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Gliederung

Gliederung. Einführung Datengrundlage Energiehaushalt der Erde - Strahlungs(konvektions)-gleichgewicht - Räumliche Verteilung, 3D-Energietransporte, „Wärmemaschine“ Klimasystem Hydrologischer Zyklus - terrestrischer/ozeanischer Arm - Ozeanische Zirkulation

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Presentation Transcript

  1. Gliederung • Einführung • Datengrundlage • Energiehaushalt der Erde- Strahlungs(konvektions)-gleichgewicht- Räumliche Verteilung, 3D-Energietransporte, „Wärmemaschine“ Klimasystem • Hydrologischer Zyklus- terrestrischer/ozeanischer Arm- Ozeanische Zirkulation • Natürliche Klimavariabilität- Änderungen der thermohaline Zirkulation - Interne Variabilität (ENSO)- Externe Variabilität (Sonne, Vulkane, Erdbahnparameter) • Klimamodellierung- GCM/Ensemble-Vorhersage/Parametrisierung- IPCC, Szenarien, anthropogene Effekte • Globaler Wandel- Detektion des anthropogenen Einflusse Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  2. Welche Diskretisierung erfolgt in globalen und regionalen Klimamodelle? • Welche Prozesse müssen in 3-d Klimamodellen parametrisiert werden? • Wie werden Ozean und Atmosphäre gekoppelt? • Wie funktionieren statistische Klimamodelle? • Wie läßt sich die Klimasensitivität beschreiben? • Wie lässt sich die Güte von Klimamodellen am besten evaluieren? • Was sind die wesentlichen Ergebnisse von AMIP I ?(vorgegebene SST (1979-1988), CO2 = 345 ppmv, S0=1365 W m-2) Wiederholung 14. Stunde ΔQ(CO2 Verdopplung) ~ 4.2 Wm-2 ΔT = 2.9 K Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  3. Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  4. Klimamodellsimulationen • Wasserdampf (weiss) und Niederschlag (rot) NCAR CCM3 model T170- Australischer Monsun in Januar /Februar- indischer Monsun ab Ende April • ozeanische Simulation der Ozeanoberflächenhöhe mit verschiedenen Auflösungen • Meereismodellierung im arktischen Ozean- Antrieb durch Wind und Ozeanströmungen alle Animationen ausA climate modelling primer, 3rd edition, Mc Guffie and Henderson-Sellers Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  5. AMIP I (Gates et al., 1999): Wolken Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  6. Güte von Klimamodellen • AMIP - Atmospheric Model Intercomparison ProjectGlobal atmospheric general circulation models (AGCMs),Systematische Diagnose, Validation, Vergleiche, Dokumentation und Datenzugang von nahezu allen Klimamodellen seit 1990 • CMIP - Coupled Model Intercomparison ProjectVergleich Ergebnisse gekoppelter Ozean-/Atmosphärenmodelle (teils mit dynamischem interaktivem Eis) seit 1995Szenarien für CO2 Anstieg zusammen mit Kontrollläufen • SMIP - Seasonal Prediction Model Intercomparison ProjectWorld Climate Research Program (WCRP) Climate Variability and Predictability (CLIVAR) Arbeitsgruppe mit Ensembles Allgemeiner Zirkulationsmodelle • APE - Aqua-Planet Experiment ProjectVergleich idealisierter Klimamodellsimulationen von AGCMs für Klima und Wettervorhersage. Besserer Vergleich von Modellkomponenten (dynamischer Kern, sub-grid Parametrisierungen und Kopplungen) • PMIP - Paleoclimate Modelling Intercomparison ProjectUntersuchung von Klimarückkopplungender verschiedenen Subsysteme(Atmosphäre, Ozean, Landoberfläche, Meereis und Landeis)Fähigkeit heutiger Modelle drastisch andere Klimate zu simulieren Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  7. 4.ter IPCC Bericht vom 2. Februar 2007 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  8. 4.ter IPCC Bericht vom 2. Februar 2007 extremely likely > 95 % very likely > 90 % likely > 66 % more likely than not > 50 % unlikely < 33 % very unlikely < 10 % extremely unlikely < 5 % Definitionen very high confidence 9 von 10 high confidence 8 von 10 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  9. IPCC: Treibhausgase • Strahlungsantrieb relativ zu 1750 • CO2 Anstieg durch fossile Brennstoffe(7.2 GtC/Jahr) & Landnutzung (1.7 GtC/Jahr) • CH4 und N2O Anstieg vorallem durchLandwirtschaft • CO2 am höchsten seit 650.000 Jahren • stärkster dekadischer CO2 Anstieg von 1995-2005 mit 1.9 ppm/Jahr Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  10. 3rd IPCC Assessment (TAR) IPCC, 2001 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  11. IPCC: Strahlungsantrieb Fehlerbalken zeigen 90% Wert, d.h. 5% können jeweils darüber oder darunter sein Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  12. IPCC: BeobachteteKlimaänderungen • 11 der letzten 12 Jahre sindunter den 12 wärmstenim Instrumentenzeitalter • linearer Trend (1906-2005)ist mit 0.74K/100 Jahrehöher als im TAR • vernachlässigbarer (urban heat island) Stadteffekt • Radiosonden und Satelliten-messungen übereinstimmend • globale Ozeantemperatur istbis in Tiefen von 3000 mgestiegen→ Meeresspiegelanstieg Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  13. IPCC: Globale und kontinentale Temperaturänderungen Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  14. IPCC: Meeresspiegelanstieg Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  15. IPCC: Beobachtungen • Arktis- Temperaturen fast doppelt so stark gestiegen (hoher dekad. Variabilität)- Meereisausdehnung um 2.7 % seit 1978 geschrumpft (Satellitenmessungen)- Temperaturen an der Oberschicht der Permafrostregion seit 1980ern um bis zu 3K gestiegen; saisonal gefrorene Gegend um 7 % geschrumpft • signifikante Niederschlagsänderungen in vielen Regionen (+ in Ostamerika, Nordeuropa und Nord-/Zentralasien; - in Sahel, Mittelmeer, Südafrika, Südasien) • Änderung von Niederschlag/Verdunstung über Ozeanen: hohe Breiten mehrFrischwasser, niedrige Breiten salziger • stärkere Westwinde in beiden Hemisphären seid 1960ern • Intensivere und längere Dürren in vielen Regionen seid den 1970ern • Häufigkeit von Starkniederschlägen hat über den meisten Landoberflächen zugenommen zusammen mit atmosphärischem Wasserdampf • Extreme Temperaturen (weniger Frost, mehr Hitzewellen) • Anstieg intensiver tropischer Zyklonenaktivität im Nordatlantik- kein klarer Trend in der Zahl tropischer Zyklonen Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  16. Trends: Wolken und Niederschlag • Synop-Stationen und unabhängige Regenmesser • Landmassen ohne USA/Kanada visuelle Beobachtungen Ozean Dai et al., BAMS, 2006 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  17. Trends: Wolken und Niederschlag • ISCCP D2 (Land, Ocean, total) • TropenSynop-Stationen und ISCCP • Linearer Trend ISCCP D2 (% Bedeckungsgrad/Dekade) Probleme: • Synop:- subjektiv; vor 1950 auch 1/10- inhomogene Verteilung (sampling) • automat. Bodenstationen:- direkt oberhalb über 30 min- Höhenlimitierung- kein Wolkentyp • Satelliten:- seit 1980 verschiedene Satelliten- wechselnde Orbits- Schwierigkeiten über Eis- schlechtes sampling in Tropen Dai et al., BAMS, 2006 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  18. Trends: Temperatur 2005: +0.62° (1880-2004) +0.53° (1961-1990) → 2. wärmstes wärmstes (polar) Meeresspiegel2.9±0.4 mm/Jahr El Nino→ schwache Warmphase Tropen:weniger Hurrikans/Taifune als normal (53)- die meisten Kategorie 5 Stüme (3) Arctic OscillationIndex leicht negativ Min. NH Meereis Ozean Shein, BAMS, 2006 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  19. Trends: Temperatur Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 http://www.ncdc.noaa.gov/oa/climate/research/2005/ann/ann05.html

  20. IPCC: Beobachtungen • Abnahme des tägliche Temperaturbereichs (DTR) nicht bestätigt • antarktischer Meereisausdehnung zeigt keine signifikante Änderung • Änderungen der Ozeanzirkulation und kleinskaliger Phänomene (Hagel, Tornados) unklar Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  21. IPCC: Projektionen Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  22. IPCC: Szenarien IPCC Special Report on Emission Scenarios (SRES) http://sres.ciesin.org/final_data.html • B1 konvergente Welt mit gleicher globaler Population, Service und Informationsgesellschaft • A1B rasches ökonomisches Wachstum, Bevökerungsmaximum 2050, rasche Einführung neuer Technologien (balanciert) • A2 heteorogene Welt, lokale Identitäten, ansteigende Bevölkerung Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  23. IPCC: Projezierte Temperaturänderung Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  24. IPCC: Projezierte Niederschlagsänderungen Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  25. IPCC: Projezierte Temperaturänderungen Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  26. IPCC: Weitere Resultate der Projektionen • Zunahme des atm. CO2 →zunehmender Versauerung der Ozeane 0.14-0.35 • Größte Erwärmung über Land und Arktis; geringste über südl. Ozeanen • Anstieg der Tautiefe in den meisten Permafrostregionen • Abnahme des Meereises; arkt. Meereis verschwindet am Ende des Jahrhunderts • Zunahme der Extremereignisse (Hitzewellen, Extremniederschläge..) • außertropische Sturmtracks bewegen sich nach Norden • Meridional umwälzende Zirkulation (MOC) des Atlantiks - Abnahme um ca. 25 % (0-50%) im nächsten Jahrhundert- bis dahin kein Anzeihen für abrupte Umstellung- trotzdem Temperaturaranstieg Selbst bei sofortigem Einfrieren der Treibhausgase in 2100 käme es zu - einer weiteren Erwärmung von 0.5 K bis 2200 - einem weiteren Anstieg des Meeresspiegels um 0.3-0.8 m bis 2300 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  27. Klimasynopsis Zusammenschau verschiedener (bodennaher) Klimaelemente→ Klimaklassifikation • komplexe Größen • Äquivalenttemperatur=Schwüleempfinden • Zonalindices, z.B. NAO • Kontinentalitätsindex KG über Temperaturjahresamplitude Aj von 0 (extrem maritim) bis 100 (extrem kontinental) • Hydrologischer Zyklus (Niederschlag7ptentieller Verdunstung) • Ariditätsindex (Niederschlag/Temperatur) • .... • Klimaklassifikationen • genetisch (Strahlungs- & Wärmehaushalt, Luftmassencharakteristika, Zirkulation) • deskriptiv (Klimaelemente wie Temperatur und Niederschlag, Tages-/Jahresgang) • effektiv (Auswirkungen des Klimas → potentielle natürliche Vegetation Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  28. vorwiegend effektiv Köppen-Geiger-Klassifikation http://koeppen-geiger.vu-wien.ac.at Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  29. Albedo Variabilität Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  30. Snowball Earth Stratigraphie der Kante des Kongo-Plateus in Namibia Photo: Paul. F. Hoffman. Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  31. Einfluss der Kryosphäre Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  32. Jährliche Emissionen fossil. Verbrennung 6.4 GtC Kohlenstoffkreislauf Ruddiman, 2001 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  33. Einflussfaktoren auf die Vegetation Nemani et al., 2003, Science Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  34. Klimamodellierung: Abholzung des Regenwaldes http://www.palmod.uni-bremen.de/~apau/ec_modeling/mcguffie_henderson_sellers_2001.pdf Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  35. Mittlere Eigenschaftem der Ozeane http://www.bsh.de/de/Produkte/Buecher/Berichte/Bericht35/Bericht5.pdf Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

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