fizyka pogody i klimatu wykład 5
DESCRIPTION
Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5. Krzysztof Markowicz Instytut Geofizyki Uniwersytet Warszawski [email protected]. System klimatyczny. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 2: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/2.jpg)
System klimatyczny
• System klimatyczny to złożony układ składający się z pięciu elementów: atmosfera, hydrosfera, kriosfera, biosfera i powierzchnia ziemi między którymi zachodzą interakcje.
• System klimatyczny jest pod wpływem wewnętrznej dynamiki oraz zewnętrznych zaburzeń (np. aktywność Słońca).
• Procesy klimatyczne - to procesy fizyczne zachodzące w systemie klimatycznym prowadzące do zmian klimatu. Najczęściej zalicza się do nich obieg energii, cykl hydrologiczny oraz cyrkulację powietrza. Determinują one zarówno naturalne i antropogeniczne zmiany w systemie klimatycznym.
2
![Page 3: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/3.jpg)
Składniki systemu klimatycznego
połączeniepołączeniechaotycznechaotycznenieliniowenieliniowe
Dynamika atmosfery i oceanuDynamika atmosfery i oceanu
Obieg węglaObieg węgla Obieg wody i energiiObieg wody i energii
Reakcje chemiczne Reakcje chemiczne w atmosferzew atmosferze
![Page 4: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/4.jpg)
04/22/23 Krzysztof Markowicz [email protected]
Badania klimatumonitoring zmienności
wymuszanie
odpowiedz
predykcja
konsekwencje
![Page 5: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/5.jpg)
Monitoring zmian klimatycznychMonitoring zmian klimatycznych
• Naziemna sieć pomiarowaNaziemna sieć pomiarowa
• Pomiary oceaniczne (statki, dryftery, platformy)Pomiary oceaniczne (statki, dryftery, platformy)
• Pomiary aerologiczne w swobodnej atmosferzePomiary aerologiczne w swobodnej atmosferze
• Pomiary satelitarne Pomiary satelitarne
![Page 6: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/6.jpg)
Zmiany średniej temperatury powietrza przy
powierzchni Ziemi w ostatnich 100-150 latach
"HadCRUT3". Met Office Hadley
Centre for Climate Change, U.K.
![Page 7: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/7.jpg)
IPCC, 2013
7
![Page 8: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/8.jpg)
Na postawie 10-ciu rekonstrukcji opublikowanych w latach 1998-2005
![Page 9: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/9.jpg)
![Page 10: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/10.jpg)
Opady
IPCC, 2013
10
![Page 11: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/11.jpg)
IPCC, 2013IPCC, 2013
![Page 12: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/12.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Globalne zmiany temperatury w atmosferze i na powierzchni Ziemi
![Page 13: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/13.jpg)
Zmiany klimatu w PolsceZmiany klimatu w Polsce
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Zmiany temperatury w Polsce za ostatnie 50 lat pokazują , że klimat się
ociepla!
![Page 14: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/14.jpg)
![Page 15: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/15.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Obserwuje się rosnący trend prędkości wiatru i
silniejszą cyrkulację strefowa.
![Page 16: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/16.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Zmiany albeda planetarnego nad Polską pokazują, że w ostatnich 20-latach atmosfera pochłania 1-2%
więcej promieniowania słonecznego
![Page 17: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/17.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Tendencja spadkowa całkowitej zawartości pary wodnej w
atmosferze.
![Page 18: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/18.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Fo/4 TeffσT4
FTOA(Ro, Teff, T)
wymuszenie
Ro /4
W stanie równowagi:Fo (1-Ro)/4=Teff T4
Ro - planetarne albedo
Fo stałą słoneczna
Wymuszenie radiacyjne
![Page 19: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/19.jpg)
• Bilans na górnej granicy atmosfery wynosi +0.9 W/m2. Odchylnie od stanów równowagowego jest bardzo małe i stanowi zaledwie 0.25% strumienia promieniowania dochodzącego od Słońca.
• Bilans energii na powierzchni Ziemi jest również dodatni i wynosi około 0.9 W/m2. • Oznacza to, że bilans w atmosferze jest zerowy.
19
![Page 20: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/20.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Przyczyny zmian klimatuPrzyczyny zmian klimatu
• Efekt cieplarnianyEfekt cieplarniany• Efekt aerozolowy (bezpośredni i pośredni)Efekt aerozolowy (bezpośredni i pośredni)• Zmiany cyrkulacji termo-halinowej w oceanach Zmiany cyrkulacji termo-halinowej w oceanach • Wybuchy wulkanów Wybuchy wulkanów • Zmienność aktywności SłońcaZmienność aktywności Słońca• Zmiany w ozonosferzeZmiany w ozonosferze• Inne Inne
![Page 21: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/21.jpg)
Efekt cieplarniany- Zmiany koncentracji COEfekt cieplarniany- Zmiany koncentracji CO22
Podwojenie CO2 (2050 rok) prowadzi do wymuszania radiacyjnego +4W/m2.
![Page 22: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/22.jpg)
Efekt cieplarniany Efekt cieplarniany
![Page 23: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/23.jpg)
Prosty model efektu cieplarnianego
240
S/4 (1-A)
240
Ts4
240
240
No Atmosphere With a Black Atmosphere in the LW Only
S/4 (1-A)
240
240
240
240
Ts4
480
Ts=255K Ts= 303 K
T=Te=255K
![Page 24: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/24.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Termiczny wymiar efektu cieplarnianego- przybliżony model.
gazy cieplarniane
procentowy wkład koncentracja
para wodna 20.6 62.1% 30 ppvt
CO2 7.2 21.7% 350 ppmv
03 2.4 7.2% 50 ppbv
N20 1.4 4.2% 320 ppbv
CH4 0.8 2.4% 17 ppbv
freony <0.8 2.4% 1 ppbv
efekt cieplarniany
33.2
T
![Page 25: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/25.jpg)
Dlaczego trudno jest oszacować
termiczny wymiar efektu cieplarnianego.
• Problemem jest wyznaczenie średniej temperatury powietrza przy powierzchni ziemi w przypadku gdyby w atmosferze nie było gazów cieplarnianych.
• Wynika to głównie ze względu na zmiany albeda planetarnego. Z jednej stronie nie byłoby chmur (mniejsze albedo), a z drugiej ze względu na dużo niższą temperaturę albedo powierzchni ziemi byłoby znacząco wyższe. Oba efekty można uwzględnić jedynie w symulacjach modelami klimatu.
• Znacznie łatwiej można oszacować wymuszanie radiacyjne związane z gazami cieplarnianymi. Wymaga to jedynie obliczeń modelami transferu radiacyjnego.
![Page 26: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/26.jpg)
Symulacja zmian klimatu związana z usunięcie wszystkich gazów cieplarnianych
Lacis et al., 2010
![Page 27: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/27.jpg)
Rozkład południkowy temperatury powierzchni Ziemi po usunięciu GHG
Porównanie efektów cieplarnianych na różnych planetach
Lacis et al., 2010
![Page 28: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/28.jpg)
Nieliniowy pływ gazów cieplarnianych na bilans energiiNieliniowy pływ gazów cieplarnianych na bilans energii. .
![Page 29: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/29.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Wpływ zmian aktywności SłońcaWpływ zmian aktywności Słońca
Zmiany stałej słonecznej Zmiany stałej słonecznej (pomiary satelitarne)(pomiary satelitarne)
Zmiany liczby plam słonecznych (pomiary naziemne)
Zmiany są zbyt małe aby wytłumaczyć nimi globalne ocieplenie obserwowane w drugiej części XX wieku. Dodatkowo, okres tych zmian krótki w porównaniu ze stałą czasowa systemu klimatycznego aby mogły one prowadzić do istotnych zmian klimatycznych.
![Page 30: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/30.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Zanieczyszczenia atmosfery zwane inaczej aerozolami to małe cząstki stałe lub ciekłe powstające w sposób naturalny oraz w wyniku działalności gospodarczej człowieka. Rodzaje aerozoli:
• sól morska• drobiny piasku• pyły (wulkaniczny) • fragmenty roślin• sadza (elemental carbon), organic carbon• siarczany, azotany• związki organiczne i nieorganiczne
Aerozole naturalne.
Aerozole antropogeniczne
AEROZOLE
![Page 31: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/31.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Wielkość i kształt cząstek aerozoluWielkość i kształt cząstek aerozolu
![Page 32: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/32.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Aerozol widoczny z kosmosu
![Page 33: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/33.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Podział aerozoli ze względu na ich Podział aerozoli ze względu na ich rozmiarrozmiar
W rozkładzie wielości aerozoli wyróżniany 3 charakterystyczne grupy cząstek:• cząstki Aitkena (nucleation mod), r<0.05 m • cząstki małe (accumulation mod), 0.05<r<0.5 m• cząstki duże (coarse mod), r>0.5 m
Szczególnie istotne znaczenie w atmosferze z klimatycznego punktu widzenia mają ostatnie dwa typy cząstek.
![Page 34: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/34.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Produkcja aerozoliProdukcja aerozoli
• produkcja mechaniczna (powstawanie soli morskiej produkcja mechaniczna (powstawanie soli morskiej podczas załamywania fal morskich czy wynoszenie pyłu podczas załamywania fal morskich czy wynoszenie pyłu pustynnego w czasie burz pyłowych)pustynnego w czasie burz pyłowych)
• spalanie biomasy spalanie biomasy
• spalanie przemysłowe (pyły, gazy)spalanie przemysłowe (pyły, gazy)
• konwersja gazu do cząstek np. do kwasu siarkowego czy konwersja gazu do cząstek np. do kwasu siarkowego czy azotowegoazotowego
![Page 35: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/35.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Usuwanie aerozoli z atmosferyUsuwanie aerozoli z atmosfery
• Sucha depozycja Sucha depozycja
Sedymentacja – osiadanie grawitacyjne Sedymentacja – osiadanie grawitacyjne (efektywnie usuwane (efektywnie usuwane tylko duże cząstki)tylko duże cząstki)
• Wilgotna depozycja (wymywanie przez krople chmurowe lub Wilgotna depozycja (wymywanie przez krople chmurowe lub krople deszczu). krople deszczu).
Efektywne usuwanie cząstek z klasy akumulacyjnejEfektywne usuwanie cząstek z klasy akumulacyjnej
![Page 36: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/36.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Zawartość aerozolu w atmosferze
![Page 37: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/37.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Jak bada się wpływ aerozoli na klimat?Jak bada się wpływ aerozoli na klimat?
• Monitoring zanieczyszczeń atmosfery oraz podstawowych Monitoring zanieczyszczeń atmosfery oraz podstawowych parametrów meteorologicznych (pomiary naziemne oraz parametrów meteorologicznych (pomiary naziemne oraz satelitarne, sondowanie atmosfery)satelitarne, sondowanie atmosfery)
• Obserwacje składowych bilansu promieniowania słonecznego Obserwacje składowych bilansu promieniowania słonecznego oraz długofalowegooraz długofalowego
• Modelowanie zmian klimatu – modele klimatuModelowanie zmian klimatu – modele klimatu
• Badania eksperymentalne – kampanie poloweBadania eksperymentalne – kampanie polowe
![Page 38: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/38.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Wpływ aerozoli na klimat ZiemiWpływ aerozoli na klimat Ziemi
Efekt bezpośredni (poprzez rozpraszanie i absorpcję Efekt bezpośredni (poprzez rozpraszanie i absorpcję promieniowania w atmosferze) promieniowania w atmosferze)
Efekt pośredni (poprzez oddziaływanie aerozolu na własności mikrofizyczne chmur)
![Page 39: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/39.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Bilans Energii w AtmosferzeBilans Energii w Atmosferze
Bilans radiacyjny w atmosferze –100 Wm-2
![Page 40: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/40.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
. .. .
. .. .. .. .. .
. .. .. .. .. .. .
. .
. .. .. .
. .. .. ::. .. .. .. .
. .. .. ..... .... .... . ...... .... .... . ..
::::::::::
:: ::::::
Stratocumulus
większe albedo
Większa koncentracja kropel,Mniejszy promień re
Pośredni wpływ aerozoli – ślady statków
Pawłowska, 2005
![Page 41: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/41.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Optyczny model chmuryOptyczny model chmuryAlbedo chmury w przybliżeniu dwu-strumieniowymAlbedo chmury w przybliżeniu dwu-strumieniowym
g12)g1(2
)g1(
F
FR
13R
gdzie g jest parametrem asymetrii związanym z rozpraszaniem promieniowania na kropelkach lub kryształach lodu, zaś grubością optyczna chmury. Przyjmując parametr asymetrii dla chmury równy około g=0.85 otrzymujemy
Rozważmy jednorodną chmurę o monodyspersyjnym rozkładzie wielkości
oext2 NQrh
Przyjmując, że dla obszaru widzialnego parametr wielkości x=2r/>>1 stąd Qext=2
![Page 42: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/42.jpg)
r
2
N
dN
rhN2
)Nr2rdN(h2d
o
o2
o
o2
o
0)rN3rdN(h3
40dLWC 2
o3
ow
o
o
N3
dN
r
1
o
o
o
o
o
o
N
dN
3
1
N
dN
3
2
N
dNd
Zakładając, że LWC nie zależy od wysokości
oLWCo dN
d
d
dR
dN
dR
ow
3 hNr3
4LWC
Wyznaczamy zależność albeda chmur R od liczby kropelek N przy stałej zawartości wody ciekłej (LWC)
Obliczmy wielkość
stąd
![Page 43: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/43.jpg)
22 )13(
13
)13(
13
d
dR
13
1R
N3
13
N3
1
)13(
13
dN
d
d
dR
dN
dR
oo2
oLWCo
ooLWCo N3
)R1(RR13
N3
R
dN
dR
ostatecznie
Tylko w przypadku chmur zawierających mała liczbę kropel N<100 cm-3 albedo chmury zależy silnie od koncentracji tym samym zawartości aerozoli.
![Page 44: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/44.jpg)
Przykład
• Rozważmy dwie chmury o monodyspersyjnym rozkładzie kropel, grubości pionowej 400 metrów, przy czym pierwsza składa się z kropelek wody o promieniu r1 =10 m
i koncentracji N1 =1000 1/cm3, zaś druga z kropel o promieniu r2 =20 m.
• Zakładając, że wodność obu chmur jest identyczna możemy wyznaczyć koncentracje kropel w drugiej chmurze ze wzoru (125 1/cm3)
• Stosując teorię rozpraszania MIE wyznaczamy parametry asymetrii dla obu chmur. Wynoszą one odpowiednio 0.86 i 0.87.
• Grubość optyczny chmur wynosi: 188 i 94
• Albedo chmur: 0.93 i 0.86.
![Page 45: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/45.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
warstwa aerozolu
redukcja promieniowana słonecznego dochodzącego do powierzchni ziemi
wzrost absorpcji w atmosferze
wzrost albeda planetarnego
Bezpośredni wpływ aerozoli na klimat
![Page 46: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/46.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
- grubość optyczna aerozolu - albedo pojedynczego rozpraszania
- cześć promieniowania rozpraszania wstecznie Dla molekuł =0.5Dla aerozoli (0.1 – 0.2)
Rs
Transmisja przez warstwę aerozolu
Odbicie od warstwy aerozolu
Efekt bezpośredni -prosty model radiacyjny
)e1(r
)1()e1(et eFo
oF
)e1)(1(Fo
)e1(Fo
)e1)(1(Fo
ext
scat
![Page 47: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/47.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Rs
Promieniowanie wychodzące z atmosfery:
Zmiana albeda planetarnego przez aerozol:
...)rRtrRtRtr(FF 23s
22s
2s
2or
rR1
RtrFF
s
s2
or
ss
s2
s RrR1
RtrR
tFo
oF
sotRF
s2
o RtFsorF
![Page 48: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/48.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
dla > c Rs>0 : ochładzanie dla < c Rs<0 : ogrzewanie
Dla <<1 ; średnia wartość 0.1-0.2
wartość krytyczna dla której Rs =0
2ss
sc )R1(R2
R2
)e1(r
)1()e1(et
)1(1t
r
11R2
)R1(R s2ss
![Page 49: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/49.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
tak więctak więc
• aerozole nad ciemną powierzchnią ziemi zawsze aerozole nad ciemną powierzchnią ziemi zawsze ochładzają klimat.ochładzają klimat.
• aerosole nad bardzo jasnymi powierzchniami (śnieg) aerosole nad bardzo jasnymi powierzchniami (śnieg) ogrzewają klimat.ogrzewają klimat.
• w przypadku pośrednim ochładzanie bądź ogrzewanie w przypadku pośrednim ochładzanie bądź ogrzewanie zależy od własności optycznych aerozoli oraz własności zależy od własności optycznych aerozoli oraz własności odbijających podłoża. odbijających podłoża.
• jednak zawsze obecność aerozoli prowadzi do redukcji jednak zawsze obecność aerozoli prowadzi do redukcji promieniowania przy powierzchni ziemi a zatem promieniowania przy powierzchni ziemi a zatem ochładzania. ochładzania.
TOA
![Page 50: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/50.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Globalne zaciemnienie Globalne zaciemnienie
w XX wieku.w XX wieku.
![Page 51: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/51.jpg)
Wpływ chmur na klimat
• Chmury pokrywają około 50% powierzchni Ziemi, dlatego, też są one bardzo ważne z klimatycznego punktu widzenia.
• Chmury zwiększają albedo planetarne od 14 do 30%.
• Z drugiej zmniejszają ucieczkę promieniowania długofalowego w przestrzeń kosmiczną zapobiegając w ten sposób utracie energii.
• Wpływ chmur na klimat zależy od ich własności optycznych oraz temperatury.
![Page 52: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/52.jpg)
Wymuszanie radiacyjne chmur
![Page 53: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/53.jpg)
19.
07.
2005
Krzysztof Markowicz IGF-UW
Wpływ transportu lotniczego na klimat
IPCC 1999
53
Całkowite wymuszanie radiacyjne związane z transportem lotniczym jest dodatnie (w szczególności również smugi kondensacyjne).
![Page 54: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/54.jpg)
19.
07.
2005
Krzysztof Markowicz IGF-UW
Updated Aviation Radiative Forcing for 2000
Sau
sen
et a
l., 2
005
54
![Page 55: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/55.jpg)
Wymuszanie radiacyjne chmur:SW -52.9 W/m2
LW 20.5 W/m2
NET -32.4 W/m2
![Page 56: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/56.jpg)
Chmury wysokie ogrzewają a niskie chłodzą…
Th
Tl
Ts
TsTl Ts>> Th
Albedo
10-30% Albedo
60-80%
![Page 57: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/57.jpg)
Chmury niskie:1. Mają zbliżoną temperaturę do powierzchni ziemi więc
mają niewielki wpływ na promieniowanie długofalowe emitowane przez powierzchnie Ziemi
2. Silnie odbijają promieniowanie słoneczne.3. Efekt netto jest ochładzający – ujemne wymuszanie
radiacyjne.Chmury wysokie:1. Mają znacznie niższą temperaturę w stosunku
powierzchni ziemi więc znacząco redukują promieniowanie długofalowe emitowane przez powierzchnie Ziemi
2. Słabo odbijają promieniowanie słoneczne.3. Efekt netto jest ogrzewający – dodatnie wymuszanie
radiacyjne.
![Page 58: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/58.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
![Page 59: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/59.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Wymuszanie radiacyjne aerozoli w skali lokalnejWymuszanie radiacyjne aerozoli w skali lokalnej
![Page 60: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/60.jpg)
60
![Page 61: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/61.jpg)
04/22/2304/22/23Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz [email protected]@igf.fuw.edu.pl
Modelowane zmiany klimatu w obecnym Modelowane zmiany klimatu w obecnym stuleciustuleciu
![Page 62: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/62.jpg)
62
![Page 63: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/63.jpg)
63
![Page 64: Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 5](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061608/5681598b550346895dc6d1b5/html5/thumbnails/64.jpg)
64