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Folie 1 von 21 Einfache Klima-Modelle Kurzvortrag von Sven Eiermann im Seminar zur Vorlesung Theoretische Meteorologie III-2 (Atmosphärische Strahlung.

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1 Folie 1 von 21 Einfache Klima-Modelle Kurzvortrag von Sven Eiermann im Seminar zur Vorlesung Theoretische Meteorologie III-2 (Atmosphärische Strahlung und Optik)

2 Folie 2 von 21 (1)Einführung (2)Modell-Klassen (3)Energiebilanz-Modelle - Eis-Albedo-Rückkopplung - 2-Schichten-Modell mit hohen Wolken (4)Daisyworld-Modell Übersicht

3 Folie 3 von 21 Einführung Globales Klimasystem umfasst 3 Hauptkomponenten: -Atmosphäre -Ozeane -Kryosphäre (von Eis bedeckte Oberfläche) Nichtlineare gekoppelte partielle DGLs sind die Ausgangsgleichungen viele Rückkopplungseffekte (Bsp.: Eis Albedo) Nichtlineare Wechselwirkungen der Subsysteme teilweise nicht gut simulierbar, da Rechenleistung beschränkt

4 Folie 4 von 21 Rand- und Anfangsbedingungen aus Beobachtungen teilweise nicht vorhanden oder ungenau Einführung Vereinfachungen und Spezialisierungen erforderlich für brauchbare Ergebnisse! 2 wesentliche Charaktaristika eines Klimamodells: I. Physikalisch: Grad der Vereinfachung II. Mathematisch: zeitl. u. räuml. Auflösung

5 Folie 5 von 21

6 Folie 6 von 21 Die Modell-Klassen 1.) 1-dimensionale Strahlungsbilanz-Modelle - Horizontal gemittelt, aber mehrere Schichten - Nützlich, um Strahlungseffekte zu berechnen 2.) 1-dimensionale Ozeanmodelle mit Diffusion - Wärmeaustausch mit Ozean und Landoberfläche - Thermohaline Zirkulation 3.) 1-dimensionale Energie-Bilanz-Modelle - Nur Variation mit geogr. Breite, ansonsten gemittelt - Prozesse des N-S-Wärmeausstauschs (Atmosphäre + Ozean) gewöhnlich durch Diffusion simuliert - Nützlich, um Rückkopplungs-Wechselwirkungen zu simulieren

7 Folie 7 von 21 Die Modell-Klassen 4.) 2-dimensionale Atmosphären+Ozean-Modelle - Erlauben realistischere Berechnungen des Wärmetransports als 1-dimensionale 5.) 3-dimensionale allgemeine Zirkulationsmodelle (engl.: General Circulation Models (GCMs)) - Am komplexesten von allen Modellen - Atmosphäre und Ozeane in horizontalem Gitter mit 2-4° Auflösung und Schichten vertikal - Simulieren viele Prozesse

8 Theoretische Meteorologie III -2 (M) (Atmosphärische Strahlung und Optik) 8

9 Folie 9 von 21 Die Auflösung der Modelle

10 Folie 10 von 21 Energiebilanz-Modelle

11 11

12 Folie 12 von 21 Gleichgewichtstemperatur 14°C

13 Folie 13 von 21 Eis-Albedo-Rückkopplung Parametrisierung der Albedo: α = m - nT Energiebilanz-Gleichung wird zu: Instabil, wenn Aufheizung durch Rückkopplung (linker Term) größer als Abstrahlungsterm rechts! ~T

14 Folie 14 von 21 Zweite Modellschicht: Hohe Wolken c є [0,1]: Wolkenbedeckung

15 Folie 15 von 21 Gleichgewichtstemperatur 14°C

16 Folie 16 von 21 Das Daisyworld-Modell Daisy (engl.) = Gänseblümchen Computersimulation eines hypothetischen Planeten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist Nur zwei Arten von Lebewesen: -Weiße Daisies (reflektieren Licht) -Schwarze Daisies (absorbieren Licht)

17 Folie 17 von 21 Das Daisyworld-Modell Beide Arten haben selbe Wachstumskurve Strahlungsleistung des Sterns (der Sonne) wird langsam erhöht Zu Beginn: Mehr schwarze Daisies (weil wärmer) Durch Temperaturanstieg können nun auch weiße Daisies wachsen Temperatur steigt über Optimum für schwarze Daisies => Weiße Daisies überholen schwarze Daisies Es stellt sich ein Gleichgewicht ein!

18 Folie 18 von 21 Das Daisyworld-Modell

19 Folie 19 von 21 Das Daisyworld-Modell

20 Folie 20 von 21 Klima auf dem eigenen PC:

21 Folie 21 von 21 Quellen 1)IPCC : 2)Jose P. Peixoto, Abraham A. Oort (1992): Physics of Climate 3)T. Stocker, Uni-Bern (2007): Einführung in die Klimamodellierung (www.climate.unibe.ch/~stocker/papers/skript pdf) 4)FUTURE CLIMATE CHANGE & GLOBAL CLIMATE MODELS (http://www.staffs.ac.uk/schools/sciences/geography/staff/harrist/landev/lect21notes.htm) 5)Mark Wittwer (2005): Daisyworld Modelling and Feedback Mechanisms ( 6)Titelbild: WIKIPEDIA:


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