Otázka:
Jednoduché modely klimatu, které předpovídají změnu klimatu
tom
2015-05-16 08:10:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mám fyzikální / matematické znalosti a nejpřesvědčivějším důkazem vědeckého faktu je pro mě často velmi jednoduchý model, který poskytuje přiměřené výsledky. Zjednodušený model, kterému můžete plně porozumět, je často přesvědčivější než numerický výstup složitého modelu.

Takže hledám jednoduchý klimatický model, který by použít k předpovědi toho, jak by zvýšení koncentrací $ \ ce {CO_2} $ vedlo ke zvýšení teploty. Například tento model nemusí odpovídat specifické geografii Země: mohl by jen uvažovat sluneční záření procházející atmosférou a dopadající na rovný, homogenní povrch s určitou konstantní absorpcí. Pak bychom mohli udělat energetickou bilanci, abychom našli rovnovážnou teplotu jako funkci koncentrace $ \ ce {CO_2} $.

Kdybych mohl udělat výpočet zadní části obálky, abych viděl, že zdvojnásobení $ Očekává se, že koncentrace \ ce {CO_2} $ zvýší teplotu Země o několik stupňů (neočekávám nic jiného než tento řádový důkaz), pak si myslím, že by to byl přesvědčivý důkaz, že změna klimatu stojí za to se obávat. Můžete argumentovat se satelitními daty a složitými modely, ale nemůžete argumentovat se základní fyzikou.

Jediným zdrojem, který jsem zjistil, že dává takový zjednodušený model, je zatím sám Arrhenius ve svém papír 1896. Vlastně považuji jeho model za docela přesvědčivý a jeho predikce (nárůst $ \ sim5 ^ oC $ ze zdvojnásobení $ \ ce {CO_2} $) dává také rozumnou předpověď. Jeho údaje o absorpční schopnosti atmosféry však byly (poněkud kuriózně) získány časnými měřeními intenzity měsíčního světla v různých úhlech na obloze. I když je to geniální, jsem si jistý, že s moderní technologií bychom mohli získat mnohem lepší odhady.

Takže v podstatě hledám buď modernizovanou verzi Arrheniových výpočtů, nebo alternativně jiný jednoduchý model, který přesvědčivě prokazuje, že zvýšení $ \ ce {CO_2} $ má sílu změnit teplotu Země až o několik málo stupňů.

Mým návrhem by bylo podívat se na parametry „klimatické citlivosti“, které mají zjednodušit výpočet potřebný pro odhad dopadu skleníkových plynů. http://en.wikipedia.org/wiki/Climate_sensitivity
U „velmi jednoduchého modelu, který poskytuje přiměřené výsledky“ u velmi složitých systémů je to, že můžete vytvořit dva takové modely, které dají diametrálně opačné odpovědi; dvojice „věrohodných“ modelů pro klima vám může říci, že existují a nejsou dostatečné důvody k naléhavému jednání o skleníkových plynech. Obávám se, že tato heuristika není vždy ta správná heuristika, a toto je jeden případ, kdy tomu tak není.
Dva odpovědi:
farrenthorpe
2015-05-16 13:48:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Vypadá to, že požadujete jednoduchý klimatický model, který považuje planetu za homogenní systém. Může být zajímavý model nulové dimenze energetické bilance (viz tento web Penn State), který používá výchozí bod, který je také v zásadě popsán v tomto příspěvku: Teplota jako funkce svítivosti a skleníku koncentrace plynu

Pokud řešíte teplotu Země pomocí aproximace černého tělesa a tepelné rovnováhy (s albedem přibližně 0,3), berete v úvahu pouze teplotu Země bez skleníkový efekt (asi o 33 ° C nižší než skutečná teplota). Je velmi obtížné vypočítat vliv infračervených radiačních složek (např. Kyslíku a oxidu uhličitého) do prázdné atmosféry, protože v klimatickém systému existuje mnoho biogeochemických / fyzikálních zpětných vazeb, které jsou nelineární.

Pokud však začnete se současnou teplotou / koncentracemi, můžete ke koncentracím skleníkových plynů přidat výrazy, které představují konkrétní zvýšení. Vědecká komunita tyto termíny neustále zdokonaluje a jsou shrnuty v tomto článku Wikipedie o radiačním působení (viz odkaz na citlivost na klima ve spodní části stránky). Jedná se o jakýsi přístup k modelování „zadní části obálky“, který většina vědců v oblasti klimatu používá k diskusi o minulém a budoucím vlivu faktorů způsobujících klima, což může být velmi užitečné při diskusi o očekávaných klimatických účincích různých scénářů emisí / zmírnění.

Článek Radiační působení ve Wikipedii říká:

Radiační působení lze použít k odhadu následné změny rovnovážné povrchové teploty (ΔTs) vyplývající z tohoto radiačního působení pomocí rovnice:

$$ \ Delta T_s = ~ \ lambda ~ \ Delta F $$

kde λ je citlivost na klima, obvykle s jednotkami v K / (W / m 2 ), a ΔF je radiační síla. Typická hodnota λ pro CO 2 je 0,8 K / (W / m 2 ), což dává oteplení 3K pro zdvojnásobení CO 2 sub> [z předindustriálních dob, za předpokladu, že RF CO 2 je ~ 3,7)].

Je důležité si uvědomit, že většina parametrů klimatické citlivosti a radiační působení hodnoty jsou odvozeny s ohledem na určité časové období (např. 1750 - 2011) a jsou stanoveny zpětné vazby o skleníkových plynech pro konkrétní klimatický režim. K provedení výpočtů pro další klimatické režimy je zapotřebí revidované radiační působení a parametry citlivosti na klima.

Obrázek IPCC AR5 komponent Radiative Forcing připisuje 1,65 W / m 2 skutečnému zvýšení koncentrací CO 2 od roku 1750 do roku 2011 (nebo ~ Zvýšení teploty o 1,3 kB, pokud je lambda 0,8).

IPCC Summary for Policy Makers from IPCC AR5

Hodnoty radiačního působení, které poskytuje IPCC, jsou pravděpodobně dostatečně blízké pro provedení realistického testování scénáře. Něco ve zcela jiném režimu zpětné vazby by však vyžadovalo velmi odlišné parametry. Například rozpuštění CO 2 v atmosféře by mělo mnohem větší absolutní účinek na teplotu než jeho zdvojnásobení; teplota se logaritmicky zvyšuje s rostoucí koncentrací CO 2 . Je to proto, že silné absorpční pásy CO 2 jsou za současných podmínek téměř nasycené a zvýšení CO 2 2 ze současných podmínek ovlivňuje hlavně boky absorpčních pásů. Voda se však snadno vysráží ze systému za nízkých teplot, takže CO 2 má u těchto typů klimatických režimů mnohem větší vynucovací hodnotu.

Nejobtížnější problémy s testováním jednoduchých klimatických scénářů souvisejí s oceány a biosférou, což by mohlo mít nespočetné dopady na průměrné klima a režim skleníkových plynů.

daniel.heydebreck
2020-02-24 13:21:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Meteorologický ústav univerzity v Hamburku v Německu poskytuje jednoduchý model s názvem „Planet Simulator“ (PlaSim) .

Planeta Simulátor je určen hlavně pro vzdělávací účely a běží na osobních počítačích. Je však také paralelizován a lze jej spustit v klastrech HPC. Existuje dokumentace a zdrojový kód je označen jako dobře okomentovaný. Celý zdrojový kód je open source. Programovacím jazykem je Fortran. Jeden by měl být schopen jej zkompilovat s gfortran pod Linuxem.

Planet Simulator nabízí grafické uživatelské rozhraní (po úspěšné kompilaci) pro nastavení simulace da modelu a jeho spuštění. K dispozici je kód pro postprocesing. Není tedy potřeba dalšího softwaru pro následné zpracování. Pokud výstup zapíšete jako netCDF , což je kvazi-standardní výstupní formát klimatických modelů, může být praktické nainstalovat ncview nebo Panoply , protože se jedná o běžné prohlížeče netCDF, pomocí kterých se můžete dívat přímo do výstupních souborů.



Tyto otázky a odpovědi byly automaticky přeloženy z anglického jazyka.Původní obsah je k dispozici na webu stackexchange, za který děkujeme za licenci cc by-sa 3.0, pod kterou je distribuován.
Loading...