geologija geodezija geofizika voda t e o r e t iČ
TRANSCRIPT
GEOLOGIJA GEOGRAFIJA GEODEZIJA GEOFIZIKA
TRDNE SNOVI
VIŠJIH PLASTI ATMOSFERE
ATMOSFERE VODA T
EO
RE
TIČ
NA
AP
LIK
AT
IVN
A
SIN
OP
TIČ
NA
EK
SPE
RIM
EN
TA
LN
A
KL
IMA
TO
LO
GIJ
A
BIOMETEOROLOGIJA
TEHNIČNA
HUMANA ANIMALNA AGRO-METEOROLOGIJA
Uvod Odnos vreme - klima Karakteristične dimenzije (prostor, čas) Pojem makro-, mezo-, topo-, mikro-klime
Dejavniki
klime
Opredelitev dejavnikov in interakcij med njimi
Sončno sevanje (solarna konstanta, solarna geometrija) Značilnosti zemeljske površine (kopno, morje, led...) Lastnosti atmosfere glede prepustnosti KV in DV sevanj
Sestava zraka, kemija aerosola Vulkanski izbruhi, plini tople grede, ozonske “luknje”
Splošna cirkulacija atmosfere in oceanov Rossby-evi valovi Oceanska cirkulacija in tokovi
Relief (topografija, konkavnost, konveksnost...) Paleo- klimatologija
Viri paleoklimatskih informacij (fizikalne in druge metode) Klima različnih geoloških obdobij Klimatske značilnosti obdobja meteoroloških merjenj
Modeliranje
klime
Principi in problemi modeliranja
Vrste modelov Parametrizacija v klimatskih modelih
Modeliranje splošne cirkulacije Modeliranje cirkulacije oceanov Modeli kriosfere Biofizikalni modeli procesov na zemeljskem povšju
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Variabilnost klime
Fluktuacije klime, nihanja, klimatske spremembe
Klimatske spremembe (definicije, časovne skale) Vzroki klimatskih sprememb (ekstraterestrični in
terestrični) Antropogeni vplivi na klimo
Emisije plinov tople grede Kemizem plinov tople grede
Opazovana klimatska nihanja v 19. in 20. stoletju Prognoze klime 21. stoletja
Rezultati GCM Statistične prognoze
Posledice klimatskih sprememb za živi svet Metode študija (primarni in sekundarni Modeli, predpostavke
Klimatske
klasifikacije
Klasične (Grška, Koeppenova klasifikacija, Thornthwaitova)
Klimatski indeksi Indeksi kontinentalnosti, humidnosti in aridnosti Thornthwaitovi indeksi Klimadiagrami (Taylor, Walter..) Moderni pristopi k klasifikacijam klime
Klimatografija Klimatografija sveta Klima standardnega kontinenta
Pregled značilnosti posameznih klimatskih pasov Klima Evrope
Klima gorskega sveta (tropska, zmernih širin) Klimatografija Slovenije Koeppenova klasifikacija klime za Slovenijo
Pregled klimatskih parametrov različnih časovnih skalah, letne, mesečne, dekadne, dnevne, urne)
Agroklimatske značilnosti Slovenije (po elementih)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Sinoptična
klimatologija
Aplikativna
klimatologija
Urbana klimatologija Posebnosti klime mesta Onesnaženje zraka, voda
Klima zaprtih prostorov Bivalni prostori, Rastlinjaki, hlevi Podzemne jame
Biometeorologija Definicija in področja dela Fenologija
Definicija, opazovanja, arhiv Obdelava fenoloških podatkov Fenološke prognoze in modeli Prognoze rastlinskih bolezmi
Agroklimatologija Klasične agrometeorološke obdelave
Agrometeorološko modeliranje Osnove humane biometeorologije
Energijska bilanca živali in človeka
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
PREGLED uvodnega predavanja
• Odnos vreme: klima (prostorske, časovne dimenzije)
• Zgodovina in razvoj klimatologije
• Definicije klime
• Delitev klimatologije na področja (veje klimatologije)
• Klimatski sistem (A-O-K)
• Karakteristike,toplotne kapacitete A-O-K, vztrajnostsistemov
• Vrste oscilacij sistema
• Karakteristični časi in dimenzije
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Tipične časovne in prostorske skale za različne pojave na zemlji
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
DEFINICIJE KLIME Zadovoljujoče definicije pojma klima verjetno nimožno podati, saj klimatski sistem obsega izjemnoveliko spremeljivk in zajema veliko različnihčasovnih in prostorskih skal.
V zadnjih 150 letih zato naletimo na številnedefinicije.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
DEFINICIJE KLIME 1
Hann (1883)
Skupnost meteoroloških pojavov, ki označujejopovprečno stanje atmosfere na kaki lokaciji
Koeppen (1931)
Splet atmosferskih pogojev, ki naredijo neko lokacijobolj ali manj primerno za življenje ljudi, živali in rastlin.
Conrad (1936)
Povprečno stanje atmosfere nad določenim prostorom v določenem obdobju upoštevaje povprečna in ekstremnaobstopanja
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
DEFINICIJE KLIME 2
Durst (najkrajša definicija)
Klima je sinteza vremena
Landsberg
Kolektivno stanje atmosfere na dani lokaciji v določenem obdobju
Meteorološki slovar DMS
Značilnosti vremena nad kakim območjem v daljšemčasovnem obdobju (praviloma 30 let)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
DEFINICIJE KLIME 3
Fedorov(najboljša)
Splet vremenskih pogojev tipičnih za regijo skupaj z opisom njihove pogostnosti in sezonske spremenljivosti
McGuffie & Handerson-Sellers (najširša definicija)
Vse statistike klimatskih stanj dobljene v dogovorjenemčasovnem obdobju (sezona, dekada ali daljše obdobje) izračunane za celotno oblo ali za izbrano regijo.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
ZGODOVINA KLIMATOLOGIJE 1
HIPOKRAT (400 l. pr. n. š.) prvo delo o klimi in njenem pomenu za človeka
PTOLEMEJ (200 l. pr.n.š.) razprava Almagest uvede grško besedo klima (= nagib, inklinacija) glede na pot sonca nad horizontom definira 3 klimatske pasoveprva klimatska klasifikacija (topli, zmerni, hladni pas)
A. von HUMBOLDT (1769-1859)prvi uvede kartografske prikaze z izolinijami (izoterme, izobare)spozna povezave vegetacija-klima
H.W. DOVE (1803-1879)uvede statistične pristope v klimatologijospozna pomen variabilnosti klime
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
ZGODOVINA KLIMATOLOGIJE 2
J. HANN (1839-1921) delo Handbuch der Klimatologiedefinira pojme klimatskih dejavnikov in klimatskih elementovoče klasične klimatologije
W. KOEPPEN (1846-1940)prva znanstvena klasifikacija klime
A.I. VOJKOV (1842-1916)začetnik agroklimatologije
V. CONRAD (1876-1962)moderne statistične obdelave klimatoloških podatkov
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
PREDSTAVNIKI MODERNE KLIMATOLOGIJE
J.I.BUDYKO klimatografija
H. FLOHN splošna klimatologija, modeli
klime
H.H. LAMB splošna klimatologija
H. E. LANDSBERG vsa področja
A.S. MONIN teoretična klimatologija
E. N. LORENZ dinamična klimatologija
J. HOUGHTON klimatske spremembe
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slovenci
M. Čadež (dinamična klimatologija, vremenski tipi)
D. Furlan (klimatografija)
A. Hočevar (agroklimatologija, fenologija)
B. Zupančič (metode klimatoloških obdelav)
T. Cegnar (bioklimatologija)
I. Gams (klima za geografe)
D. Ogrin (klima za geografe)
L. Kajfež-Bogataj (klimatske spremembe)
K. Bergant (klimatski scenariji)
D. Kastelec (geostatistika)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
PODROČJA DELA KLIMATOLOGIJE 1
a) glede na dimenzije atmosferskih dogajanj
makroklimatologija (od 100 do 10.000 km)mezoklimatologija ( od 1 do 100 km)topoklimatologija ( od 100 do 1000 m)mikroklimatologija (od 0.1 do 100 m)
b) glede na dimenzije prostora
globalno (svetovno) klimatologijoregionalna klimatologijamestna klimatologija
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
PODROČJA DELA KLIMATOLOGIJE 2
c) glede na metode obdelave in načine razlag
splošna klimatologijafizikalna klimatologijadinamična klimatologijakompleksna klimatologijapaleoklimatologija
č) glede na procese
sinoptična klimatologijaklimatologija proste atmosfereklimatologija zračnih mas
d) glede na vplive (uporabnike)
aplikativna klimatologijaaeroklimatologijabioklimatologija (agroklimatologija,medicinska itd. . . )
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
OCEAN
PadavineMorski led
KOPNO
Ledenikisneg
Biomasa
Oblaki
Sončno sevanje
Dolgovalovno sevanje tal
Toplogredni plini in aerosol
ATMOSFERA
Klimatski sistem: pojem je relativno nov, nastal šele leta 1975, koje WMO podala definicijo, ki je opredeljevala KS kot skupnost atmosfere,
hidrosfere, kriosfere, kopne površine in biosfere.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
KLIMATSKI SISTEM – novejša definicija-
Leta 1992 (začela delovati FCCC) klimatskakonvencija opredeli klimatski sistem kot skupnost
atmosfere, hidrosfere, kriosfere, kopne površine
in biosfere (CO2!!) ter njihovih interakcij
(vzajemnega delovanja).
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
VZAJEMNA DELOVANJA
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
KLIMATSKI SISTEM
Stanje klimatskega sistema neprestano spreminja v času. Variabilnost (oscilacije, fluktuacije) ima zelo različneperiode.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Razvoj klimatskih modelov
Atmosfera Atmosfera Atmosfera Atmosfera Atmosfera Atmosfera
KopnoKopnoKopnoKopnoKopno
Ocean & m. led Ocean & m. led- Ocean & m. led Ocean & m. led-
Sulfatni
aerosol
Sulfatni
aerosol
Sufatni
aerosol
Ne-sulfatni
aerosol
-Ne sulfatni
aerosol
Ogljikov cikel Ogljikov cikel
Atmosferskikemizem
Modeli oceanov-ledu
ModelCikla žvepla
Ne -sulfatniaerosoli
Modelogljikovega cikla
Model oglj.cikla-kopno
Model oglj.cikla-ocean
KemizemAtm.
KemizemAtmosfere
Vzporednirazvojmodelov
Temnjenje barv pomeniIzboljšavo modelov
1970-ta leta sredina 1980-tih Zgodnja 1990-ta Pozna 1990-ta 2000 Danes
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Kaj ustvarja povratne zanke v klimatskem Kaj ustvarja povratne zanke v klimatskem sistemusistemu
Vodna para
Albedo ledu, snega
DV sevanje
Vegetacija
Oblačnost
itd
+
-
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Vodna paraVodna para (pozitivna povratna zanka)(pozitivna povratna zanka)
Razmerje mešanosti (r) = brezdimenzijsko razmerje med maso vodne pare in maso suhega zraka
Nasičeno razmerje mešanosti (rMAX ) pove
maksimum vodne pare, ki jo lahko zrak sprejme
rMAX = f (Tzraka)� toplejše ozračje ima lahko večjo
vsebnost vodne pare� močnejši toplogredni učinek
� ojačitev začetnega ogrevanja� ena najmočnejših povratnih zank
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Albedo snegaAlbedo snega//leduledu pozitivna povratna zankapozitivna povratna zanka
� Albedo ledu in snega je znatno večji, kot odbojnost vseh drugih površin.
� Ta povratna zanka ponuja razlago razmer ob nastanku in med potekom razmer v ledenih dobah.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Albedo snegaAlbedo snega//leduledu pozitivna povratna zankapozitivna povratna zanka v v obratni smeriobratni smeri
� Albedo ledu in snega je znatno večji, kot odbojnost vseh drugih površin.
� Ta povratna zanka ponuja razlago razmer ob nastanku in med potekom razmer v ledenih dobah.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Višjetemperature
Večja absorbcija
KV sevanja v morju in tleh
Manj ledu in snega
Topljenje ledu in
snega pospešuje
ogrevanje
Albedo snegaAlbedo snega//leduledu pozitivna pozitivna povratna zanka v obratni smeripovratna zanka v obratni smeri
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
• Arktika se ogreva 2 x hitreje kot ostali svet
• Območja v gorah se ogrevajo hitreje kot nižine
2001-2005 vprimerjavi z1951-1980
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
VegetaVegetacija cija –– dve modve možžni povratni ni povratni klimatski zankiklimatski zanki
Obstajajo Obstajajo šše drugee druge zelo zapletene zelo zapletene povratnpovratnee klimatskklimatskee zankzanke e npr. prek vsebnosti COnpr. prek vsebnosti CO22 v atmosferiv atmosferi
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Angert et al. 2005, PNAS; Buermann et al. 2007, PNAS; Ciais et al. 2005, Science
Učinek suš na vegetacijo zmernih širin
(zmanjšanje ponora CO2)
Poletje 1982-1991
Poletje 1994-2002/04
NDVI Anomalije 1982-2004
[Normalized Difference Vegetation Index]
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
� Oblačnost vpliva tako na sončno (KV) kot zemeljsko (DV) sevanje
� Tipično oblačnost zviša albedo Zemlje � učinek ohlajanja (negativi feedback)
� Oblačnost pa tudi zmanjša odhajajoče DV sevanje � učinek ogrevanja (pozitivnifeedback)
� Neto učinek obojega na podnebje je odvisen od vrste oblakov, njihovih optičnih značilnosti, insolacije in značilnosti zemeljskega površja. V splošnem pri visokih oblakih prevladuje učinek ogrevanja (pozitivni feedback). Nizki oblaki pa povzročajo ohlajanje (negativni feedback).
OblaOblaččnost nost –– zelo negotova zelo negotova povratnpovratnaaklimatskklimatskaa zankzankaa
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Dolgovalovno sevanje povrDolgovalovno sevanje površšja ja –– tudi tudi momožžna povratna zankana povratna zanka
� odhajajoče DV sevanje, ki ga oddaja Zemlja je funkcija T površja, po
Stefan-Boltzmann zakonu: DV = σ(Ts)4.
� višjo ko je globalna temperatura
� večje je odhajajoče DV sevanje, ki ga oddaja Zemlja
� zmanjšano je neto ogrevanje sistema
� globalna temperatura se znižuje
� negativni feedback
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
“all things are connected”
the land to the air and water, the earth and the sky,
the plants to the animals, the people to the spirit.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Problem klimatologije 21. stoletja
SPREMENJENA
SESTAVA
ATMOSFERE IN SPREMENJENE LASTNOSTI TAL
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
GAS Pre-1750
concentration1
Current tropospheric concentration2
GWP (100-yr time
horizon)3
Atmospheric lifetime (years)4
Increased radiative forcing (W/m2)5
Concentrations in parts per million (ppm)
Carbon dioxide (CO2) 2806,7,8 377.37 1 variable4 1.66
Concentrations in parts per billion (ppb)
Methane (CH4) 7308/6888 1847>9/17309 23 124 0.5
Nitrous oxide (N2O) 2708,10 3199/3189 296 1144 0.16
Tropospheric ozone (O3) 25 344 n.a.4 hours-days 0.354,5
Concentrations in parts per trillion (ppt)
CFC-11 (trichlorofluoromethane) (CCl3F)</< td>
zero 2539/2509 4,600 45
CFC-12 (dichlorodifluoromethane) (CCl2F2)
zero 5459/5429 10,600 100
Carbon tetrachloride (CCl4)
zero 939/929 1,800 35
Methyl chloroform (CH3CCl3)
zero 239/229 140 4.8
HCFC-22 (chlorodifluoromethane) (CHClF2)
zero 1749/1559 1700 11.9
HFC-23 (fluoroform) (CHF3)
zero 1410 12,000 260
Perfluoroethane (C2F6) zero 310 11,900 10,000
0.34 for all halocarbons collectively,
including many not listed here.
Sulfur hexafluoride (SF6) zero 5.2211 22,200 3,200 0.0025
Trifluoromethyl sulfur pentafluoride (SF5CF3)
zero 0.1212 ~ 18,000 ~ 3,200 (?) < 0.00015
http://cdiac.ornl.gov/pns/current_ghg.html
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
2000 - 2006: 1.9 ppm y-1
1970 – 1979: 1.3 ppm y-1
1980 – 1989: 1.6 ppm y1
1990 – 1999: 1.5 ppm y-1
Leta 2006
Atmospheric CO2
concentration:
381 ppm35% above pre-industrial
NOAA 2007; Canadell et al. 2007, PNAS
CO2 koncentracija v atmosferi
1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010
280
300
320
340
360
380
400
1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010A
tmo
ap
heri
c [
CO
2]
(pp
mv) [CO2]
2 ppm/year
1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010
[CO2]
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
OKVIRNI TRENDI RABE TAL (milijoni km2). Površina kopnega je okrog 150 milj. km2, od tega je 24 slanega, preščenea ali ledenega površja in 18 vročih
puščav McNeill (2000)
Leto Gozd in Travniki Pašniki Kmetijske grmičevje
rastline
8000 pr.n.š 65 63 0 01700 n.š. 62 63 5 2.71900 58 54 14 8.01920 57 51 16 9.11940 55 47 21 10.81960 53 41 27 12.81980 51 35 33 15.01990 48(-26%) 36(-43%) 34 15.2
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
FAO-Global Resources Assessment 2005; Canadell et al. 2007, PNAS
Tropical Americas 0.6 Pg C y-1
Tropical Asia 0.6 Pg C y-1
Tropical Africa 0.3 Pg C y-1
2000-2005
Deforestacija v tropih
13 Miljonov hektarov na leto
Antropogene spremembe rabe tal
1.5 Pg C y-1
Borneo, Cou
rtesy: Viktor Boehm
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________