Projektseminar numerische Klimasimulation Teil 2

Beispiel Energiebilanz der Erde Welche Temperatur ergibt sich für die Erde als Ganzes in Abhängigkeit der Strahlungsbilanz und -parameter? strahlungsoutput_kw = strahlungsinput_kw * albedo strahlungsoutput_lw = (sbkonstante * temperatur**4 * emissionsgrad) * transmissivitaet strahlungsbilanz = strahlungsinput_kw - strahlungsoutput_kw - strahlungsoutput_lw = [W/m**2] => positive Energiebilanz! => die Erde erwärmt sich durch den Überschuss an Strahlungsenergie! Berechnung der Erwärmung? Wieviel Grad / Energiezufuhr? Teilsystem Strahlungsbilanz:

Beispiel Energiebilanz der Erde Welche Temperatur ergibt sich für die Erde als Ganzes in Abhängigkeit der Strahlungsbilanz und -parameter? Teilsystem Wärmebilanz: Umwandlung der Nettostrahlung in Wärmeenergie: Abhängig von Wärmekapazität [J/(K*kg) -> J/(K*m²)] = Wärmeenergiezufuhr [J/(m²*sec)] / Temperaturänderung [K/sec] => Temperaturänderung = Wärmeenergiezufuhr / Wärmekapazität Wärmeenergie = strahlungsbilanz Wärmekapazität [J/(K*m 2 ] (bezogen auf m²!) (vgl: Wasser ~4196 J/(kg*K)) 1.0E7 (=10,000,000) nur Atmosphäre 2.0E8 mit Ozean 50m tief (real 70m – 30% Festland) 1.0E9mit Ozean 250m tief (real ca. 360m) 1.6E10mit Ozean 3900m tief

Beispiel Energiebilanz der Erde Welche Temperatur ergibt sich für die Erde als Ganzes in Abhängigkeit der Strahlungsbilanz und -parameter? Teilsystem Wärmebilanz: Temperaturänderung = Wärmeenergiezufuhr / Wärmekapazität Temperaturänderung = [J/(sec*m 2 )] / 200,000,000 [J/(K*m 2 )] = +0, K/sec = Erwärmung durch Strahlungsüberschuss Konsequenzen für Strahlungshaushalt? Heisst das, die Erde erwärmt sich kontinuierlich?

Beispiel Energiebilanz der Erde Welche Temperatur ergibt sich für die Erde als Ganzes in Abhängigkeit der Strahlungsbilanz und -parameter? temperatur = [K] strahlungsoutput_kw = strahlungsinput_kw * albedo strahlungsoutput_lw = (sbkonstante * temperatur**4 * emissionsgrad) * transmissivitaet strahlungsbilanz = strahlungsinput_kw - strahlungsoutput_kw - strahlungsoutput_lw temperaturänderung =strahlungsbilanz / waermekapazitaet temperatur = temperatur + temperaturaenderung = [K] [K/sec] = [K nach einer Sekunde]

Beispiel Energiebilanz der Erde Welche Temperatur ergibt sich für die Erde als Ganzes in Abhängigkeit der Strahlungsbilanz und -parameter? Gesamtsystem Energiebilanz: Bei Ausgangstemperatur K erwärmt sich Erde um K/sec = K => nach einer Sekunde neue, höhere Temperatur => höherer strahlungsoutput_lw => in der nächsten Sekunde geringere Erwärmung etc. = negative Rückkopplung! bis Gleichgewichtszustand erreicht ist: = strahlungsoutput_lw + strahlungsoutput_kw = strahlungsinput_kw strahlungsbilanz = 0

Beispiel Energiebilanz der Erde Welche Temperatur ergibt sich für die Erde als Ganzes in Abhängigkeit der Strahlungsbilanz und -parameter? Gesamtsystem Energiebilanz: Praktische Umsetzung der Berechnung von Zeitschritten: do-Schleife: do i = i_start, i_endi = Laufvariable (integer!) i_start = startwert (integer!) [Anweisungen]i_end = endwert (integer!) enddo Ablauf: erster Schleifendurchlauf: i = i_start, bei enddo i=i+1 zweiter Schleifendurchlauf i = i_start + 1 etc. bis i > i_end