Einfache Klima-Modelle

Präsentation zum Thema: "Einfache Klima-Modelle"—  Präsentation transkript:

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

2 Übersicht Einführung Modell-Klassen Energiebilanz-Modelle
- Eis-Albedo-Rückkopplung - 2-Schichten-Modell mit hohen Wolken Daisyworld-Modell

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

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6 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 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

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9 Die Auflösung der Modelle

10 Energiebilanz-Modelle

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12 Gleichgewichtstemperatur

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

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

15 Gleichgewichtstemperatur

16 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 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 Das „Daisyworld“-Modell

19 Das „Daisyworld“-Modell

20 Klima auf dem eigenen PC: http://climateprediction.net

21 Quellen IPCC: http://www.ipcc.ch/graphics/gr-ar4-wg1.htm
Jose P. Peixoto, Abraham A. Oort (1992): „Physics of Climate“ T. Stocker, Uni-Bern (2007): „Einführung in die Klimamodellierung“ ( FUTURE CLIMATE CHANGE & GLOBAL CLIMATE MODELS ( Mark Wittwer (2005): „Daisyworld Modelling and Feedback Mechanisms“ ( Titelbild: WIKIPEDIA: