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Hans von Storch Klimaforscher Spezialgebiet : Küstenklima, also Windstürme, Sturmfluten, Seegang, Nordsee, Nordatlantik Kooperation auch mit Sozialwissenschaftlern.

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Präsentation zum Thema: "Hans von Storch Klimaforscher Spezialgebiet : Küstenklima, also Windstürme, Sturmfluten, Seegang, Nordsee, Nordatlantik Kooperation auch mit Sozialwissenschaftlern."—  Präsentation transkript:

1 Hans von Storch Klimaforscher Spezialgebiet : Küstenklima, also Windstürme, Sturmfluten, Seegang, Nordsee, Nordatlantik Kooperation auch mit Sozialwissenschaftlern Direktor des Instituts für Küstenforschung des Helmholtz- Zentrums Geesthacht Mitglied des KlimaCampus CliSAP Hamburg

2 Folie 2 Klimamodelle Hans von Storch, Ionstitut für Küstenforschung, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, und KlimaCampus clisap, Universität Hamburg Germany Tagung der Deutschen Gesellschaft für Humanökologie Systemtheorien und Humanökologie, Sommerhausen, 13. Mai 2011

3 Folie 3 Hesses Modellkonzept Wirklichkeit und Model haben teilweise konsistente, teilweise widersprüchliche Eigenschaften. Bei weiteren Eigenschaften ist zunächst unklar, ob sie von Wirklichkeit und Model geteilt werden. Die konsistenten Eigenschaften sind positive Analoga. Die widersprüchlichen Eigenschaften sind negative Analoga. Die unbekannte Eigenschaften sind neutrale Analoga. Validierung von Modellen ist die Feststellung der positiven und negativen Analoga. Anwendung von Modellen beruht auf der Annahme, daß neutrale Analoga tatsächlich positive Analoga sind. Der konstruktive Teil von Modellen sind ihre neutralen Analoga. Hesse, M.B., 1970: Models and analogies in science. University of Notre Dame Press, Notre Dame 184 pp.

4 Folie 4 Modelle sind kleiner als die Wirklichkeit (endliche Anzahl von Prozessen, verminderter Phasenraum) einfacher als die Wirklichkeit (die Beschreibung der Prozesse ist vereinfacht) abgeschlossen, die Wirklichkeit aber offen (die unendliche Anzahl von externen Einflüssen ist reduziert auf einige wenige.)

5 Folie 5

6 Folie 6

7 Folie 7

8 Folie 8 Nur ein beschränkter Bereich von räumlichen und zeitlichen Größen- ordnungen wird berücksichtigt. Nur ein begrenzter Bereich von Parametern wird zugelassen. Modelle beschreiben nur einen Teil der Wirklichkeit Die Auswahl dieses Teils geschieht subjektiv. Bestimmte Prozesse werden vernachlässigt.

9 Folie 9 Man kann zeigen, dass ein Modell konsistent ist mit den bisherigen Beobachtungen, d.h. mit dem derzeit bekannten Teil des Phasenraumes.

10 Folie 10 Modelle können nicht verifiziert werden, d.h. es kann nicht positiv bewiesen werden, daß sie aus dem richtigen Grunde eine Beobachtung reproduzieren. Der Grund für diese Grenze ist die Offenheit der Wirklichkeit. Die Übereinstimmung von modelliertem und beobachtetem Zustand kann die Güte des Modells widerspiegeln aber auch Ergebnis eines nicht dargestellten externen Einflusses in der Wirklichkeit sein.

11 Folie 11 Modelle zur Reduktion komplexer Systeme eignen sich zum Aufbau von : Verstehen, d.h. Theorie Hypothesen. Solche Modelle sind minimal komplex.

12 Folie 12 Modelle als Ersatzrealität Dynamische, prozeß-basierte Modelle, in denen möglichst viele Prozesse berücksichtigt sind (maximal komplex) Ersatzlabor – schafft die Möglichkeit des Experiments und der Prüfung von Hypothesen Ableitung von Szenarien Sensitivitätsanalysen Dynamisch konsistente Interpretation und Extrapolation von raum-zeitlich unvollständigen und unsicheren Beobachtungen (Daten Assimilation) Vorhersagen von detaillierten Entwicklungen (z.B. Wettervorhersage)

13 Folie 13 Klimamodelle sind mathematische Modelle. Sie nutzen fundamentale Gleichungen vom Erhalt von Masse, Impuls und Energie aus. Dazu werden Differentialgleichungen mit Methoden der numerischen Mathematik diskretisiert und auf leistungsstarken Rechnern implementiert. Die aufgrund der begrenzten räumlich/zeitlichen Auflösung erforderlichen Schließungen kleinskaliger Prozesse wird mit halbempirischen Parameterisierungen erreicht.

14 Folie 14 Components of the climate system. (Hasselmann, 1995)

15 Folie 15 Atmosphäre

16 Folie 16 Dynamische Prozesse in der Atmosphäre

17 Folie 17 Dargestellte atmoshärische Prozesse in einem Klimamodell

18 Folie 18

19 Folie 19 Modell Beobachtet Klimazonen Klassifikation nach Koeppen Erich Roeckner, pers. Mitteilung

20 Folie 20

21 Folie 21 Ergebnisse einer Umfrage unter Klimamodelleuren in 1996, 2003 and 2008 Bray and von Storch, 2010

22 Folie 22 Ausnutzung neutraler Analoga

23 Folie 23 Roeckner & Lohmann, 1993 No cirrus Effect of black cirrus Detailed parameterization Latitude-height distribution of temperature (deg C) Difference black cirrus - detailed parameterization Difference no cirrus - detailed parameterization

24 Folie 24 Cubasch, 2001 pers comm. Vergleich des Temperaturanstieges seit 1850 Modellergebnissen vs. Beobachtungen

25 Folie 25 Scenario A2 Scenario B2 Danmarks Meteorologiske Institut Annual temperature changes [°C] (2071–2100) – (1961–1990) Szenarien

26 Folie 26 Globale development (NCEP) Dynamical Downscaling REMO or CLM Simulation with barotropic model of Noth Sea Empirical Downscaling Pegel St. Pauli In Zusammenarbeit mit Ämtern, Behörden und Firmen Eine Hierarchie von globalen, regionalen Klima- modellen, und Wirkungsmodellen beschreibt im Detail den veränderliche Klimaeinfluss in der jüngeren Vergangenheit und in möglichen Zukünften

27 Folie 27 Wave Energy Flux [kW/m] Currents Power [W/m 2 ] Some applications of - Ship design - Navigational safety - Offshore wind - Interpretation of measurements - Oils spill risk and chronic oil pollution - Ocean energy - Scenarios of storm surge conditions - Scenarios of future wave conditions

28 Folie 28 Quasi-realistische Klimamodelle manifestieren in mathematischer Form das physikalische Wissen über das Klima. Sie berücksichtigen ein Maximum an Prozeßbeschreibungen und stellen die wesentlichen Aspekte des gegenwärtigen Klimas dar. Sie sind geeignete Instrumente für numerisches Experimentieren. Sie erzeugen nicht direkt Verstehen, schaffen aber wesentliche Voraussetzung für Verstehen. Sie sind geeignet, gegenwärtige Veränderunen zu dokumentieren, und zukünftige Klimaänderungen aufgrund anthropogener Emissionen abzuschätzen. Zusammenfassung Modelle

29 Folie 29


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