Alignment und Verbesserung mit dem Nordstern-Konzept (Kurzvortrag)
Folie 1 von 21 Einfache Klima-Modelle Kurzvortrag von Sven Eiermann im Seminar zur Vorlesung...
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Einfache Klima-ModelleKurzvortrag von Sven Eiermann
im Seminar zur Vorlesung„Theoretische Meteorologie III-2
(Atmosphärische Strahlung und Optik)“
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(1) Einführung
(2) Modell-Klassen
(3) Energiebilanz-Modelle
- Eis-Albedo-Rückkopplung - 2-Schichten-Modell mit hohen Wolken
(4) Daisyworld-Modell
Übersicht
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Einführung Globales Klimasystem umfasst 3
Hauptkomponenten:- Atmosphäre- Ozeane- Kryosphäre (von Eis bedeckte Oberfläche)
Nichtlineare gekoppelte partielle DGLs sind die Ausgangsgleichungen viele Rückkopplungseffekte (Bsp.: EisAlbedo)
Nichtlineare Wechselwirkungen der Subsysteme teilweise nicht gut simulierbar, da Rechenleistung beschränkt
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Rand- und Anfangsbedingungen aus Beobachtungen teilweise nicht vorhanden oder ungenau
Einführung
Vereinfachungen und Spezialisierungen erforderlich für brauchbare Ergebnisse!
2 wesentliche Charaktaristika eines Klimamodells:I. Physikalisch: Grad der VereinfachungII. Mathematisch: zeitl. u. räuml. Auflösung
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Die Modell-Klassen 1.) 1-dimensionale Strahlungsbilanz-Modelle - Horizontal gemittelt, aber mehrere Schichten - Nützlich, um Strahlungseffekte zu berechnen
2.) 1-dimensionale Ozeanmodelle mit Diffusion - Wärmeaustausch mit Ozean und Landoberfläche - Thermohaline Zirkulation
3.) 1-dimensionale Energie-Bilanz-Modelle - Nur Variation mit geogr. Breite, ansonsten gemittelt - Prozesse des N-S-Wärmeausstauschs (Atmosphäre + Ozean) gewöhnlich durch Diffusion simuliert
- Nützlich, um Rückkopplungs-Wechselwirkungen zu simulieren
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Die Modell-Klassen
4.) 2-dimensionale Atmosphären+Ozean-Modelle - Erlauben realistischere Berechnungen des Wärmetransports als 1-dimensionale
5.) 3-dimensionale allgemeine Zirkulationsmodelle (engl.: General Circulation Models (GCMs))
- Am komplexesten von allen Modellen - Atmosphäre und Ozeane in horizontalem Gitter mit 2-4° Auflösung und 10-20 Schichten vertikal - Simulieren viele Prozesse
8
Theoretische Meteorologie III -2 (M)(Atmosphärische Strahlung und Optik)
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Die Auflösung der Modelle
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Energiebilanz-Modelle
11
422
2
TσεRπ4Sα)(1Rπ
dt
dTCρhRπ4
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Gleichgewichtstemperatur
14°C
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Eis-Albedo-Rückkopplung
Parametrisierung der Albedo: α = m - n∙T Energiebilanz-Gleichung wird zu:
Instabil, wenn Aufheizung durch Rückkopplung (linker Term) größer als Abstrahlungsterm rechts!
~T
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Zweite Modellschicht: Hohe Wolken
c є [0,1]: Wolkenbedeckung
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Gleichgewichtstemperatur
14°C
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Das „Daisyworld“-Modell
Daisy (engl.) = Gänseblümchen
Computersimulation eines hypothetischen Planeten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist
Nur zwei Arten von Lebewesen:- Weiße Daisies (reflektieren Licht)- Schwarze Daisies (absorbieren Licht)
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Das „Daisyworld“-Modell
Beide Arten haben selbe Wachstumskurve Strahlungsleistung des Sterns (der Sonne) wird
langsam erhöht Zu Beginn: Mehr schwarze Daisies (weil wärmer) Durch Temperaturanstieg können nun auch weiße
Daisies wachsen Temperatur steigt über Optimum für schwarze
Daisies => Weiße Daisies überholen schwarze Daisies
Es stellt sich ein Gleichgewicht ein!
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Das „Daisyworld“-Modell
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Das „Daisyworld“-Modell
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Klima auf dem eigenen PC:http://climateprediction.net
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Quellen
1) IPCC: http://www.ipcc.ch/graphics/gr-ar4-wg1.htm
2) Jose P. Peixoto, Abraham A. Oort (1992): „Physics of Climate“
3) T. Stocker, Uni-Bern (2007): „Einführung in die Klimamodellierung“
(www.climate.unibe.ch/~stocker/papers/skript0405-1.pdf)
4) FUTURE CLIMATE CHANGE & GLOBAL CLIMATE MODELS (http://www.staffs.ac.uk/schools/sciences/geography/staff/harrist/landev/lect21notes.htm)
5) Mark Wittwer (2005): „Daisyworld Modelling and Feedback Mechanisms“(www.sese.uwa.edu.au/__data/page/96394/Wittwer_2005.pdf)
6) Titelbild: WIKIPEDIA: http://en.wikipedia.org/wiki/Climate_model