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Member of the Helmholtz-Association Chemie-Klima-Wechselwirkungen Geplanter Beitrag des ICG zum IPCC Report AR5 Martin Schultz, ICG-2 Kolloquium Energie.

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Präsentation zum Thema: "Member of the Helmholtz-Association Chemie-Klima-Wechselwirkungen Geplanter Beitrag des ICG zum IPCC Report AR5 Martin Schultz, ICG-2 Kolloquium Energie."—  Präsentation transkript:

1 Member of the Helmholtz-Association Chemie-Klima-Wechselwirkungen Geplanter Beitrag des ICG zum IPCC Report AR5 Martin Schultz, ICG-2 Kolloquium Energie & Umwelt, 22. September 2008

2 Member of the Helmholtz-Association Inhalt Vorbemerkungen: Klimawandel und das IPCC Chemie-Klima-Wechselwirkungen Chemie-Klima-Modellierung am ICG-2

3 Member of the Helmholtz-Association Earths Global and Annual Mean Energy Balance (after Kiehl and Trenberth, 1997)

4 Member of the Helmholtz-Association Incoming Solar Radiation: 342 Wm -2

5 Member of the Helmholtz-Association Reflection at Gases, Aerosol, Clouds: 77 Wm

6 Member of the Helmholtz-Association Reflection at Earth Surface: 30 Wm

7 Member of the Helmholtz-Association Absorption by Atmosphere: 67 Wm

8 Member of the Helmholtz-Association Absorption by Surface: 168 Wm

9 Member of the Helmholtz-Association Thermals: 24 Wm

10 Member of the Helmholtz-Association Evapotranspiration, Latent Heat: 78 Wm

11 Member of the Helmholtz-Association Longwave Surface Radiation: 390 Wm

12 Member of the Helmholtz-Association Atmospheric Window: 40 Wm

13 Member of the Helmholtz-Association Back Radiation: 324 Wm Greenhouse Gases 390

14 Member of the Helmholtz-Association Emission from Clouds: 30 Wm Greenhouse Gases

15 Member of the Helmholtz-Association Emission from Atmosphere: 165 Wm Greenhouse Gases

16 Member of the Helmholtz-Association Greenhouse Gases

17 Member of the Helmholtz-Association Greenhouse Gases Wm -2 total solar absorption 40

18 Member of the Helmholtz-Association Greenhouse Gases ~65 Wm -2 natural greenhouse effect 40

19 Member of the Helmholtz-Association Wm -2 anthropogenic radiative forcing 40 Greenhouse Gases

20 Member of the Helmholtz-Association Historisch einmaliger Anstieg von Treibhausgas-Konzentrationen IPCC, AR4

21 Member of the Helmholtz-Association In den letzten Jahren ist CO 2 nie über 300 ppm hinausgekommen (kyears) IPCC, AR4

22 Member of the Helmholtz-Association Anthropogener Einfluss CO 2 CH 4 O3O3 CFCs N2ON2O

23 Member of the Helmholtz-Association Klimawandel ist beobachtbar IPCC, AR4

24 Member of the Helmholtz-Association Polargebiete reagieren am stärksten sea ice extent 09/12/2008 IPCC, AR4

25 Member of the Helmholtz-Association Können Modelle das Klima simulieren? IPCC, AR4

26

27 Member of the Helmholtz-Association Was passiert mit Treibhausgas-Emissionen? CO 2 N2ON2O CH 4 IPCC, AR4 120 a 12 a a

28 Member of the Helmholtz-Association Das Intergovernmental Panel on Climate Change Wissenschaftliches Gremium (intergovernmental) Geführt durch WMO und UNEP seit 1988 Drei Arbeitsgruppen Physical basis Impacts-adaptation-vulnerability Mitigation of climate change Bislang vier umfassende Sachstandsberichte: Scientific Assessment of Climate change, 1990 Climate Change 1995:The Science of Climate Change Climate Change 2001: The Scientific Basis Climate Change 2007: The Physical Science Basis

29 Member of the Helmholtz-Association Der IPCC Prozess

30 Member of the Helmholtz-Association Teil 2 Chemie-Klima-Wechselwirkungen

31 Was treibt den Klimawandel?

32 Member of the Helmholtz-Association Treibhausgase sind Spurengase N2N2 O2O2 H2OH2OCO 2 N2ON2OCH 4 78% 20% 0,01-2%0,038% 1,8 ppm = 0,0002% 365 ppb O3O3 ~60 ppb

33 Member of the Helmholtz-Association Aerosol-Effekte Moleküldichte in 4 km Höhe: ~ 1.8 · molec. cm -3 Aerosoldichte: max cm -3

34 Member of the Helmholtz-Association Einfluss von Sulfat-Aerosolen auf das Klima Abschaltung aller SO 2 Emissionen im Jahr 2000 führt zu deutlicher Erhöhung der bodennahen Temperatur Brasseur&Röckner, 2005 In der Realität noch komplizierter aufgrund von Wechselwirkungen zwischen Sulfat-Aerosolen mit elementarem/organischem Kohlenstoff, Nitrat, Ammonium, …

35 Member of the Helmholtz-Association Beispiel: Bedeutung der Atmosphärenchemie für Aerosoleigenschaften Einfluss der Schwefelchemie (SO 2 Oxidation) auf die Aerosol Optische Dichte + Bildung von Sulfat-Aerosol - Ummantelung von Staubteilchen und organischen Aerosolen wasserunlöslich wasserlöslich (Umsatz: ca. 300 Tg/yr) Pozzoli et al., 2008

36 Member of the Helmholtz-Association Weitere Beispiele von Chemie-Klima-Wechselwirkungen Einfluss von H 2 O auf OH Einfluss von Treibhausgasen auf Ozon und Dynamik in der Stratosphäre Einfluss von H 2 O und Dynamik der UTLS auf troposphärisches Ozon und Aerosole Auswirkungen von Temperatur- und Niederschlagsänderungen auf natürliche (und anthropogene) Emissionen (z.B. Feuer) Auswirkungen von Temperatur- und Niederschlagsänderungen auf Spurengasbudgets (Reaktionsraten, Deposition, Auswaschen) Änderungen im Wasserkreislauf und Einfluss auf Gewitter (NO x N-Kreislauf) Änderungen des regionalen Klimas (Wetterlagen) und Einfluss auf Luftverschmutzung (z.B. trockene, heisse Sommer)

37 Member of the Helmholtz-Association Teil 3 Chemie-Klima-Modellierung am ICG-2

38 Member of the Helmholtz-Association Wo gibt es Klimamodelle? MPI-M: ECHAM5-OM IPSL: CM4 UKMO: HadCM3 GFDL: CM2 INM: CM3BCCR: BCM2 NASA: GISS CCCMA: CGCM3 CNRM: CM3 CSIRO: Mark 3.0 NCAR: CCSM3 BCC: CM1 LASG: FGOALS MRI: CGCM NIES/FRSCG: MIROC 3.2 AR4 models (http://www.ipcc-data.org)

39 Member of the Helmholtz-Association Vom Klimamodell zum Erdsystemmodell

40 Member of the Helmholtz-Association Das Erdsystemmodell ECHAM5-MPIOM-HAMMOZ3

41 Member of the Helmholtz-Association Geplante IPCC AR5 Simulationen Fokus auf dekadischen Szenarien ( ) Erstmalig quasi-vollständige Einbeziehung von Atmosphärenchemie Zusammenarbeit mit dem MPI-M, Hamburg, ETH-Zürich und EPF Lausanne

42 Member of the Helmholtz-Association Neue Strategie für den 5. Assessment-Report – Representative Concentration Pathways (RCPs) Parallele Bearbeitung von Klimasimulationen, Emissionsszenarien, Handlungsoptionen Je niedriger das angestrebte Konzentrationsniveau, desto eher müssen die Emissionen ihr Maximum erreichen!

43 Member of the Helmholtz-Association Strahlungsantrieb und CO 2 Emissionen

44 Member of the Helmholtz-Association Definition der Representative Concentration Pathways

45 Member of the Helmholtz-Association Auswahl geeigneter RCPs und der dazugehörigen Emissionsszenarien Szenarien müssen publiziert sein und genügend Details aufweisen (auch Luftschadstoffe)

46 Member of the Helmholtz-Association Kontrollmechanismen: Klimawandel - Luftverschmutzung CO 2 Emissionen Schwefel-Emissionen

47 Member of the Helmholtz-Association Emissionsszenarien: CH 4

48 Member of the Helmholtz-Association Emissionsszenarien: Verkehr CO NO x

49 Member of the Helmholtz-Association IPCC Simulationen - Gesamtüberblick Spin-up: ~1000 years MPI Hamburg carbon cycle, ocean, prescribed chemistry Centennial: MPI Hamburg carbon cycle, ocean, prescribed chemistry Decadal: FZ Jülich carbon cycle, ocean, fully coupled chemistry Sensitivity studies: to be determined

50 Member of the Helmholtz-Association Szenarien und geplante Läufe carbon cycle and ocean spin-up (MPI Hamburg)1000 yrs. chemistry spin-up 100 yrs. chemistry control run 100 yrs. chemistry transient preindustrial-present ( ) 150 yrs. recent past ( ) 5 35 yrs. baseline (business as usual, RPC8.5) ( ) 5 50 yrs. maximum feasible reduction (RPC2.9) ( ) 5 50 yrs. current legislation (RPC4.5 or RPC6) ( ) 5 50 yrs. total1275 yrs. Ensemble Rechnungen sind essentiell, um aussagekräftige Statistik zu erhalten.

51 Member of the Helmholtz-Association Verfeinerte Modellauflösung (?) Ozon-Simulation NRW, 8. August :00 Uhr EURAD-RM (5 km) MOZART (110 km)

52 Member of the Helmholtz-Association Infos zum Resourcenbedarf (JUMP Nachfolge) Zeitschritt ca. 10 Minuten (gesamt: ~ 67 Mio. Zeitschritte) 1,5 Mio. Gitterzellen ca Gleichungen pro Zeitschritt und Gitterzelle ca. 30 Mio CPU-h auf JUMP Nachfolgerechner

53 Member of the Helmholtz-Association Zusammenfassung Klimawandel ist Realität Modelle geben konsistente Prognosen ab, aber noch große Unsicherheiten Die größten Unsicherheiten (und spannendsten Fragen) liegen im Bereich Chemie-Klima-Wechselwirkungen Jülich kann mit den IPCC Chemie-Klima-Simulationen einen wichtigen Beitrag leisten – weltweit einmalig Chemie-Klima-Simulationen Teil des POF2 Programms (sehr positiv begutachtet) Modellrechnungen dieser Komplexität praktisch nur in Jülich durchführbar (auf JUMP Nachfolgesystem)


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