Hur fungerar växthuseffekten?

En presentation över ämnet: "Hur fungerar växthuseffekten?"— Presentationens avskrift:

1 Hur fungerar växthuseffekten?
Professor Lennart Bengtsson Environmental System Science Centre University of Reading, UK Max Planck institute for Meteorology Hamburg, Germany 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

2 Vad vet vi om växthusgaserna
Är känd och påvisad sedan första hälften av 1800-talet. En enkel strålningsbalansräkning visar att jordens temperatur skulle vara ca 33 C lägre utan växthusgasernas inflytande. Den nuvarande koncentrationen av koldioxid bidrar med ca 7C Vattenånga, Koldioxid, Metangas, Freongaser etc är exempel på naturliga och artificiella växthusgaser Det är mycket stora skillnader mellan uppehållstiden i atmosfären, varierande från ca 1 vecka (vattenånga) till år eller längre ( som SF6) 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

3 Varför varierar jordens klimat
Variationer i solstrålningen Variationer i jordbanan Ändringar i atmosfärens sammansättning Variationer i naturliga och antropogena aerosoler Interna variationer i klimatsystemet 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

4 Temperaturändringar Den globala temperaturen vid jordytan
Regionala temperaturändringar Temperaturen i troposfär och stratosfär 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

5 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

6 Temperature anomalies
Johannessen et al. 2003 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

7 Arctic temperatures after Walsh and Polyakov et al.
5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

8 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

9 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

10 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

11 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

12 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

13 TSI (1978-2005) After C Frolich (2005) ISSI, Bern
5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

14 Vilka är de troliga orsakerna till den globala uppvärmningen under de seanaste 100 åren
Externa effekter kan sannolikt uteslutas åtminstone efter 1978 då vi har noggranna satellitmätningar Effekten av vulkaniska aerosoler är numera väl kända efter studier av El Chichon(1984) och Pinatubo(1991). Avkylningen är begränsad till 1+3 år Icke-klimatbetingade ändringar i jordytans albedo kan vidare uteslutas Naturliga variationer är mindre och är mer regionala till sin natur Uteslutningsmetoden ger att den troligaste orsaken är ändringar i atmosfärens sammansättning och i aerosolerna 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

15 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

16 Annual increase in GHG forcing 1958-2003
5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

17 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

18 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

19 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

20 Växthuseffekten Kan den observeras Hur stor är den
Hur påverkar den temperaturen i atmosfären 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

21 The greenhouse effect 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

22 The greenhouse effect 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

23 An Assessment of Climate Feedbacks in Coupled Ocean-Atmosphere Models Soden and Held, July 2006, Journal of Climate Investigating 14 climate models used in the IPCC 4th assessment using SRES A1B scenario Water vapor provides the largest positive feedback and the strength of this feedback can be estimated assuming constant relative humidity in all models Surface albedo provide a positive feedback for all models Clouds provide the largest source of uncertainty in current model projections, but provide a positive feedback in all models 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

24 Hur reagerar klimatsystemet
Återkopplingseffekter förstärker uppvärmningen Vattenånga som följer temperaturen Markytans albedo ( mindre snö och is) Senaste modellberäkningar visar att även molneffekten bidrar (huvudsakligen minskade stratiforma moln) Temperaturändringen är ej direkt korrelerad med den direkta strålningseffekten utan snarare med återkopplingseffekterna 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

25 The feedback problem 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

26 The feedback problem 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

27 The feedback problem 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

28 Feedback results from different models
5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

29 Hur stor är växthuseffekten
En fördubbling av momentant reducerad utstrålning på ca 4W per m2 Det totala bidraget motsvarar en temperaturökning på 2-4 C På grund av klimatsystemets tröghet anpassar sig klimatet långsamt ( åtskilliga decennier) till denna högre temperatur. klimatsystemet är i obalans då utstrålningen är mindre än instrålningen Följaktligen finns en icke realiserad temperaturhöjning på ca 0.7 C 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

30 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

31 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

32 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

33 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

34 The additional warming ranging between 0.1 and 1.5 C
Climate+Carbon Cycle Feedback Analysis. Results from the C4MIP Model Intercomparison Friedlingstein et al, July 2006, Journal of Climate There was unanimous agreement among models that future climate change will reduce the efficiency of the Earth system to absorb the anthropogenic carbon perturbation. By the end of the 21st century the additional CO2 varied between 20 and 200 ppm, the majority of models lying between 50 and 100 ppm The additional warming ranging between 0.1 and 1.5 C 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

35 Naturliga klimatvariationer
Klimatet varierar naurligt En av de största bidragen kommer från El Nino Mycket stora klimatvariationer har vi i inte minst i Europa och Arktis Dessa variationer är signifikanta och kan dominera klimatet i flera decennier 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

36 Ensemble climate trends averaged for different time-periods
(T/decade) 1-30 years years 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

37 Delworth and Knutson, 2000 obs exp 3
Monte-Carlo simulations with a coupled AO GCM: one out five simulations almost perfectly reproduced the observed global temperature variability. obs exp 3 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

38 IPCC AR4 Arctic Temperature Anomalies by AOGCMs
20th Century (20C3M) 11/20 models have decadal signal Courtesy, J Overland PIcntrl (Control Runs) 10/20 models have decadal signal 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

39 Predictability of snow in Germany
5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

40 Köppen climate zones Main groups
A: Tropical rainy climate, all months > +18 C B: Dry climate, Evaporation > Precipitation C: Mild humid climate, coldest month +18 C - -3 C D: Snowy - forest climate, coldest month < -3C but warmest > +10 E: Polar climate , warmest month < +10 C ET: Tundra climate, warmest month > 0 C Subgroups f : Moist, no dry seasons w: Dry season in winter s : Dry season in summer 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

41 Köppen climate zones ECHAM5 simulated ERA40 determined from analyses.
5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

42 Coupled Model T63L31 Present climate Future climate 5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala

43 Storm tracks at high NAO ( >2 sd, left) and low NAO ( < 2 sd, right) Intensity and density (top)and generation (below) 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

44 Storm track density difference between scenario A1B ( aver. cond
Storm track density difference between scenario A1B ( aver. cond and ( aver. cond ) for the ECHAM 5 model. NH left and SH right. Note the poleward change of the storm track at the SH 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

45 END 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

46 T213 Cyclones (>1x103 sec-1), 1960-1990.
Simulation of hurricane trajectory during 30 years ECHAM5 model at T213 resolution Storms with 850 mb max. vorticity stronger than 10-3 s-1 T213 Cyclones (>1x103 sec-1), Selected storm trajectory 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala

47 5-6 September 2006 NMM 25, Uppsala