13.03.07 Klimatförändring En fysikers syn Dr. Johan Silen.

En presentation över ämnet: "13.03.07 Klimatförändring En fysikers syn Dr. Johan Silen."— Presentationens avskrift:

1 13.03.07 Klimatförändring En fysikers syn Dr. Johan Silen

2 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus2 Lekman ifråga om klimatfrågor men egen forskningsbakgrund i frågor om rymdfysik, norrsken, solsystemets damm, kometer

3 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus3 Meteorologiska institutet 1838 Grundat 1838 Alexander Humboldt Magnetisk orsak för cirrusmolnen? Magnetiska observationer 1844-> Meteorologi 1854-> Geofysik ->Rymdfysik IGY 1957 1978 Eiscat 1985 Phobos ett 50-tal rymdexperiment

4 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus4

5 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus5

6 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus6 Målsättning för denna föreläsning Förstå vad växthuseffekten är Förstå vad klimatet är Förstå vilka de fysikaliskt bestämmande villkoren är Förstå hur en förändring i någon faktor i princip inverkar på helheten. Förstå vad vi vet och vad vi tror Förstå att det finns en politisk agenda också (ansvar) Förstå att vi sista slutligen begriper väldigt lite av vad som egentligen håller på att hända!

7 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus7 Vad vet vi och hur vet vi det? Huvudsakligen förlitar vi oss på A) Mätningar Ofta indirekta Ofta långa mätsekvenser med sinsemellan ojämförbara instrument. B) Modellberäkningar Modeller representerar den bästa syntesen av den helhet vi försöker föstå Garbage In ==> Garbage Out!! eller djupare förståelse....

8 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus8

9 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus9

10 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus10 30% direkt ut tillbaka 70% långvågigt 1368 W/m²

11 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus11 Vinkel beroende Frekvens beroende Reflektion Spridning Biologi Atmosfären 10 m vatten. ½ @ 5.5 km Världhavet 2400 m Termokline 500 m H2OH2O CO 2 Albedo 0.7 Albedo 0.1 Albedo 0.2 Albedo totalt c. 0.3-0.4 1365 W/m 2 FYSIKEN i systemet

12 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus12 Solen varierar med 2 W/m 2 sett på jordytan Jordens hav är svarta men molnen är vita.

13 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus13 S σT4σT4 σTg4σTg4 (1-ε)σT 4 Balansvillkor Solstrålningen in värmer marken. Utgående strålningen absorberas i glastaket som värms upp. S+σT g 4 = σT 4 εσT 4 =2σT g 4 T= 4 √2*S/σ/(2-ε) T g = 4 √S/σ/(2-ε) εσT 4 Jorden roterar så 4/4 av energin går till nedkylning och ¼ till uppvärmning

14 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus14 Mera realistiska varianter Resultaten beror av temperatur profiler, gasprofiler, molnighet etc. Som tumregel gäller att en fördubbling av CO2 ger 2 W /m² extra värmebelastning. Det finns ett program på nätet som gör beräkningarna.

15 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus15 Numeriska exempel Solens strålning 1366 W/m 2 Lyser på ytan πR 2 Utstrålning från 4πR 2 Netto strålning c. 340 W/m 2 1 K förhöjning av temp ger ~ 5 W ökad utstrålning räknad med σT 4 Om man fördubblar CO 2 halten motsvarar den extra uppvärmningen c. 2 W/m 2 Antag att ε=0.5 Då får vi T=299 K och T g =251 K Storleksordningen är rätt! Utstrålningen ökar mycket snabbt med stigande temperatur De absorptionsband som är mättade bidrar inte till uppvärm- nigen.

16 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus16 Konvektion omfördelar värmen Konvektion

17 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus17 Konvektionen leder till komplicerade icke lineära fenomen som kan vara kaotiska!

18 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus18 Klimatzoner enligt Köppen, tysk klimatolog, början av 1900-talet. Temperatur och nederbörd bestämmer tillsammans hur klimatet klassificeras. Klimatet är ett medeltal över 30 år.

19 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus19

20 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus20 El Nino och annat

21 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus21 Golf strömmen Havet är 2400 m djupt Atmosfären 10 m vatten En segelbåt är en flytande tingest med två segel! Vatten rör sig långsamt och vinden snabbt. Havsströmmarna bestämmer hur klimatet utvecklas.

22 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus22 Klimat proxy mätningar Stalagmiter Snäckskal 18 O/ 16 O + K-Ar Årsringar ==> temp, regn Årsringar + 14 C ==> Solen Nästan alla slag av händelser i naturen i kring oss lämnar något spår efter sig. Olika isotoper av ett ämne har samma kemiska egenskaper men olika mobilitet. Analysmetoder tillåter nu oss att analysera ett atomlager i gången samtidigt som vi kan se alla olika isotoper. Mängden tungt vatten D 2 O kan direkt relateras till kometer! Kometer har högre halter av D än Jorden. Det gör att man kan räkna ut att c. 30% av haven härstammar ur dem!

23 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus23 Solvinden Solvinden bygger upp en magnetisk skjöld vilken avlänkar alla laddade partiklar.

24 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus24 Sambandet mellan antalet solfläckar och halten av Be eller 14 C

25 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus25 Variationen i solens effekt. Lägg märke till att det tar 130 år för 2 W/m2 effekt att värma havet till ny jämvikt och c. 100 dagar att värma atmosfären.

26 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus26

27 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus27 Cosmic ray induced ionization UV irradiance Blue are positive. Red are negative. Correlation >0.37 Confidence >0.9 Voculescu, Usoskin, Mursula GRL,33, L21802,2006 High Cloud Amount Low Cloud Amount

28 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus28 Cosmic ray induced ionization UV irradiance Blue are positive. Red are negative. Correlation >0.37 Confidence >0.9 High Cloud Amount Medium Cloud Amount

29 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus29 Direkta mätningar Några solcykler data från olika satelliter Kalibreringar svåra Tekniska framsteg möjligör längre mätperioder med flera instrument Direkta observationer av solen, solvinden, strålningens effekt.

30 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus30

31 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus31 Korskalibrering Genom att jämföra olika instrument kan man komma till en helhetsbild. Solen lyser med varierande styrka på c. 2 W. Snabba variationer kan vara betydligt större

32 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus32 Balansvillkor gaser värmer, droppar kyler CO 2 som resultat från 100 km krater motsvarar 2 W/m²

33 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus33 Vulkanutbrott Vi vet att aerosoler sänker temperaturen. Varje större vulkan- utbrott medför en mätbar sänkning Folkvandringarna var antagligen en klimat störning.

34 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus34 Klimatmodeller Våra slutsatser är från modeller. Modllerna utgår från solenenergin, topografin, jordens rotation Producerar temperaturer, vindar, vattenånga, moln Modellernas fria parametrar är gaserna och solen CO 2 har ökat 30% Mauna Kea Pallastunturi

35 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus35 A1FI 1961-1990 A2 B1 2080 Europeiska klimatet:

36 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus36

37 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus37 Slutsatser: Faktorer i balansekvationerna Solens strålning Tidsskalor Växthusgaser H 2 O, CO 2, CO, CH 4 Gaser värmer (filtrerar ljuset) Aerosoler (droppar, damm) åstadkommer nedkylning Regndroppar innehåller miljoner vattendroppar Konvektion Gaser är lätta att förstå. Vätskedroppar och moln mycket svåra. Konvektiva hydrodynamiska system är kaotiska (ocean, atmosfär).

38 13.03.07Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus38 Kontaktuppgifter Fil.Dr. Johan Silén ERIK PALMÉNIN AUKIO 1 00560 HELSINKI Puh.(09) 192 91 Faksi(09) 179 581 www.ilmatieteenlaitos.fi