Modelowanie zmian klimatu Modelowanie zmian klimatu

(1)

Modelowanie zmian klimatu Modelowanie zmian klimatu

dr Krzysztof Markowicz dr Krzysztof Markowicz

Instytut Geofizyki Instytut Geofizyki Uniwersytet Warszawski Uniwersytet Warszawski

kmark@igf.fuw.edu.pl kmark@igf.fuw.edu.pl www.igf.fuw.edu.pl

www.igf.fuw.edu.pl / / meteo meteo /stacja/ /stacja/

(2)

O czym będzie mowa?

• Pojęcie klimatu Pojęcie klimatu

• Fizycznych podstawach promieniowania Fizycznych podstawach promieniowania

• Bilans energii Ziemi Bilans energii Ziemi

• Modele zero wymiarowe Modele zero wymiarowe

• Równowaga radiacyjna i radiacyjno-konwekcyjna Równowaga radiacyjna i radiacyjno-konwekcyjna (1D modele klimatu).

(1D modele klimatu).

• Proste modele klimatu. Proste modele klimatu.

• Globalne modele klimatu 3D (GCM) Globalne modele klimatu 3D (GCM)

(3)

11/29/21 11/29/21

Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl kmark@igf.fuw.edu.pl

Klimat – brak jednej definicji Klimat – brak jednej definicji

• Średnia pogoda… Średnia pogoda…

• Średni przebieg warunków atmosferycznych Średni przebieg warunków atmosferycznych

charakterystyczny dla danego obszaru i określony na charakterystyczny dla danego obszaru i określony na

podstawie 30 letnich serii pomiarowych.

Przykład 1 Przykład 1

• Stacja A: średnia temperatura roczna 8 Stacja A: średnia temperatura roczna 8

^o^o

C C (średnia stycznia 5

(średnia stycznia 5

^o^o

C, średnia lipca 11 C, średnia lipca 11

^o^o

C) C)

• Stacja B: średnia temperatura roczna 8 Stacja B: średnia temperatura roczna 8

^o^o

C C (średnia stycznia -3

(średnia stycznia -3

^o^o

C, średnia lipca 19 C, średnia lipca 19

^o^o

C) C)

(4)

11/29/21 11/29/21

Przykład 2

Stacja A: średnia temp stycznia dla

kilku kolejnych lat: 7.1, 8.3, 8.7,7.9,

8.0 Stacja B: średnia temp stycznia dla

kilku kolejnych lat: -7.5, 0.3, -2.0 , 0.7,

-3.5

(5)

11/29/21 11/29/21

Klimat, definicja fizyczna Klimat, definicja fizyczna

• Klimat to pojecie statystyczne i bardziej złożone. Klimat to pojecie statystyczne i bardziej złożone.

Zdefiniowany jest przez pojęcia statystyczne a nie tylko Zdefiniowany jest przez pojęcia statystyczne a nie tylko

przez wartości

przez wartości średnie średnie . Wielkościami tymi są: . Wielkościami tymi są:

wariancja

wariancja (miara odchylenia od wartości średniej) (miara odchylenia od wartości średniej) odchylenie sztandarowe

odchylenie sztandarowe kwantyle

kwantyle (np. prawdopodobieństwo, że średnia (np. prawdopodobieństwo, że średnia

temperatura stycznia 2008 roku będzie niższa niż -4C) temperatura stycznia 2008 roku będzie niższa niż -4C)

prawdopodobieństwo prawdopodobieństwo

Ostatnia wielkość określa np. jakie jest Ostatnia wielkość określa np. jakie jest

prawdopodobieństwo że średnia temperatura lutego 2019 prawdopodobieństwo że średnia temperatura lutego 2019

roku będzie w przedziale od -3 do -4

^o^o

C C

(6)

11/29/21 11/29/21

Anomalie Anomalie

• Czyli odchylenie od wartości średniej (przeciętej) Czyli odchylenie od wartości średniej (przeciętej)

• Pojecie stosowane często w klimatologii do analizy Pojecie stosowane często w klimatologii do analizy zmienności warunków pogodowych.

zmienności warunków pogodowych.

Czy anomalie pogodowe świadczą o zmianach klimatu Czy anomalie pogodowe świadczą o zmianach klimatu

• Nie, gdyż anomalie są naturalnie związanie z klimatem. Nie, gdyż anomalie są naturalnie związanie z klimatem.

• Dopiero gdy anomalia utrzymuje się przez odpowiedni Dopiero gdy anomalia utrzymuje się przez odpowiedni długi okres czasu (30 lat) może to świadczyć o zmianach długi okres czasu (30 lat) może to świadczyć o zmianach

klimatycznych.

(7)

11/29/21 11/29/21

Anomalie cd.

• Czy w dobie globalnego ocieplenia możemy spodziewać się Czy w dobie globalnego ocieplenia możemy spodziewać się chłodnych zim?

chłodnych zim?

• Czy chłodne lato jakiegoś roku może dowodzić, że nie Czy chłodne lato jakiegoś roku może dowodzić, że nie mamy do czynienia z globalnym ociepleniem?

mamy do czynienia z globalnym ociepleniem?

(8)

11/29/21 11/29/21

Badania klimatu

monitoring zmienności

wymuszanie

odpowiedz

predykcja

konsekwencje

(9)

Składniki systemu klimatycznego Składniki systemu klimatycznego

połączenie połączenie chaotyczne chaotyczne nieliniowe

nieliniowe Dynamika atmosfery i oceanu Dynamika atmosfery i oceanu Obieg węgla

Obieg węgla Obieg wody i energii Obieg wody i energii

Reakcje chemiczne Reakcje chemiczne

w atmosferze

(10)

11/29/21 11/29/21

Zmiany Globalne Zmiany Globalne

w XX wieku

(11)

11/29/21 11/29/21

Globalne zmiany temperatury w atmosferze i na powierzchni Ziemi

ICCP, 2007

(12)

Zmiany klimatu w Polsce Zmiany klimatu w Polsce

11/29/21 11/29/21

Zmiany temperatury w Polsce za ostatnie 50 lat pokazują , że

klimat się ociepla!

(13)

11/29/21 11/29/21

Obserwuje się rosnący trend prędkości wiatru i silniejszą

cyrkulację strefowa.

(14)

11/29/21 11/29/21

Procesy klimatyczne Procesy klimatyczne

• To procesy fizyczne zachodzące w atmosferze i oceanach To procesy fizyczne zachodzące w atmosferze i oceanach prowadzące do zmian klimatu. Najczęściej zalicza się do prowadzące do zmian klimatu. Najczęściej zalicza się do

nich obieg ociepla, cykl hydrologiczny oraz cyrkulację nich obieg ociepla, cykl hydrologiczny oraz cyrkulację

powietrza.

• Determinują one zmiany naturalne i antropogeniczne Determinują one zmiany naturalne i antropogeniczne systemu klimatycznego oraz jego odpowiedz na

systemu klimatycznego oraz jego odpowiedz na zaburzenia (np. wzrost koncentracji gazów

zaburzenia (np. wzrost koncentracji gazów cieplarnianych) .

cieplarnianych) .

• Ważnym pojęciem w systemie klimatycznym są Ważnym pojęciem w systemie klimatycznym są

sprzężenia zwrotne, które związane są z procesami sprzężenia zwrotne, które związane są z procesami

klimatycznymi. Zwiększają (sprzężenie dodatnie) lub klimatycznymi. Zwiększają (sprzężenie dodatnie) lub zmniejszają (sprzężenie ujemne) zmiany w układzie zmniejszają (sprzężenie ujemne) zmiany w układzie

wywołane pierwotnym zaburzeniem.

(15)

11/29/21 11/29/21

Albedo+

Strumień ciepła utajonego i odczuwalnego

Ocean

T+

Podwojenie koncentracji CO

₂

Promieniowani e słoneczne

T-

ujemne sprzężenie zwrotne

Przykład sprzężenia zwrotnego w systemie

klimatycznym Ziemi-Atmosfera

(16)

11/29/21 11/29/21

Przyczyny zmian klimatu Przyczyny zmian klimatu

• Efekt cieplarniany Efekt cieplarniany

• Efekt aerozolowy (bezpośredni i pośredni) Efekt aerozolowy (bezpośredni i pośredni)

• Zmiany cyrkulacji oceanicznej Zmiany cyrkulacji oceanicznej

• Wybuchy wulkanów Wybuchy wulkanów

• Zmienność aktywności słońca Zmienność aktywności słońca

• Zmiany w ozonosferze Zmiany w ozonosferze

Przyczyny długookresowe Zmienność orbity ziemskiej

Dryf kontynentów

Zmiany składu atmosfery

(17)

11/29/21 11/29/21

Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl kmark@igf.fuw.edu.pl 11/29/21

Ziemia i atmosfera jest w stanie równowagi Ziemia i atmosfera jest w stanie równowagi

klimatycznej określonej przez energie dostarczaną przez klimatycznej określonej przez energie dostarczaną przez Słońce oraz emitowaną przez Ziemie w kosmos.

Słońce oraz emitowaną przez Ziemie w kosmos.

Zmiany klimatu związane są z zaburzeniami bilansu Zmiany klimatu związane są z zaburzeniami bilansu energii w układzie Ziemia-Atmosfera

energii w układzie Ziemia-Atmosfera

Zasadniczą kwestią w badaniach zmian klimatu są Zasadniczą kwestią w badaniach zmian klimatu są obserwacje składowych bilansu energii oraz studia obserwacje składowych bilansu energii oraz studia

procesów prowadzących do zmiany stanu równowagi procesów prowadzących do zmiany stanu równowagi

klimatycznej w tym wymuszania radiacyjnego.

(18)

Promieniowanie Promieniowanie

• Słoneczne (krótkofalowe): < 4 Słoneczne (krótkofalowe): < 4 m  m Stała słoneczna:

Stała słoneczna: natężenie (moc) promieniowania słonecznego natężenie (moc) promieniowania słonecznego docierającego do górnych granic atmosfery, I=1368 Wm

docierającego do górnych granic atmosfery, I=1368 Wm

^-2^-2

. . Średnia wartość dla całego globu wynosi: 342 Wm

Średnia wartość dla całego globu wynosi: 342 Wm

^-2^-2

. .

• Ziemskie (długofalowe, termiczne): > 4 Ziemskie (długofalowe, termiczne): > 4 m  m

T 4

F  

Prawo Stefana Boltzmanna:

 =5.67x10

^-8

[W/K

⁴

m

²

]

Dla T=255 K, F=240 Wm-2

Dla T=273 K, F=315 Wm

^-2

Dla T=300 K, F=469 Wm-2

(19)

Widmo promieniowania słonecznego i ziemskiego

(20)

Absorpcja promieniowania przez poszczególne gazy Absorpcja promieniowania przez poszczególne gazy

zawarte w atmosferze.

(21)

Modele klimatu Modele klimatu

• Model zero-wymiarowy Model zero-wymiarowy

• Model 1D: równowaga radiacyjna i równowaga Model 1D: równowaga radiacyjna i równowaga radiacyjno-konwekcyjna

radiacyjno-konwekcyjna

• Proste modele klimatu 2D i 3D Proste modele klimatu 2D i 3D

• Zaawansowane modele klimatu 3D Zaawansowane modele klimatu 3D

(22)

11/29/21 11/29/21

F

_o

/4 σT

⁴

F

_o

A /4

A - planetarne albedo F

_o

stała

słoneczna

Model klimatu - zerowe przybliżenie

4 o

o

/ 4 AF / 4 T

F   

Zakładamy brak atmosfery

(23)

Pojęcie temperatury efektywnej

K 4 255

) A 1 (

T

⁴

F

^o





 

W stanie równowagi energia docierającą od Słońca jest

równoważona przez emisję promieniowania długofalowego w przestrzeń kosmiczną.

Przy założeniu braku atmosfery ale rzeczywistej wartości albeda planetarnego (30%) równowaga ta określa średnią temperaturę efektywną.

Temperatura efektywna jest niższa od średniej temperatury panującej obecnie na Ziemi o około 33 K.

Głównym zjawiskiem odpowiedzialnym za wyższa

temperaturę na Ziemi jest efekt cieplarniany.

(24)

Kilka uwag do modelu.

• Założenie, że w przypadku braku atmosfery albedo planetarne wynosiłoby tyle co obecnie jest grubym przybliżeniem.

• Obecnie albedo samej powierzchni Ziemi wynosi około 14% jednak gdyby na Ziemi było o 33K chłodniej

znacząco zwiększył by się zasięg lodowców i pokrywy śnieżnej co wpłynęłoby na wyższe albedo.

• Przedstawiony model opisu systemu klimatycznego widzianego z kosmosu. Przytoczony bilans energii na górnej granicy atmosfery mimo, że nie uwzględnia atmosfery jest dokładnie taki sam jak w przypadku atmosfery.

• W rzeczywistości tylko strumienie radiacyjne w bilansie

mają nieco inną interpretację.

(25)

Efekt cieplarniany

240 S/4 (1-A)

240



T

^s⁴

240 240

No Atmosphere With a Black Atmosphere in the LW Only

S/4 (1-A)

240 240

240



T

^s⁴

480

Ts=255K Ts= 303 K

T=Te=255K

(26)

Bilans energii w atmosferze

(27)

11/29/21 11/29/21

Termiczny wymiar efektu cieplarnianego

gazy cieplarniane

procentowy

wkład koncentracja

para wodna 20.6 62.1% 30 ppvt

CO

₂

7.2 21.7% 350 ppmv

0

₃

2.4 7.2% 50 ppbv

N

₂

0 1.4 4.2% 320 ppbv

CH

₄

0.8 2.4% 17 ppbv

freony <0.8 2.4% 1 ppbv

GH 33.2

T

UWAGA, wartości te odnoszą się do bardzo prymitywnego przypadku, że albedo planetarne jest takie samo obecnie jak i gdyby nie było gazów cieplarnianych w atmosferze. Gdyby nie było gazów cieplarnianych nie byłoby również chmur co

skutkowałoby albedem około 13-14%. Z drugiej strony niższe temperatury na Ziemi prowadziłoby do rozwodu znacznie większej pokrywy lodowej i śnieżnej wzrostu

albeda.

(28)

Model klimatu – pierwsze przybliżenie

Atmosfera częściowo pochłania promieniowanie słoneczne (SW) i długofalowe (LW). Przybliżenie ciała doskonale szarego.

Powierzchnia Ziemi 

asw ATMOSFERA a_lw

T

_a

T

_s

F

₅

F

₇

F

₁

F

₃

F

₄

F

₆

F

₈

F

₂

S F

₁



S ) A 1 )(

a 1 ( F

F

₂



₄

 

_sw

 AS

F

₃



4 a lw

5

a T

F  

4 a lw 5

6

F a T

F   

4 s lw

8 lw

7

( 1 a ) F ( 1 a ) T

F      

4 s

8

T

F  

,

0 F

F F

F

N

_TOA



₁



₃



₅



₇

 0 F

F F

F

N

_surf



₂



₆



₄



₈



a

_sw

, a

_lw

,  – zdolność absorpcyjna dla SW i

LW oraz zdolność emisyjna.

(29)

0 T

) a 1 ( T a

SA

S  

_lw



_a⁴

 

_lw



_s⁴





0 T

a T

S ) a 1 )(

A 1

(  

_sw

 

_s⁴



_lw



_a⁴





4

lw sw

s

2 a

a ] 2

A 1 S [

T  

 







 

 

⁴

lw lw

lw sw

lw

a

( 2 a ) a

)]

a 1 ( a a

)[

A 1 S (

T 







 

e 4

) A 1 ( T S



 

4

lw sw e

s

2 a

a T 2

T  

 







 

⁴

lw lw

lw sw

lw e

a

( 2 a ) a

)]

a 1 ( a a

T [

T 



 

,

.

Bilans na TOA

Bilans na powierzchni Ziemi

Rozwiązanie układu równana prowadzi do wzoru na temperaturę powierzchni Ziemi i atmosfery.

Wykorzystując związek na temperaturę efektywną

(30)

1. Przypadek szklanej szyby (przeźroczysta dla

promieniowania słonecznego a

_SW

=0 i całkowicie

nieprzeźroczysta dla promieniowania długofalowego a

_LW

=1.

K 303 2

T

_s



_e⁴

 T

_a

 T

_e

2. Temperatura powierzchni Ziemi jest wyższa od atmosfery tylko wtedy, gdy a

_LW

> a

_SW

(warunek występowania

troposfery).

W obecnej atmosferze warunek ten jest spełniony. Gdyby sprężyć całą parę wodną do jednej warstwy, to miałaby ona zdolność aborcyjną dla promieniowania krótkofalowego równą 0.25, zaś zdolność emisyjną dla promieniowania długofalowego 0.9. Podstawiając te wartości otrzymujemy temperaturę

powierzchni Ziemi równą 286 K, zaś atmosfery 250.7 K.

(31)

3. Przypadek tzw. zimy nuklearnej. Jeśliby spalić wszystkie lasy na ziemi oraz budynki powstający smog miałaby w przybliżeniu zdolność absorpcyjną równą jedności, zaś zdolność emisyjną w podczerwieni około 0.9. W tym przypadku temperatura powierzchni Ziemi wyniosłaby 249 K, zaś atmosfery 255 K. Tak więc atmosfera byłaby stabilna i doszłoby do zaniku troposfery.

4. Im większa różnica pomiędzy zdolnością absorpcyjna

promieniowania długofalowego słonecznego tym większa różnica temperatury powierzchni Ziemi i atmosfery.

5. Na wartość zdolności absorpcyjnej promieniowania

długofalowego największy wpływ na zawartość gazów cieplarnianych (para wodna, CO2, ozon, metan itd.).

6. W zakresie promieniowania słonecznego istotną rolę odgrywają aerozole atmosferyczne.

7 Chmury wpływają na wartość zdolności absorpcyjnej w zakresie SW i LW. Stąd też wpływ chmur na klimat jest zróżnicowany (zależy od parametrów optycznych i

temperatury chmur).

(32)

11/29/21 11/29/21

S=F

_o

/4 T

_eff

σT

⁴

N(A, T

_eff

, T) wymuszenie

AF

_o

/4

W stanie równowagi:

F

_o

(1-A)/4=T

_eff

T

⁴

A - planetarne albedo

F

_o

stałą słoneczna

Wymuszenie radiacyjne

(33)

F

OLR

S ) A 1

(

N   

0 T T

N N

_s

s



 

 



N T

_s

  



1

T

s

N

^

 

 







 





gdzie  oznacza współczynnik wrażliwości klimatu na zmiany radiacyjne

.

N )

N(T )

N(T

_s



_s

  Przejście do nowego stanu równowagi radiacyjnej

Nowy stan może być zapisany jako suma wymuszenia radiacyjnego N oraz odpowiedzi atmosfery

Związek wymuszania radiacyjnego z temperaturą powierzchni Ziemi

1

s s

OLR

T ) A 1 ( S T

F

^

 

 









 



 



.

(34)

 

 1

Analizując problemy wymuszania radiacyjnego wygodnie jest wprowadzić parametr sprzężenie zwrotnego  (Feedback Parametr) jako

Wm

^-2

K

^-1

model

3.8 ziemia jako ciało doskonale czarne

3.3 model radiacyjny Ziemi

2 z uwzględnieniem sprzężenia zwrotnego pary wodnej

1-1.5 z uwzględnieniem wszystkich sprzężeń

zwrotnych (chmury, lodowce-aledo)

(35)

Wymuszanie radiacyjne gazów cieplarnianych Wymuszanie radiacyjne gazów cieplarnianych

Nieliniowy pływ gazów cieplarnianych na bilans energii

Nieliniowy pływ gazów cieplarnianych na bilans energii . .

(36)

ICCP 2007

(37)

Modele równowagowe: radiacyjne Modele równowagowe: radiacyjne

i radiacyjno-konwekcyjne i radiacyjno-konwekcyjne

• Równowagowe modele radiacyjno-konwekcyjne są Równowagowe modele radiacyjno-konwekcyjne są

bardziej złożone niż modele zero-wymiarowe, pozwalają bardziej złożone niż modele zero-wymiarowe, pozwalają

wyznaczyć pionowy rozkład temperatury w atmosferze.

Natomiast nie przewidują poziomego transportu ciepła.

• Modele te uwzględniają tylko dwa procesy transportu Modele te uwzględniają tylko dwa procesy transportu energii:

energii:

a) strumień energii promieniowania słonecznego w a) strumień energii promieniowania słonecznego w

kierunku z góry i cieplnego z dołu (model kierunku z góry i cieplnego z dołu (model

dwustrumieniowy), dwustrumieniowy),

b) b) konwekcyjny transport energii cieplnej konwekcyjny transport energii cieplnej

(38)

Eksperyment I – podwojenie zawartości CO Eksperyment I – podwojenie zawartości CO ₂ ₂

Równowaga radiacyjna

(39)

Eksperyment II – atmosfera obecna w Eksperyment II – atmosfera obecna w

stosunku do atmosfery pozbawionej CO stosunku do atmosfery pozbawionej CO ₂ ₂

równowaga radiacyjna

(40)

Eksperyment III – redukcja ozonu o 25%

(41)

profil temperatury przy założeniu rów. radiacyjnej, profil adiabatyczny oraz średni dla Ziemi.

wychładzanie powietrza przy założeniu równowagi

radiacyjnej.

(42)

Prosty model klimatu

warstwa wiesz.

T

_{m ,}



głębia oceanu T

_d

Dyfuzja D

Wymuszanie rad. N

.

Ziemię pokrywa ocean składającym się z dwóch warstw: warstwy mieszania i głębi oceanicznej.

Wymiana pomiędzy warstwami oceanu odbywa się przez dyfuzję.

T D dt N

T

C

_m

d 

^m

   

^m

 

dt D T C

_d

d 

^d



dz C dT D  

_p

Tempo zmian temperatury warstwy

mieszania Tempo zmian temperatury

warstwy dennej

Strumień energii związany z

dyfuzją

(43)

zmiany wymuszania

radiacyjnego

(44)

zmiany wymuszania radiacyjnego

(45)

Modele klimatu 3D – modele globalnej Modele klimatu 3D – modele globalnej

cyrkulacji GCM cyrkulacji GCM

• Przewidują różnego rodzaju zmienne takie jak Przewidują różnego rodzaju zmienne takie jak

temperatura czy ciśnienie. Modele cyrkulacji atmosfery temperatura czy ciśnienie. Modele cyrkulacji atmosfery zawierają parametryzacje (uproszczenia) fizyki zjawisk zawierają parametryzacje (uproszczenia) fizyki zjawisk

zachodzących w przyrodzie.

• Modele atmosferyczne globalne cyrkulacji atmosfery Modele atmosferyczne globalne cyrkulacji atmosfery zakładają temperaturę oceanu, podczas gdy sprzężone zakładają temperaturę oceanu, podczas gdy sprzężone

modele oceanu i atmosfery przewidują ruch zarówno modele oceanu i atmosfery przewidują ruch zarówno

wody jak i powietrza, oraz wzajemne oddziaływania wody jak i powietrza, oraz wzajemne oddziaływania

pomiędzy oceanem i atmosferą. Te ostatnie są obecnie pomiędzy oceanem i atmosferą. Te ostatnie są obecnie

najbardziej kompleksowymi modelami zmian klimatu.

(46)

Atmosferyczny moduł modelu klimatu Atmosferyczny moduł modelu klimatu

• Cześć dynamiczna, rozwiązuje równania ruchu powietrza na kuli Cześć dynamiczna, rozwiązuje równania ruchu powietrza na kuli ziemskiej. Rozwiązanie tych równań daje np.

ziemskiej. Rozwiązanie tych równań daje np.

– ciśnienie atmosferyczne (geopotencjał) ciśnienie atmosferyczne (geopotencjał) – prędkość i kierunek wiatru prędkość i kierunek wiatru

– temperaturę i wilgotność na różnych poziomach temperaturę i wilgotność na różnych poziomach

• moduł radiacyjny opisujący przepływ promieniowania słonecznego i moduł radiacyjny opisujący przepływ promieniowania słonecznego i promieniowania długofalowego.

promieniowania długofalowego.

• parametryzacje różnych procesów, m.in. parametryzacje różnych procesów, m.in.

– konwekcję konwekcję

– procesy oddziaływania z powierzchnią Ziemi (turbulencja warstwy procesy oddziaływania z powierzchnią Ziemi (turbulencja warstwy granicznej)

granicznej)

• GCM ma kilka składowych prognostycznych, które są przewidywane z GCM ma kilka składowych prognostycznych, które są przewidywane z równań ruchu w każdym kroku czasowym i kilka zmiennych

równań ruchu w każdym kroku czasowym i kilka zmiennych

diagnostycznych, które są dedukowane ze zmiennych prognostycznych.

Przykładowo ze zmiennych prognostycznych - temperatury, ciśnienia, i Przykładowo ze zmiennych prognostycznych - temperatury, ciśnienia, i wilgotności - można ocenić opad (zmienna diagnostyczna).

wilgotności - można ocenić opad (zmienna diagnostyczna).

(47)

Błędy modeli klimatu Błędy modeli klimatu

• Niektóre ważne procesy klimatyczne są słabo reprezentowane w Niektóre ważne procesy klimatyczne są słabo reprezentowane w

modelach klimatu, ale naukowcy uważają, że najlepsze modele klimatu modelach klimatu, ale naukowcy uważają, że najlepsze modele klimatu

nie zmienią ogólnych konkluzji.

• Główne różnice pomiędzy modeli klimatu i obserwacjami widoczne były Główne różnice pomiędzy modeli klimatu i obserwacjami widoczne były w temperaturze górnych warstw troposfery. Modele klimatu przewidują w temperaturze górnych warstw troposfery. Modele klimatu przewidują

silniejsze ogrzewanie w górnej troposferze niż na powierzchni Ziemi.

Jednak po weryfikacji danych sondażowych i satelitarnych dzisiejszy stan Jednak po weryfikacji danych sondażowych i satelitarnych dzisiejszy stan

wiedzy potwierdza zgodność modeli klimatu z obserwacjami w tej wiedzy potwierdza zgodność modeli klimatu z obserwacjami w tej

kwestii.

• Rola chmur w zmianach klimatu jest niezwykle ważna a ich Rola chmur w zmianach klimatu jest niezwykle ważna a ich

reprezentacja w modelach klimatu jest mało precyzyjna. Chmury istotnie reprezentacja w modelach klimatu jest mało precyzyjna. Chmury istotnie

wpływają na bilans radiacyjnych i energii. Niewielkie zmiany wpływają na bilans radiacyjnych i energii. Niewielkie zmiany

zachmurzenia mogą prowadzić do znacznych zmian w systemie zachmurzenia mogą prowadzić do znacznych zmian w systemie

klimatycznym.

• Modele klimatu mają spore problemy z przewidywaniem zmian Modele klimatu mają spore problemy z przewidywaniem zmian

częstotliwości groźnych zjawisk atmosferycznych takich jak cyklony częstotliwości groźnych zjawisk atmosferycznych takich jak cyklony tropikalne czy huragany umiarkowanych szerokości geograficznych.

tropikalne czy huragany umiarkowanych szerokości geograficznych.

(48)

Modele klimatu a przewidywanie Modele klimatu a przewidywanie

pogody pogody

• Modele klimatu mają bardzo podobną strukturę do modeli Modele klimatu mają bardzo podobną strukturę do modeli prognozujących pogodę na kuli ziemskiej, ale są od nich prognozujących pogodę na kuli ziemskiej, ale są od nich

mimo wszystko różne.

• W prognozie pogody symulacje są dosyć krótkie - W prognozie pogody symulacje są dosyć krótkie -

maksymalnie kilka dni. Modele prognozy pogody wymagają maksymalnie kilka dni. Modele prognozy pogody wymagają

bardzo precyzyjnych danych początkowych - zazwyczaj bardzo precyzyjnych danych początkowych - zazwyczaj

obserwacji ze stacji synoptycznych połączonych z asymilacją obserwacji ze stacji synoptycznych połączonych z asymilacją

danych.

• Modele prognozy są robione zazwyczaj na znacznie gęstszej Modele prognozy są robione zazwyczaj na znacznie gęstszej siatce

siatce

• Mimo, że prognozy numeryczne pogody po kilku dniach tracą Mimo, że prognozy numeryczne pogody po kilku dniach tracą dokładność to nie znaczy, że symulacje klimatu są

dokładność to nie znaczy, że symulacje klimatu są

niedokładne. Dzieje się tak dlatego, ponieważ w problemie niedokładne. Dzieje się tak dlatego, ponieważ w problemie

klimatu istotne są średnie wartości.

(49)

• Różnice pomiędzy modelem klimatu a modelem prognoz Różnice pomiędzy modelem klimatu a modelem prognoz pogody widoczne są na przykładzie ćmy poruszającej się pogody widoczne są na przykładzie ćmy poruszającej się w pokoju w którym jednym źródłem światła jest żarówka w pokoju w którym jednym źródłem światła jest żarówka przy suficie. Nie jesteśmy w stanie przewidzieć położenia przy suficie. Nie jesteśmy w stanie przewidzieć położenia

ćmy po kilku sekundach za to możemy powiedzieć jakie ćmy po kilku sekundach za to możemy powiedzieć jakie

jest jej średnie położenie nawet po godzinie…

(50)

1% wzrostu CO

₂₂

rocznie rocznie

(51)

Przykładowe wyniki Przykładowe wyniki

modelowania (średnia dla modelowania (średnia dla zestawu modeli). Rysunki zestawu modeli). Rysunki

przedstawiają średnią przedstawiają średnią

zmianę temperatury dla lat zmianę temperatury dla lat

2071-2100 w porównaniu 2071-2100 w porównaniu

do lat 1910-1990 dla do lat 1910-1990 dla scenariusza A2 i B2.

scenariusza A2 i B2.

Zwraca uwagę szczególnie Zwraca uwagę szczególnie

duży wzrost temperatury w duży wzrost temperatury w

Arktyce, nawet o osiem Arktyce, nawet o osiem

stopni. Te same prognozy

przewiduj znaczny wzrost

opadów w Arktyce (rzędu

40%) 40%)

(52)

11/29/21 11/29/21

(53)

11/29/21 11/29/21