1 / 31

Gliederung

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

zorina
Télécharger la présentation

Gliederung

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

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, NAO, QBO) - Externe Variabilität (Sonne, Vulkane, Erdbahnparameter) • Klimamodellierung- GCM/Ensemble-Vorhersage/Parametrisierung- IPCC, Szenarien, anthropogene Effekte • Globaler Wandel- Detektion des anthropogenen Einflusse 16.1 23.1 30.1 6.2 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  2. Klimavariabilität nach Stocker [2000]- extern gezwungene Änderungen- selbsterhaltende Oszillationen- nicht-deterministische Variabilität- abrupte Reorganisation → Wechsel zwischen verschiedenen Gleichgewichtszuständen • Mehrfache Gleichgewichtszustände für Ozeanzirkulation möglich→ Umschlagen von einem in den andern Zustand, z.B. durch Hudson-Bay Ereig. • Wie wahrscheinlich ist ein Umschlagen aufgrund der anthropogenen Erwärmung? Abgesehen von Tages- und Jahresgang sind externe Klimaschwankungen auf Zeitskalen unterhalb 1000 Jahren marginal gegenüber Interner Klimavariabilität Wiederholung 10. Stunde Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

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

  4. Temperaturspektrum - bodennah - Komposit - interne Energie Ruddimann, 2001 http://www.whfreeman.com/ruddiman/ starke freie Variabilität innerhalb des Systems Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  5. 1010 Periode in Jahren 10-4 Temperaturspektrum aus freien Klimamodellierungen (ohne Trend) Beobachtungen: 1861 to 1998 aus IPCC, 2001 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  6. Klimavariabilität schematisch Klimavariabilität resultiertaus komplexen Wechsel-wirkungen erzwungener und freier Variationen Klimasystem ist - dissipativ - hoch nichtlinear - viele Quellen der Instabilität Mitchell, J. M., 1976. An Overview of Climatic Variability and Its Causal Mechanisms. Quaternary Research 6, 481-493. Externe Parameter http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/forcing.html http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/ctl/about1.html Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  7. Klimavariabilität Betrachtete Zeitskala im Bereich von Jahren: also nicht: Wetter oder Eiszeiten usw. ( Klimageschichte) bekannteste Beispiele für natürliche interne Klimavariabilität: • ENSO (El Nino / Southern Oscillation)ozeanische / atmosphärische Komponente- kalter Humboldtstrom wird durch warme Meeresströmung ersetzt- unregelmäßigen Abständen (3 bis 7 Jahre)- Dauer: ca. 12-15 Monate • NAO (North Atlantic Oscillation)- dominanter Mode der Winterklimavariabilität in der Nordatlantik-Region - Luftmassenschaukel zwischen Subtropen & Polar- Jahr-zu-Jahr Variabilität- bleibt in Phase über mehrere Jahre. • QBO (Quasi-Biennial Oscillation)- nahezu 2-jährige Oszillation der tropischen Stratosphäre (West- / Ostwinde)- Wechselwirkung von Wellen und mittlerer Strömung Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  8. Klima des Pazifik Hadley-Zirkulation mit Passatwinden von Nord(Süd) zum ÄquatorAufsteigen Äquator, Absinken Subtropen Teil der Walker-Zirkulation mit Aufsteigen in Australien/Indonesien und Absinken vor Südamerika Cubasch & Kasang (2000) Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  9. Walker-Zirkulation (Sir Gilbert T. Walker, 1918 ) • Vertikalbewegung ist unmittelbar an die Oberflächentemperatur gekoppelt • SST hoch   Aufsteigen • SST niedrig  Absinken • starke Konvektion über Indien und Indonesien • Konvektion über Ostafrika und Amazonasgebiet • starkes Absinken über dem äquatorialen Ostpazifik • Absinken über West-Indik und Westafrika El Nino Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  10. ENSO Phänomen http://www.tsgc.utexas.edu/topex/activities/elnino/sld001.html Southern Oszillation ist der Walker-Zirkulation überlagert • Normalbedingungen • Passatwinde wehen westwärts • → warmes Oberflächenwasser nach Australien und Neuguinea • → kaltes, nährstoffreiches Wasser an Westküste Südamerika • Niederschlag im westl. tropischen Pazifik vor allem über Indonesien • El Nino ("das Christkind") • schwache Passatwinde • warmes, nährstoffarmes Wasser • starke Regenfälle über Pazifik • Verlagerung des Jetstream→Telekonnektionen • von ~Dez. bis Mai/Juni Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  11. Satellitenüberwachung El Niño • Ozeanoberflächentemperaturen bestimmt aus thermischen Infrarot • Meeresoberflächenhöhe sind aus Altimeter • El Nino Ereignis 1997/1998 mit TOPEX/POSEIDON niedriger in Australien höher vor Südamerika Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  12. Niederschlag Zentralpazifik Südamerika Hovmöller Diagramm Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  13. Bestimmende ENSO Faktoren • Wind (bzw. Druckfeld) Oberflächenströmung • SST  Strom latenter und fühlbarer Wärme (Intensität der Konvektion) Instabile Wechselwirkungen von atmosphärischer Konvektion, bodennahem Windfeld, ozeanische Strömung und SST Variationen → ENSO (El Niño / Southern Oscillation) Bjerknes (1966) Korrelationsanalyse: stark positive Korrelation zwischen pDarwin und der SST im zentralen und östlichen Pazifik und in Teilen des Indischen Ozeans pDarwin hoch  SST hoch  ENSO pDarwin niedrig  SST niedrig  Anti-ENSOLa Niña Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  14. ENSO Variabilität Southern Oscillation Index (SOI) • Luftdruckschaukel (Osterinseln/Tahiti und Darwin) • Abweichung von deren Differenz (Ost minus West) vom langjährigen Mittel • positives Vorzeichen → Druck im Osten/Westen über/unter Mittelwert → verstärkter Passat, kühlere SST im Ostpazifik • negatives Vorzeichen → Anzeichen für El Nino http://www.enso.info/ Alternativverfahren zum SOI sind der Oceanic Niño Index (ONI), der Multivariate ENSO Index (MEI), der JMA-Index und der TOPEX/Poseidon-El Niño-Index. Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  15. Aktuelle Situation des Pazifiks • Multi-variater ENSO Index • Luftdruck auf Meeresniveau • Zonalwindkomponente am Boden • Meridionalwindkomponente am Boden • SST • Lufttemperatur nahe der Oberfläche • Bedeckungsgrad http://www.cdc.noaa.gov/ENSO/enso.current.html http://www.cpc.noaa.gov/products/analysis_monitoring/enso_advisory/ Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  16. Ablauf eines ENSO Ereignisses Dp= Osterinseln - Darwin • Korrelationsanalyse • Suche der max. Korrelation zwischen den einzelnen Zeitreihen durch sukzessive Zeitverschiebung • rmax(Δp,τx) = -0.65 bei Δt = 2 Monate • rmax(Δp, ΔSST) = -0.83 bei Δt = 4.5 Mon. • Änderung des Druckgradienten bewirken zuerst eine Änderung des Windfeldes und danach eine Änderung der SST x (Schubspannung), Zentralpazifik DSST Ostpazifik Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  17. ENSO Mechanismus Wechselwirkung von ostwärts laufenden Kelvin-Wellen und westwärts laufenden Rossby-Wellen im Ozean Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  18. ENSO Mechanismus Eine äquatoriale Kelvin-Welle ist eine lineare Welle mit entweder erhöhten oder vermindertenTemperaturen. • Wellen bewegen sich ostwärts entlang des Äquators mit einer Geschwindigkeit von ca. 2,5 m/sdies entspricht ca. 200 km/Tag • Pazifik in 2-3 Monaten • Wellenlängen größer als die Wassertiefe. • Thermokline dient als Leitlinie • Küste lenkt Kelvin-Welle nach Norden und Süden (Küsten-Kelvinwelle)→ Auslösung einer nach Westen wandernde Rossby-Welle Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  19. Auswirkungen vom El Nino Januar 98 (El Niño): kaum Chlorophyll Juli 98: hohe Chlorophyll-Konzentration Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  20. Telekonnektionen Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  21. Nord-Atlantische Oszillation (NAO) • quasiperiodische Schwankungen im Luftdruckfeld über dem Nordatlantik • starke negative Korrelation zwischen den ausgeprägten Drucksystemen Islandtief und Azorenhoch • Luftdruckunterschied zwischen Stykkisholmur (Island) und südlicherer Station Ponta Delgada (Azoren), Lisabon (Portugal) oder Gibraltar http://www.met.rdg.ac.uk/cag/NAO/index.html Hense: Klimavariabilität durch interne Wechselwirkungen, Promet, Jahrg. 28, Nr.3/4, 2002 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  22. NAO Einfluss auf globales Klima Korrelation NAO vs Wintertemperatur Korrelation NAO vs Winterniederschlag http://www.ldeo.columbia.edu/NAO/ Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  23. Nord-Atlantische Oszillation (NAO) Luftdruckgradient zwischen Azoren und Island ist besonders steil→ Westwinde über dem Nordatlantik vor (Zonalität); feuchte, milde Meeresluft strömt mit wandernden Zyklonenfamilien nach Europa und verdrängt arktische Luftmassen Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  24. Nord-Atlantische Oszillation (NAO) zonaler Grundstrom schwach, meridionale, blockierende Wetterlagen überwiegen → die Winter in Europa werden kälter. Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  25. http://www.palmod.uni-bremen.de/~gerrit/coral/KREISE1.jpg Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  26. Quasi-Biennale Oszillation (QBO) • sehr regelmäßiger Wechsel von Westwind- und Ostwindregime in der äquatornahen Stratosphäre • Extremwerte von -30 bis + 20 m/s, max. in Höhen um 24 km • Zyklus im Mittel 26 Monate • QBO Signal setzt sich mit ca. 1 km/Monat in niedrigere Höhen fort • unsymmetrisch: Westwindphasen meist etwas länger, Ostwindphasen dafür wesentlich intensiver http://www.cpc.noaa.gov/data/indices/ Resultat von Wellen-Wechselwirkungen mit mittlerem Fluss Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  27. 10 100 QBO Muster Zonaler Wind an äquatornahenStationen (B. Naujokat) Isoplethen in m/s Westwinde in grau Canton Island (Jan 53 - Aug 67)Canton Island (Sep 67 - Dez 75) Gan/Maldiven (Jan 76 - April 85) Singapore (Mai 85 - Aug 1997) Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  28. QBO: Zusammenhang mit tropischen Wirbelstürmen Ost West Atlantische Hurrikane (vmax > 51 m/s) von 1949-88 basierend auf Sep. 50 hPa Winden 9°N,80°W Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  29. Sonnenflecken • Dunkle Flecken in Photosphäre • Stark magnetische Regionen • Dauer von Tagen bis Wochen • Photosphärentemperatur kann bis auf 3700 K abfallen • Sonnenfleckenzyklus mit ca. 11 Jahren • Sonnenflecken haben bevorzugte Bildungslokationen während verschiedener Phasen dieses Zyklus http://sohowww.nascom.nasa.gov/hotshots/2001_11_06/ Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  30. QBO: Zusammenhang solare Strahlung Nord-Pol Temp. in 30 hPa 1956-1986 QBO Ost 1956-1986 QBO West Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

  31. QBO und Klima • Einfluss auf die Häufigkeit von tropischen Wirbelstürmen • Einfluss auf den Monsun • Einfluss auf Niederschlag in der Sahel-Zone • Wechselwirkung mit ENSO • Auswirkungen auf Aerosolgehalt in der Stratosphäre nach Vulkanausbrüchen Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007

More Related