatását Az elsı két leírásmód nem dinamikai alapon történik. 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 38 1. Nedves felület swamp óceán Az óceán egyszerő nedves felületként viselkedik ebben a leírásmódban A hıt nem tárolja, és a (felszíni és mélységi) óceáni áramlások sem befolyásolják az SST-t AGCM nununununununununununu SST: felszíni energia-egyensúly Mivel nincs hıtárolás, ezért csak éves átlagos sugárzási kényszert képes figyelembe venni a modell nincs évszakos menet A légköri kényszerekre azonnal reagál a modell, ezért számítási szempontból olcsó: elegendı néhány évre futtatni A tengerfelszín-hımérséklet számítása: S + F F H LE = 0 ahol S az elnyelt Napsugárzás, F a lefelé irányuló IRsugárzás, F a felfelé irányuló IR-sugárzás, H a szenzibilis hı, LE a párolgás látens hıje 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 39 A légköri komponenshez csatolva jól vizsgálható vele például, mennyire érzékeny az éghajlati rendszer egy külsı kényszerre mint a megváltozó Napállandó vagy a növekvı szén-dioxid kibocsátás 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 40

2. Keveredési réteggel bíró, slab óceán A tengerfelszín-hımérséklet számítása AGCM Az óceán 50-100 méteres vastagsággal rendelkezik Lehetıvé teszi egy egyszerő évszakos hıkapacitás leírását a felsı óceáni rétegben Vizsgálható vele az éghajlati rendszer évszakos érzékenysége A modellrendszert egy egyensúly beálltáig futtatják (kb. 20 év) A modellben nincsenek óceáni áramlások, azaz a horizontális hıtranszportot nem írja le szisztematikus SST-hibák Mellızi a vertikális áramlások leírását is ρ c p ununununununununununun SST: felszíni egyensúly + hıtárolás T h = S+ F t F H LE ahol T a tengerfelszín-hımérséklet, ρ a vízsőrőség, c p tengervíz fajlagos hıkapacitása, h a mélység Számítási szempontból sokkal költségesebb az elızı modelltípusnál mivel a hıtárolás miatt az óceán lassabban kerül egyensúlyba a légkörrel, viszont realisztikusabb viszonyokat ír le 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 41 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 42 3. Dinamikus óceáni cirkulációs modellek Az óceánt teljes mélységében tekinti A teljes leírásmód felveti a spin-up (felpörgés) kérdését: a teljes óceáni tömeg igazodási ideje nagyon hosszú milyen hosszú integrálási idı után éri el azt a pontot a modell, amelytıl érzékenységi kísérletek kezdhetık? Az elızıeken kívül tartalmazza: az óceáni áramlások, a mélybıl való feláramlások, a szubgrid skálájú vertikális és horizontális örvényes diffúziós keveredési folyamatok leírását AGCM ununununununununununun SST: felszíni egyensúly, hıtárolás, advekció, diffúzió Új egyenletek bevezetésével leírja az óceáni áramlatok, a hımérséklet és a sótartalom változásait Néhányszáz évet igényelhet, míg a legalsó rétegek is egyensúlyba kerülnek a felsı réteggel vagy a légkörrel A számítási költséget fokozza a több egyenlet, a mélységi szintek megnövekedett száma, valamint a hosszú integrálási idı Kompromisszum: durva horizontális felbontás 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 43 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 44

A dinamikus óceáni modellek jellemzıi Hidrosztatikus primitív egyenletek megoldása Rácsponti modellek eltolt Arakawa-rácsok használatával Tipikus rácsfelbontás: 100-300 km Vertikális irányban felszínkövetı vagy izopiknikus koordináta rendszer Felsı határfeltételek: momentum, látens és szenzibilis hı, csapadék Hasonló dinamika nagyobb különbségek a fizikai parametrizációs eljárásokban: horizontális és vertikális diffúzió, keveredés 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 45 Csatolási stratégiák Az egyes légköri, óceáni és tengeri jég modellkomponensek közötti kommunikáció megvalósításához az információ bizonyos idıközönként történı cseréjére van szükség Mivel a különbözı modellkomponensek fejlesztése általában elkülönítve történik, ezért fontos a kapcsolatot biztosító felület kialakítása Átadandó paraméterek kompatibilitása : közös mértékegység, rács, stb. Csatolási frekvencia és az idıbeli átlagolás megválasztása 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 46 A csatolás sematikus rajza A légköri komponens kommunikációja az óceánnal és a tengeri jéggel v Légköri modellkomponens T.f.h. egy modell-naponként történik a kommunikáció minden komponens között szél + édesvíz + lefolyás + hı szél + édesvíz + lefolyás + hı SST és tengerjég eloszlás Tengerjég modell nunununununununununununununununununununun Óceáni modellkomponens Szél, P E, nettó hıfluxus Interpoláció, mértékegység-konverzió, idıbeli átlagolás, fluxus-korrekció 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 47 állandó SST és jégborítottság állandó SST és jégborítottság 0 állandó légköri paraméterek 24h állandó légköri paraméterek 48h SST + tengeri jég globális mezıje 1-napos AGCM integrálás 1-napos OGCM integrálás SST + tengeri jég globális mezıje 1-napos AGCM integrálás 1-napos OGCM integrálás 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 48

Az 1-napos légköri számítás során mindvégig a kapott SST- és jégborítottság értékekkel számolnak A számítás végén a légköri modellben az óceáni és jégmodellek által igényelt mezıket kiátlagolják idıben (1 napra) Ezek a paraméterek: Felszíni szélnyírás: τ = C x τ = C y ρ V u ahol u és v a horizontális szélkomponensek a legalsó légköri szinten, V pedig az ezekbıl képzett sebesség, C D (empirikus) ellenállási együttható Nettó édesvíz bevétel: F fresh =P E (Lefolyás a szárazföldrıl) Az óceán felé irányuló nettó hıfluxus: H net = S+F F H LE D D 1 1 1 1 1 ρ V v 1 A tengeri jég modell kommunikációja az óceánnal és a légköri komponenssel Az SST, az áramlatok és a sótartalom igazodik a légkörtıl kapott kényszerekhez az óceáni modellben A tengeri jég modellben hasonló adaptáció történik a légköri és az óceáni kényszerekhez A tengeri jég folyamatait leíró modell általában igen egyszerő pedig nagy jelentıséggel bír, ugyanis a jégképzıdés módosíthatja a klímaérzékenységet 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 49 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 50 A korai jégmodellek egyszerő termodinamikai modellek voltak: csak hımérsékleti információkat használtak fel a vízét alulról és a levegıét felülrıl, s ez alapján határozták meg az olvadást vagy fagyást minden rácspontra A jég mozgását és sok fontos dinamikai folyamatot nem írtak le Léteznek bonyolultabb jégmodellek is: figyelembe veszik a jég mozgását, a repedések hatását és egy egyszerő jégdinamikai leírást is tartalmaznak Tehát a légköri komponens és az óceáni komponensek bemenı adatokat szolgáltatnak a jégmodell számára a hımérsékletre és az áramlásokra vonatkozóan, amely alapján a jégmodell egy új jég-eloszlást számít Az adatok ugyanolyan egynapos ciklusokban és átlagolással kerülnek átadásra, mint a korábban ismertetett esetben TARTALOM 1. Az éghajlati rendszer 2. Éghajlati modellezés 3. Óceáni modellek, csatolás 4. Globális projekciók készítése 5. Kitekintés 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 51

Éghajlati projekciók készítése A modellek alkalmazása Egyensúlyi módszer: egy feltételezett kényszer megváltoztatásával (pl. a légköri CO 2 mennyiségének megduplázódása) integrálják a modellt egy új egyensúlyi állapot eléréséig A kontroll és kísérleti futtatás összevetése Akár x1000 éves integrálás is szükséges lehet A klímaváltozás idıbeli lefolyásáról nem ad információt Tranziens módszer: a kényszerek (pl. CO 2 -koncentráció) változási forgatókönyvei alapján történı gerjesztés A klíma változásának idıfüggése a kontrollal való összehasonlítás révén 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 53 A modellt elıször a múltra vonatkozóan teszteljük eredményeit összehasonlítjuk a múltban összegyőjtött megfigyelésekkel Elvárt pontosság: az éghajlat átlagos jellemzıinek visszatükrözése egy éghajlati modell úgy is lehet tökéletes, hogy közben egyetlen idıjárási eseményt sem jelzett elıre A feltérképezett gyengeségek alapján a modellt fejlesztik A kellıen pontos modellel a jövıre vonatkozó projekciókat készítenek feltételes prognózisok: hipotézisek az antropogén tevékenység alakulására 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 54 Forgatókönyvek az emberi tevékenység jövıbeli alakulására pesszimista forgatókönyv Globális hımérsékletváltozás A globális modellek által jelzett globális hımérsékletváltozás Forrás: IPCC, 2001 optimista 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 55 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ Forrás: IPCC, 2001 56

Egyéb vizsgálatok: termohalin cirkuláció Az óceáni cirkulációt az óceánban fellépı sőrőségkülönbségek kiegyenlítésére irányuló törekvés határozza meg A sőrőségkülönbségeket a hımérsékleti és sótartalomeltérések okozzák termohalin cirkuláció Éghajlati rendszerünk Achilles-sarka (Broecker, 1997) 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 57 A változó felszíni kényszerek hatása a termohalin cirkulációra Az üvegházgázok koncentrációjának növekedése globális melegedés Csökkenı meridionális hımérsékleti különbség a poláris és a trópusi területek között gyengülı felszíni hıtranszport Módosuló párolgás-csapadék-lefolyás egyensúly Melegebb klímaállapot sarki jég olvadása több édesvíz a poláris és szubpoláris tengerekbe csökken a vízsüllyedés intenzitása A termohalin cirkuláció gyengülése, leállása 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 58 Megfigyelések Modellkísérletek Az arktiszi tengeri jégmezı kiterjedésének zsugorodása, a nyári átlagos jégvastagság csökkenése, az egész éven át fennmaradó tengeri jégmezı területének csökkenése A grönlandi jégtömeg csökkenése A szubpoláris tengerek Atlanti-óceánba táplálódó vizének sótartalma az elmúlt negyven évben redukálódott Sótartalom A termohalin cirkuláció a közelmúltban is (~8500 évvel ezelıtt) leállt már A kapcsolt modell szimulációk megmutatták, hogy a termohalin cirkulációnak nem egy egyensúlyi állapota létezik Modellkísérletekkel vizsgálták a fokozódó üvegházgázkoncentráció hatását A modellek többségében a kényszer hatására gyengült a termohalin cirkuláció, kisebb részük viszont nem reagált rá Atlanti-óceáni átkeveredés 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 59 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 60

TARTALOM 1. Az éghajlati rendszer 2. Éghajlati modellezés 3. Óceáni modellek, csatolás 4. Globális projekciók készítése 5. Kitekintés 1990-es évek A globális éghajlati modellek felbontás-változása Ma, 2010 Olaszország, Izland nem látható Forrás: IPCC, AR4 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 62 Regionális sajátosságok Irodalom Globális modellek: 250-100 km-es vízszintes és 1 km-es függıleges rácssőrőség Magyarország fölé ebbıl néhány (2-10) pont esik A regionális klímaváltozás iránya ellentétes lehet a globális változásokéval A globális információ finomítása szükséges A következı óra témája Czelnai R., Götz G., Iványi Zs., 1998: Bevezetés a meteorológiába II. (A mozgó légkör és óceán) Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, pp. 210 244. Götz G., 2006: Az éghajlat dinamikájának néhány nyitott kérdésérıl (összefoglaló tanulmány). 31. Meteorológiai Tudományos Napok, beszámolókötet, pp. 10 61. IPCC: Climate Change 2001: The Scientific Basic http://mathsci.ucd.ie/met/phyc40050/ 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 63 2010. április 15. http://nimbus.elte.hu/~numelo/mat/ 64