Storskalig cirkulation (Hur vindar blåser över Jorden)

Transkript

1 ! Klimatmodeller Klimatmodeller Klimatmodeller, eller GCM s (General Circulation Models, även lite slarvigt kallade Global Climate Models), är ett viktigt arbetsredskap när forskare vill se hur klimatet på Jorden förändras. Genom att simulera hur olika processer (händelser) fungerar så kan man få en projektion (en bild av) hur klimatet kommer att se ut i framtiden. Exempel på processer är: Storskalig cirkulation (Hur vindar blåser över Jorden) Termohalin cirkulation (Hur havet strömmar till följd av salthalt och temperatur) Nederbördsmönster (Regn och snö) Solinstrålning och albedo (Atmosfärens och/eller markytans grad av reflektion och absorbtion av solljus) Atmosfärens kemiska sammansättning (små mängder av kemiska beståndsdelar som ändå har en stor påverkan på skeenden i klimatet) Moln och molbildningsprocesser (molndroppsaktivering) Aerosoler (partiklar i luften) Energitransporter i form av kondenerande och dunstande vatten Utbredning av is och glaciärer Solfläckar och solaktivitetsprocesser (Milankowich-cykler)

2 Fig 1. Processer som deltar i GCM s Väderobservationer och Kaos Man kan normalt inte förutspå vädret längre fram i tiden än ca en vecka, eftersom vädret på Jorden beror på så många olika faktorer. Ett så kallat icke-linjärt kaotiskt system uppstår. Man talar ibland om the butterfly effect. Det betyder att en liten störning kan få en ökande effekt som sprider sig så att det blir stora störningar av oväntad sort. Se figur 2 som visar hur ett antal körningar ger olika resultat efter en viss tid, och att spridningen i resultatet öker ju längre tid som går. I början följer de alla m eller mindre samma bana, men sedan börjar det spreta.

3 Fig. 2: Även om samma väderprognos används så uppstår olika resultat efter en tid. Detta är normalt och man utgår från detta utseende. Klimatmodeller och medelvärden Klimatmodeller är, till skillnad från väderprognoser, medelvärden över en mycket längre tid, som hundratals år.

4 Klimatmodeller simulerar klimatet på jorden i medeltal och därför är det möjligt att få fram information om: Framtidens klimat Klimathistoria (så kallad paleoklimat) Hur exakt Klimatmodellen kan återskapa ett känt klimattillstånd historiskt sett Det är inte så viktigt att veta hur ursprungsvärdena för atmosfären ser ut när man startar en körning med en GCM. Något viktigt kan det vara att veta ursprungsvärdena för is (glaciärer och havsis) och för havet (strömmar, salthalt och temperatur). Feedback (Återkoppling) i Klimatmodeller När man kör en GCM så kommer de processer som beskrevs ovan att börja samverka på ett kaotiskt sätt. Det finns något som heter feedback-processer (återkopplings-mekanismer). Det är en kedja av händelser som påverkar varandra och i slutändan så påverkar de den första händelsen i kedjan. Det finns positiva och negativa (Observera: det menas inte att de är bra eller dåliga ) feedback-processer. Här är exempel på en positiv feedbackprocess: 1. OM det blir varmare på jorden så smälter isen i Arktis (nordpolen) 2. I vanliga fall så reflekterar vit is bort solstrålning, men när isen smälter bort blir det istället hav under som är mycket mörkare än isen) 3. Solstrålning reflekteras mindre mot hav än is (värme tas upp - albedot påverkas). 4. Värmen ökar temperaturen och det blir ännu varmare på jorden 5. Gå tillbaka till steg 1.

5 Här är ett exempel på en negativ feedbackprocess: 1. OM det blir varmare på jorden så smälter permafrosten i tundran. Permafrost är områden där markytan är frusen året om som i tundran i norra Ryssland. 2. Barrträd kan börja växa i tundran i norra Ryssland. 3. Barrträden släpper ifrån sig så kallade terpener. Terpener är det som doftar julgran. 4. Terpenerna bildar små partiklar 5. Partiklarna gör att moln lättare bildas och att molnen blir vitare än normalt. 6. Vitare och fler moln gör att solstrålningen reflekteras mer än vanligt. 7. Mindre värme tas upp och det blir kallare på Jorden 8. Gå tillbaka till steg 1. Flux eller flöden inom Klimatmodellen Mycket av informationen som behandlas i GCM s handlar om så kallade fluxes flöden. Ett exempel är energiflöden. Fig. 3: Olika flöden av energi. Gult är solinstrålningen, rött är den strålning som sänds ut av Jorden plus växthuseffekten.

6 Man beräknar dessa flöden av energi i boxar. Hela Jordens yta plus atmosfären och haven delas in i dessa boxar, se figur 4.!! Fig. 4: Indelningen av Jorden i boxar. Till FAR (First Assessment Report) användes större boxar och mindre upplösning, sedan har upplösningen blivit bättre i SAR (Second Assessment Report), TAR (Third Assessment Report) och AR4 (Assessment Report 4). Moln och småskaliga processer En viktig process att beskriva i klimatmodeller är moln och hur moln bildas. Samtidigt är moln ofta både mindre än en box (En box är ungefär 100 km i kvadrat och ett moln kan vara bara ett par hundra meter i kubik ) och dessutom så är moln tredimensionella, vilket gör moln svåra att beskriva i GCM s, se figur De behöver förenklas (parameteriseras). Parameteriseringen bygger ofta på en enklare matematisk modell som genom erfarenhet beskriver molnen och andra småskaliga processer som virvlar (Eddies) i luft och vatten på ett bra sätt. Figur 5 visar på ett tillförlitligt sätt att moln bildats till exempel över ekvatorn och varmare vatten, samt över Arktis, men inte (som väntat) över subtropiska områden i Sydamerika.

7 ! Fig. 5: Moln är tredimensionella. Ibland utgör de stora täcken och ibland små moln. Även enskilda virvlar stora som lågtryck kan vara svåra att beräkna i Klimatmodeller. Klimatmodeller måste alltid balansera mellan detaljrikedom kontra beräkningstid på de superdatorerer som de beräknas på. Scenarios Att köra en GCM är både tidskrävande och dyrt och omständigt. Man kör den inte bara för skojs skull. Man har en hypotes och frågeställning till att börja med. Sen kan man skruva på olika ingångs- eller slutvärden. Detta kallas vanligtvis scenarios. Ett vanligt sätt att välja scenario beror på hur mycket mänskligheten förväntas släppa ut koldioxid i framtiden. Nedan ges några exempel på scenarios: * Antalet solfläckar * Arealen ökenutbredning och avverkning * Antalet skogsbränder och översvämningar

8 * Omställningstakten till kretsloppssamhälle * Målet 2 grader, 3 grader eller 4 graders medeltemperaturökning på Jorden * Med mera Klimatmodeller är just modeller och ingen sanning, men med tanke på deras sofistikerade uppbyggnad så blir de bättre och bättre som ett redskap att tolka människans påverkan på klimatet och eventuella skadlighet om klimatsystemet sätts ur balans.