Klímaváltozások: Adatok, nagyságrendek, modellek Horváth Zalán és Rácz Zoltán Institute for heoretical Physics ötvös University -mail: racz@general.elte.hu Homepage: general.elte.hu/~racz Problémakör: égkorszakok 100 ezer éves periódusának eredete -- a Milankovich elmélet és problémái. folyadék 2 Kérdések: Mit ismerünk a múltból (adatsorok)? Releváns idő- és távolságskálák Mi hajtja a klímát meghatározó folyamatokat? nergia- és energiaáramskálák 1 > 2 Modellek: Skálák és effektusok keveredése: 2 A hosszútávú memória problematikája légkör pilógus: A véleményváltás valószínűsége, óceán 1 > 2 avagy léteznek-e boszorkányok? 0 < 1
Boszorkányok és a kis jégkorszak W. Behringer: Witches and Witch-Hunt, A Global History. Oster,. con. Perspectives (2004). (Cambridge, 2004). Pápai bulla (1484): Boszorkányok képesek időjárásváltozást okozni. ~ elégetett boszorkányok száma átlag ~ hőmérsélet eltérése az átlagtól - 1520 1600 1700 1770 év L. Reynmann (1514) Von warer erkantnus des Wetters (Igaz ismeretek az időjárásról) Következtetések: Boszorkányokról Klímakontrollról Központi beavatkozásról Racionalitásról Statisztika problémáiról
Az utolsó 430 ezer év jég d<0 dd<0 víz Gyors melegedés (lentről indulva!) d>6c 50év Lassú lehülés
Az utolsó 725 ezer év Adatok pontossága: nyomás nyírás felület Honnan ered a 100000 éves periodicitás?
nergiák és energiáramok: Karakterisztikus idők a perturbáció relaxácós ideje energiaperturbáció energiaáram a rendszeren keresztül 2 342.5 w / m roposzféra Légköri perturbációk Keverdési zóna Óceáni perturbációk éghegy magasság éghegyek olvadása 0.1 albedo 10km 10 C 1km 5 C 3km Q olvadáshő 8 2 2 10 / m 10 2 2 10 / m 12 2 10 / m 5nap 2 év 10 2-10 3 év Örvények a Golf áram mentén
égkorszakok és a pályaexcentricitás M. Milankovich (1930) r ~ 1/ r 2 ~ 10 3 7 0 8 C 0 F 0.07 C Problémák: (1) két nagyságrend hiányzik (2) 400000 éves periódus a( ) F F 4 F F 1 4
nergiaáramok 173000*10 12 w 1 2 342.5 w / m Direkt visszaverődés 0.30 árapály 2*10-5 Direkt hővéalakulás 0.47 Párolgás, csapadék, stb. 0.23-3 Szél, hullámok, áramok, konvekció 2*10-4 Fotoszintézis 2*10 Föld nergiatárolás élőlényekben nergiatárolás vízben, jégben bomlás -6 emberek 3*10 ipar -4 1*10 2*10 Vulkán, melegforrás 2*10 Hőáram a Földből -6 2*10-6 -4 szén, olaj, gáz nukleáris és termális energia
S( ) Pályaexcentricitás spektrum f ( t) F( ) eljesítményspektrum: S( ) ~ F( ) 2 Problémák: 400000 éves periódus hiányzik 100000 éves nincs a helyén extra frekvenciák S( )
A Föld periódusai: (Milankovich 1920) Bacsák György xcentricitás (100000 év) kis effektus 0.1% Forgástengely hajlásszöge (41000 év) Forgástengely precessziója: (23000 év) Az évszakok intenzitását befolyásolja. Napsugárzás eloszlását változtatja. Északi sarok besugárzása: max min 90 0 http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/
Napsugárzás intenzitása a jéghatáron 0 F 7 C ~ 0.1 Hogyan lesz ebből 100 ezer éves periódus?
égkorszakok modelljei: Ia W. H. Berger, Int. ourn. arth Sci. 88, 305 (1999) ~ I( t) M - jégtérfogat I( t) max max ~ M dm( t) dt r [ I( t)] a [ M ( t)] b ég állandóan keletkezik: r 1 ~30000 év ég instabillá válik, ha (1) A jégmező túl vastag (gravitáció) (2) a besugárzás nagy és növekszik a 4 Fittelés: b 4
égkorszakok modelljei: Ib W. H. Berger, Int. ourn. arth Sci. 88, 305 (1999) eljesítményspektrum: S( ) ~ F( ) 2 Problémák: 400000 éves periódus hiányzik extra frekvenciák
égkorszakok modelljei: II W. H. Berger, Int. ourn. arth Sci. 88, 305 (1999) Memórieffektusok (égmezők memóriája?) Átlagos jégtérfogat az utolsó évben: t 1 Me ( t) M ( t ) dt t dm( t) a b r [ I( t)] M ( t) [ Me( t)] dt 1 Fittelés: 57000év
Por és hőmérséklet korrelációja Kérdés: Honnan ered? (1) Szél? (2) Bolygóközi por?
Bolygóközi por és a Föld pályasíkjának billegése Inclination R.A. Muller and G.. MacDonald, Nature 377, 107 (1995) upiter Föld pályája Por pályája per 100000év Problémák: 33000 éves memória, Mechanizmus?
time time Stochasztikus rezonancia és a 100 ezer éves periódus emperature () R. Benzi, G. Parisi, A. Sutera, and A. Vulpiani, ellus 34, 16 (1982) 2 / 0.07C 7C U() a időskála U + zaj asin determinisztikus dinamika t excentricitás a
Léteznek-e boszorkányok, ha két extrém hurrikán van egy évszázadban? b : boszorkányok okozzák a hurrikánt (gondolat) Kiindulás: nem tudjuk 0.5 h, h b h) h) h b és együttes valószínűsége h : egynél több extrém hurrikán van egy évszázadban (jelenség) b Ha, akkor b bekövetkezése esetén b h valószínűsége h valószínűsége nagy: h Ha, akkor h valószínűsége kicsi: h h 0.5 0.1 h b h) h h h 0.5 0.5 0.1 0.83