Fysik C & D Projekt i klimatfysik

Relevanta dokument
Fysik C & D Projekt i klimatfysik

Växthuseffekten. Vi lägger till en förenklad atmosfär i våra beräkningar

Miljöfysik. Föreläsning 2. Växthuseffekten Ozonhålet Värmekraftverk Verkningsgrad

Växthuseffekten och klimatförändringar

Koldioxid Vattenånga Metan Dikväveoxid (lustgas) Ozon Freoner. Växthusgaser

Om klimatbluffen, eller en obekväm sanning

Kol och klimat. David Bastviken Tema Vatten, Linköpings universitet

Energiomställning utifrån klimathotet

Observationer Förlängda tidsserier

Möjligheter och utmaningar i användandet av klimatscenariodata

Klimatscenarier för Sverige beräkningar från SMHI

Projektarbeten på kursen i Fysik för C & D

Storskalig cirkulation (Hur vindar blåser över Jorden)

Klimatscenarier och klimatprognoser. Torben Königk, Rossby Centre/ SMHI

Att förstå klimatsystemet (AR4 SPM: D. Understanding the Climate System and its Recent Changes)

Vad händer med jordens klimat?

Klimatförändringar Omställning Sigtuna/SNF Sigtuna Svante Bodin. Sustainable Climate Policies

VÄXTHUSEFFEKT OCH GLOBAL UPPVÄRMNING DEN GLOBALA UPPVÄRMNINGEN - NÅGOT SOM BERÖR ALLA MÄNNISKOR PÅ JORDEN

ETE331 Framtidens miljöteknik

Hur fungerar växthuseffekten?

Luftföroreningars klimatpåverkan Synergier och konflikter i åtgärdsarbete. HC Hansson, Stefan Åström ITM, IVL

!"#$%&'()*+&%$(,-$%."'/0/1(2( 3&)4'5"$%/'('&$6+&6$(478('*))*/'"9/0/1( :/%$10(0(*&)4'5"$%/( ;6<%/'(56+=18%&( >&$?./0/1(!

1. Observerade förändringar i klimatsystemet

Klimatet i framtiden Våtare Västsverige?

ETE331 Framtidens miljöteknik

Påverkan, anpassning och sårbarhet IPCC:s sammanställning Sten Bergström

Växthuseffekten, Kyotoprotokollet och klimatkompensering

Uppskattning av jordsystemets kortfristiga klimatkänslighet från observerade data

Projektarbeten på kursen i Fysik för C & D

Klimatsimuleringar. Torben Königk, Rossby Centre/ SMHI

ETE310 Miljö och Fysik

Solaktivitet och klimat under de senaste åren när började den mänskliga växthuseffekten ta över?

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

ETE310 Miljö och Fysik

VA-frågor och klimatförändringar

Kommunicera klimatförändring och klimatanpassning i undervisningen

Om växthuseffekten och koldioxiden ett försök att bringa klarhet i de många missuppfattningarna

FyU02 Fysik med didaktisk inriktning 2 - kvantfysik

DEN VETENSKAPLIGA GRUNDEN FÖR KLIMATFÖRÄNDRINGAR Uttalande av Kungl. Vetenskapsakademien

Marcus Löfverström

DEN VETENSKAPLIGA GRUNDEN FÖR KLIMAT- FÖRÄNDRINGAR

Värdera metan ur klimatsynpunkt

Simulering av möjliga klimatförändringar

T / C +17. c) När man andas utomhus en kall dag ser man sin andedräkt som rök ur munnen. Vad beror det på?

Klimat- Modellering och Beräkningar. Marco Kupiainen. KTH, 3 oktober Rossby Centre, SMHI. Matematiska institutionen, Linköpings Universitet

Projektarbeten på kursen i Fysik för C & D

Hav möter Land I ett förändrat klimat, men var? Erik Engström Sveriges Meteorologiska och Hydrologiska Institut

Klimatvariationer. Vad vet vi om gångna klimat?

MOLN OCH GLOBAL UPPVÄRMNING

Kylvattenutsläpp i Bottenviken leder till algblomning

Klimateffekter på vegetation och återkopplingar till klimatet

Atmosfär. Ekosystem. Extremväder. Fossil energi. Fotosyntes

Erik Engström. Klimatförändring i undervisningen

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Atmosfär. Cirkulär ekonomi. Delningsekonomi. Albedo. Corporate Social Responsibility (CSR)

Klimat och Energi. Oscar Svensson & Max Åhman Miljö- och Energisystem, LTH

Erik Engström. Klimatförändring i undervisningen

Erik Engström. Klimatförändring i undervisningen

Kolets kretslopp i den globala energiförsörjningen, vilka är konsekvenserna?-

Inlandsisar och värmeperioder vad styr jordens föränderliga klimat?

Klimatsmart på jobbet Faktaavsnitt Så fungerar klimatet Reviderad

Vädrets Makter! Föreläsning 8 - Lokalväder. Vädrets makter: Lokalväder. Per Axelsson

MVE420: Nya teknologier, global risk och mänsklighetens framtid.

Miljöfysik. Föreläsning 1. Information om kursen Miljöfysik Viktiga termodynamiska storheter Jordens energibudget

MVE420: Nya teknologier, global risk och mänsklighetens framtid.

Välkommna! En värld i förändring. Huvudpunkter. En värld i förändring år tillbaka - CO år tillbaka - CH4

Klimatförändringar Hur exakt kan vi förutsäga. Markku Rummukainen Lunds universitet

Växthuseffekten ger extremt väder i Göteborg Dina val gör skillnad

FAKTABLAD I5. Varför blir det istider?

MVE420: Nya teknologier, global risk och mänsklighetens framtid.

Ingenjörsmässig Analys. Klimatförändringarna. Ellie Cijvat Inst. för Elektro- och Informationsteknik

Vad vet vi om klimatfrågan? Sten Bergström

Hur ser det förändrade klimatet ut? Extremare väder?

IPCCs femte utvärderingsrapport. Klimatförändringarnas fysikaliska bas

IPCCS FEMTE UTVÄRDERINGSRAPPORT DELRAPPORT 1 KLIMATFÖRÄNDRINGARNAS FYSIKALISKA BAS

Är luftkvalitén i Lund bättre än i Teckomatorp?

Projektarbeten på kursen i Fysik för C & D

Påverkar människan klimatet?

Klimatpåverkan och de stora osäkerheterna - I Pathways bör CO2-reduktion/mål hanteras inom ett osäkerhetsintervall

Klimatförändringar genom jordens historia

Peter Berg, SMHI Vattenstämman, Örebro Vilka skyfall skall vi förbereda oss på?

Kapitel 5. Atmosfärens cirkulation

Maria Grahn. Chalmers, Energi och miljö, Fysisk Resursteori 28 mars 2014

Två klimatmodeller, motsatta slutsatser

KVA har nu publicerat det efterlängtade AKADEMIUTTALANDE DEN VETENSKAPLIGA GRUNDEN FÖR KLIMATFÖRÄNDRINGAR

KOSMOS PLANETEN JORDEN MOT ETT VARMARE KLIMAT PÄR HOLMGREN SÄRTRYCK UR: SVENSKA FYSIKERSAMFUNDETS ÅRSBOK 2018

Modeller för små och stora beslut

Svenska fysikersamfundet 1 oktober. Klimat- och väderprognoser i relation till gymnasiefysikens ämnesplan

Klimat, vad är det egentligen?

Elin Sjökvist och Gustav Strandberg. Att beräkna framtidens klimat

Sammanfattning av klimatrapporten AR5 WG1

Hur förändras vårat klimat nu och i framtiden?

Erik Engström. Global uppvärmning och framtidens klimat i Lomma

Elektromagnetisk strålning. Lektion 5

Den globala vattencykeln i ett varmare klimat Vad kan detta innebära för Sverige?

Allmän klimatkunskap. Fredrik von Malmborg Naturvårdsverket Naturvårdsverket Swedish Environmental Protection Agency

Industriell vattenrening och klimatförändringarna SET Seminarium

Några höjdpunkter från IPCCs femte utvärdering Lars Bärring, forskare, SMHI IPCC kontaktpunkt

Räkneövning 5 hösten 2014

Solens energi alstras genom fusionsreaktioner

Transkript:

Fysik C & D Projekt i klimatfysik Första timmen: Föreläsning: Strålning och klimat Andra timmen: Projektintroduktion: träff med mentor Temperaturstrålning Total temperaturstrålning från svart kropp: = T ; = Stefan-Boltzmanns konstant Enhet för : [W m - ] Planck s strålningslag (svart kropp): Kirchhoff s lag: d hc d hc 5(exp( ) 1) kt Ett objekt (t.ex. atmosfären) absorberar andelen [ - 1] vid våglängden emission av samma andel av svartkroppsstrålning vid objektets egen temperatur vid aktuella våglängden 1

Jordens strålningsbalans Solen emitterar ungefär som en svartkropp med temp 58 K strålning mot jorden (solarkonstanten): Satellitmätn. visar att jorden reflekterar T 8% av instrålningen (albedo; A =.8) S RS FS 137W/m d Absorberad strålning i medeltal: = F S (1-A)R E / R E = F S (1-A)/ För balans krävs att jorden i medeltal emitterar lika mycket. Betrakta jorden som en svart kropp: T E = F S (1-A)/; T E = 55 K Betraktad från rymden är jordens effektiva temperatur -18 C Klimat - Vad är temp på jordytan? Atmosfärens absorption av strålning O och O 3 abs UV effektivt Atm ganska transparent för solinstrålning (H O) Emission H O, CO, CH, N O, O 3 och CFC abs stor andel av utstråln Atmosfäriska fönstret (8 13 µm): Stor andel ut i rymden Atm absorption

Jordens strålningsspektrum Temp avgör utstrålningen (T ) Atmosfärstemp avtar med höjden Utstrålningen från jorden kan uppfattas som ett antal överlagrade svartkroppsstrålare med olika temperatur Svartkroppsspektrum för T = 3 K Spektrum taget med satellit över Nordafrika Atmosfärens fönster (8-13µm): Svag absorption i atm stråln jordytan T3K (Nordafrika!) CO vid 15 µm: T15K effektiv emissionshöjd ca 1 km H O (7 & µm): T6K effektiv emissionshöjd ca 5 km (HO når ej högt pga nederbörd) Växthuseffekten: Atm absorption parat med atm tempavtagande med höjden del av utstråln sker vid lägre temp ( djupa dalar i strålningsspektrat) Balans kräver kraftigt höjd utstrålning från jordytan jfrt med eff temp (55K) Sker genom höjd yttemperatur Klimatförändring orsakad av människan? Fossilt bränsle Oklart (jordbruk+ ändrad atmkemi?) Konstgödsel Naturlig växthuseffekt höjer jordytans temp 33 C Pågående klimatförändring: Ökande luft- och oceantemp. Vidsträckt smältning av snö och is Global höjning av havsytan Konc. av viktiga gaser har ökats, vilket ökar jordens växthuseffekt Förklarar GHG-utsläpp pågående förändring av klimat? Tempsvängningarna historiskt betydligt större Pga variationer i solaktivitet(?) Naturliga variationer förklarar temp.utvecklingen? Klimatmodellerna motsäger den förklaringen och förutspår ytterligare ökning - IPCC (FN:s klimatpanel):... very high confidence that the globally averaged net effect of human activities since 175 has been one of warming Senaste istidens slut: -11 5 år 3

Klimatsystemet Global energibalans(årsmedelvärde) Kortvågig stråln. (in): 8% refl. (19% moln) 7% abs. (7% ytan) Långvågig stråln: 96% atm till ytan +5% värmetransp. ytan till atm (ånga+konv.) Växthuseffekten Strålning mot jordytan: rel =+5+96-5-= 11% Växthusgaser och moln ökar kraftigt instrålningen mot ytan: 1% starkare än solens strålning in mot jorden Förenklad modell för strålningsbalans Antaganden om atmosfären: Solstrålning Långvågig strålning Ett tunt, isotermt skikt Absorberar andelen f av F långvågiga strålningen S / F S A/ (1-f)T j ft a Transparent för solstrålning ft j Strålningsbalans: Hela jorden : FS (1 A) (1 f ) T j ft Atmosfären : ft j ft 1/ Fs (1 A) T j (1 f / ) a a ft a Jordens uppmätta medeltemperatur: 88 K - Fås med f =.77

Klimatförändring Ändring av strålningsegenskaperna leder till: Initial temperaturförändring Återkopplingsmekanismer ger tillsammans klimatförändring Beskrivs med General Circulation Models (GCM) Återkoppling pga temp-förändring komplicerad stora kvantitativa osäkerheter större säkerhet i det initiala förloppet Potentialen för klimatförändring från tex växthusgaser känd med hög noggrannhet Radiative Forcing - Strålningsdrivning Vi vet att vi påverkar jordens strålningsegenskaper påtagligt - Svårare att uppskatta temperaturförändringar pga återkoppling Strålningsdrivning (Radiative Forcing) Vad blir den initiala strålningsdrivningen orsakad av förändrade strålningsegenskaper? Utgångsläget beskrivs (jämvikt) Strålningsmodell Specificerar sammansättning Beräknar temperaturer Systemet störs Specificerar nya sammansättningen Temperaturerna från utgångsläget behålls Ger upphov till obalans mellan inkommande och utgående strålning Strålningsdrivning F [W/m ] F en teoretisk produkt (naturen fryser inte utgångsläget) F används mycket för att beskriva potentialen för klimatförändringar Ostört system F 1 Stört system 1 F = F in, F ut, 5

Klimatkänslighet Hur förhåller sig F till temp-förändring, om man bortser från komplicerande återkopplingar? Strålningsdrivning (växthusgaser): f f F F S (1 A) / (1 ) T f (1 ) f f (1 ) f T T T Anta att ny temp-jämvikt inställer sig: F S (1 A) f f f (1 ) T (1 ) ( ) T T Små förändringar: ( T ) 3 T T T T Kombinera () och (3) och försumma andra ordn termer: T T f () f 8(1 ) (1) () (3) ur (1) och () fås : T F; där : 1 f (1 ) T (T 88 K; f.77) 3.3 K/(W/m ) = klimatkänslighetsparametern Strålningsdrivning FN följer upp forskningen kring klimatet (IPCC): Drivningen från växthusgaserna (+.6 W/m ) välkänd Stora osäkerheter kring aerosoler, speciellt moln Antropogen: F = +1.6 (.6-.) W/m Klimatkänslighetsfaktorn (bortseende från återkoppling): T = F = + 1.6x.3 =.5 K jfr observerade.7 K för senaste 1 åren RF = Radiative Forcing LOSU = Level of Scientific Understanding 6

Återkoppling av temperaturförändring Återkoppling vattenånga HO den viktigaste växthusgasen. Utsläppen mycket små jfrt naturliga förekomsten. Ökning av annan växthusgas ökad temp förångning HO ytterligare ökad temp mer förångning... Motvikt: molnbildning och nederbörd hindrar vattenånga från att nå högt upp i atmosfären Oklart hur molnen påverkas av temp-ökning: mer vatten ökad molnighet ökat albedo mer vatten större molndroppar mer nederbörd minskad molnighet minskat albedo Stor osäkerhet kring molnens funktion i klimatsystemet (även vxv med aerosoler) 7

Projekt i Klimatfysik Tre träffar med mentor (obligatorisk närvaro) Examination: 1. Skriftlig rapport om 15-5 tecken a) inlämnas inför sista handledarträffen för feedback b) Inlämnas slutgiltligt den 1/3. Muntlig presentation + närvaro vid två andra presentationstillfällen enligt spec. schema Projekten Jordens energibalans Emilie Hermansson Vatten i atmosfären Cerina Wittbom Moln Maria Berghof Växthusgaser Johan Friberg Geoingenjörskonst Sandra Andersson FNs klimatpanel - 7 Klimatutveckling Observed changes in (a) global average surface temperature; (b) global average sea level rise from tide gauge (blue) and satellite (red) data and (c) Northern Hemisphere snow cover for March- April. All changes are relative to corresponding averages for the period 1961-199. Smoothed curves represent decadal averaged values while circles show yearly values. The shaded areas are the uncertainty intervals estimated from a comprehensive analysis of known uncertainties (a and b) and from the time series (c). 8