GEOLOGIJA VODA ATMOSFERE KLIMATOLOGIJA APLIKATIVNA TEORETIČNA SINOPTIČNA AGROMETEOROLOGIJA

Size: px

Start display at page:

Download "GEOLOGIJA VODA ATMOSFERE KLIMATOLOGIJA APLIKATIVNA TEORETIČNA SINOPTIČNA AGROMETEOROLOGIJA"

Jesse Baldwin
6 years ago
Views:

1 TEORETIČNA EKSPERIMENTALNA VODA ATMOSFERE TEHNIČNA AGROMETEOROLOGIJA GEOGRAFIJA VIŠJIH PLASTI ATMOSFERE APLIKATIVNA TRDNE SNOVI GEODEZIJA KLIMATOLOGIJA GEOFIZIKA SINOPTIČNA GEOLOGIJA BIOMETEOROLOGIJA ANIMALNA HUMANA Odnos vreme - klima Karakteristične dimenzije (prostor, čas) Pojem makro-, mezo-, topo-, mikro-klime Uvod Dejavniki klime Paleoklimatologija Modeliranje klime Opredelitev dejavnikov in interakcij med njimi Sončno sevanje (solarna konstanta, solarna geometrija) Značilnosti zemeljske površine (kopno, morje, led...) Lastnosti atmosfere glede prepustnosti KV in DV sevanj Sestava zraka, kemija aerosola Vulkanski izbruhi, plini tople grede, ozonske luknje Splošna cirkulacija atmosfere in oceanov Rossby-evi valovi Oceanska cirkulacija in tokovi Relief (topografija, konkavnost, konveksnost...) Viri paleoklimatskih informacij (fizikalne in druge metode) Klima različnih geoloških obdobij Klimatske značilnosti obdobja meteoroloških merjenj Principi in problemi modeliranja Vrste modelov Parametrizacija v klimatskih modelih Modeliranje splošne cirkulacije Modeliranje cirkulacije oceanov Modeli kriosfere Biofizikalni modeli procesov na zemeljskem povšju Variabilnost klime Fluktuacije klime, nihanja, klimatske spremembe Klimatske spremembe (definicije, časovne skale) Vzroki klimatskih sprememb (ekstraterestrični in terestrični) Antropogeni vplivi na klimo Emisije plinov tople grede Kemizem plinov tople grede Opazovana klimatska nihanja v 19. in 20. stoletju Prognoze klime 21. stoletja Rezultati GCM Statistične prognoze Posledice klimatskih sprememb za živi svet Metode študija (primarni in sekundarni Modeli, predpostavke Klasične (Grška, Koeppenova klasifikacija, Klimatske Thornthwaitova) klasifikacije Klimatski indeksi Indeksi kontinentalnosti, humidnosti in aridnosti Thornthwaitovi indeksi Klimadiagrami (Taylor, Walter..) Moderni pristopi k klasifikacijam klime Klimatografija Klimatografija sveta Klima standardnega kontinenta Pregled značilnosti posameznih klimatskih pasov Klima Evrope Klima gorskega sveta (tropska, zmernih širin) Klimatografija Slovenije Koeppenova klasifikacija klime za Slovenijo Pregled klimatskih parametrov različnih časovnih skalah, letne, mesečne, dekadne, dnevne, urne) Agroklimatske značilnosti Slovenije (po elementih)

2 Sinoptična klimatologija Aplikativna klimatologija Biometeorologija Urbana klimatologija Posebnosti klime mesta Onesnaženje zraka, voda Klima zaprtih prostorov Bivalni prostori, Rastlinjaki, hlevi Podzemne jame Definicija in področja dela Fenologija Definicija, opazovanja, arhiv Obdelava fenoloških podatkov Fenološke prognoze in modeli Prognoze rastlinskih bolezmi Agroklimatologija Klasične agrometeorološke obdelave Agrometeorološko modeliranje Osnove humane biometeorologije Energijska bilanca živali in človeka PREGLED uvodnega predavanja Odnos vreme: klima (prostorske, časovne dimenzije) Zgodovina in razvoj klimatologije Definicije klime Delitev klimatologije na področja (veje klimatologije) Klimatski sistem (A-O-K) Karakteristike,toplotne kapacitete A-O-K, vztrajnost sistemov Vrste oscilacij sistema Karakterističničasi in dimenzije

3 Tipične časovne in prostorske skale za različne pojave na zemlji

4 DEFINICIJE KLIME Zadovoljujoče definicije pojma klima verjetno ni možno podati, saj klimatski sistem obsega izjemno veliko spremeljivk in zajema veliko različnih časovnih in prostorskih skal. V zadnjih 150 letih zato naletimo na številne definicije. DEFINICIJE KLIME 1 Hann (1883) Skupnost meteoroloških pojavov, ki označujejo povprečno stanje atmosfere na kaki lokaciji Koeppen (1931) Splet atmosferskih pogojev, ki naredijo neko lokacijo bolj ali manj primerno za življenje ljudi, živali in rastlin. Conrad (1936) Povprečno stanje atmosfere nad določenim prostorom v določenem obdobju upoštevaje povprečna in ekstremna obstopanja DEFINICIJE KLIME 2 Durst (najkrajša definicija) Klima je sinteza vremena Landsberg Kolektivno stanje atmosfere na dani lokaciji v določenem obdobju Meteorološki slovar DMS Značilnosti vremena nad kakim območjem v daljšem časovnem obdobju (praviloma 30 let)

5 DEFINICIJE KLIME 3 Fedorov(najboljša) Splet vremenskih pogojev tipičnih za regijo skupaj z opisom njihove pogostnosti in sezonske spremenljivosti McGuffie & Handerson-Sellers (najširša definicija) Vse statistike klimatskih stanj dobljene v dogovorjenem časovnem obdobju (sezona, dekada ali daljše obdobje) izračunane za celotno oblo ali za izbrano regijo. ZGODOVINA KLIMATOLOGIJE 1 HIPOKRAT (400 l. pr. n. š.) prvo delo o klimi in njenem pomenu za človeka PTOLEMEJ (200 l. pr.n.š.) razprava Almagest uvede grško besedo klima (= nagib, inklinacija) glede na pot sonca nad horizontom definira 3 klimatske pasove prva klimatska klasifikacija (topli, zmerni, hladni pas) A. von HUMBOLDT ( ) prvi uvede kartografske prikaze z izolinijami (izoterme, izobare) spozna povezave vegetacija-klima H.W. DOVE ( ) uvede statistične pristope v klimatologijo spozna pomen variabilnosti klime ZGODOVINA KLIMATOLOGIJE 2 J. HANN ( ) delo Handbuch der Klimatologie definira pojme klimatskih dejavnikov in klimatskih elementov oče klasične klimatologije W. KOEPPEN ( ) prva znanstvena klasifikacija klime A.I. VOJKOV ( ) začetnik agroklimatologije V. CONRAD ( ) moderne statistične obdelave klimatoloških podatkov

6 PREDSTAVNIKI MODERNE KLIMATOLOGIJE J.I.BUDYKO klimatografija H. FLOHN splošna klimatologija, modeli klime H.H. LAMB splošna klimatologija H. E. LANDSBERG vsa področja A.S. MONIN teoretična klimatologija E. N. LORENZ dinamična klimatologija J. HOUGHTON klimatske spremembe Slovenci M. Čadež (dinamična klimatologija, vremenski tipi) D. Furlan (klimatografija) A. Hočevar (agroklimatologija, fenologija) B. Zupančič (metode klimatoloških obdelav) T. Cegnar (bioklimatologija) I. Gams (klima za geografe) D. Ogrin (klima za geografe) L. Kajfež-Bogataj (klimatske spremembe) K. Bergant (klimatski scenariji) D. Kastelec (geostatistika) PODROČJA DELA KLIMATOLOGIJE 1 a) glede na dimenzije atmosferskih dogajanj makroklimatologija (od 100 do km) mezoklimatologija ( od 1 do 100 km) topoklimatologija ( od 100 do 1000 m) mikroklimatologija (od 0.1 do 100 m) b) glede na dimenzije prostora globalno (svetovno) klimatologijo regionalna klimatologija mestna klimatologija

7 PODROČJA DELA KLIMATOLOGIJE 2 c) glede na metode obdelave in načine razlag splošna klimatologija fizikalna klimatologija dinamična klimatologija kompleksna klimatologija paleoklimatologija č) glede na procese sinoptična klimatologija klimatologija proste atmosfere klimatologija zračnih mas d) glede na vplive (uporabnike) aplikativna klimatologija aeroklimatologija bioklimatologija (agroklimatologija,medicinska itd... ) Klimatski sistem: pojem je relativno nov, nastal šele leta 1975, ko je WMO podala definicijo, ki je opredeljevala KS kot skupnost atmosfere, hidrosfere, kriosfere, kopne površine in biosfere. Ledeniki sneg Biomasa Dolgovalovno sevanje tal Toplogredni plini in aerosol KOPNO Sončno sevanje Morski led Oblaki ATMOSFERA OCEAN Padavine KLIMATSKI SISTEM novejša definicija- Leta 1992 (začela delovati FCCC) klimatska konvencija opredeli klimatski sistem kot skupnost atmosfere, hidrosfere, kriosfere, kopne površine in biosfere (CO 2!!) ter njihovih interakcij (vzajemnega delovanja).

8 VZAJEMNA DELOVANJA KLIMATSKI SISTEM Stanje klimatskega sistema neprestano spreminja v času. Variabilnost (oscilacije, fluktuacije) ima zelo različne periode.

9 Razvoj klimatskih modelov 1970-ta leta sredina 1980-tih Zgodnja 1990-ta Pozna 1990-ta 2000 Danes Atmosfera Atmosfera Atmosfera Atmosfera Atmosfera Atmosfera Vzporedni razvoj modelov Kopno Modeli oceanov - ledu Temnjenje barv pomeni Izboljšavo modelov Kopno Ocean & m. led Model Cikla žvepla Model oglj. cikla-kopno Model oglj. cikla-ocean Kemizem Atm. Kopno Kopno Kopno Ocean & m. led - Ocean & m. led Ocean & m. led - Sulfatni aerosol Ne -sulfatni aerosoli Model ogljikovega cikla Sulfatni aerosol Ne -sulfatni aerosol Ogljikov cikel Kemizem Atmosfere Sufatni aerosol Ne-sulfatni aerosol Ogljikov cikel Atmosferski kemizem + - Kaj ustvarja povratne zanke v klimatskem sistemu Vodna para Albedo ledu, snega DV sevanje Vegetacija Oblačnost itd Vodna para (pozitivna povratna zanka) Razmerje mešanosti (r) = brezdimenzijsko razmerje med maso vodne pare in maso suhega zraka Nasičeno razmerje mešanosti (r MAX ) pove maksimum vodne pare, ki jo lahko zrak sprejme r MAX = f (Tzraka) toplejše ozračje ima lahko večjo vsebnost vodne pare močnejši toplogredni učinek ojačitev začetnega ogrevanja ena najmočnejših povratnih zank

Albedo snega/ledu pozitivna povratna zanka v obratni smeri Albedo ledu in snega je znatno večji, kot odbojnost vseh drugih površin.

10 Albedo snega/ledu pozitivna povratna zanka Albedo ledu in snega je znatno večji, kot odbojnost vseh drugih površin. Ta povratna zanka ponuja razlago razmer ob nastanku in med potekom razmer v ledenih dobah. Albedo snega/ledu pozitivna povratna zanka v obratni smeri Albedo ledu in snega je znatno večji, kot odbojnost vseh drugih površin. Ta povratna zanka ponuja razlago razmer ob nastanku in med potekom razmer v ledenih dobah. Albedo snega/ledu pozitivna povratna zanka v obratni smeri Topljenje ledu in snega pospešuje ogrevanje Manj ledu in snega Višje temperature Večja absorbcija KV sevanja v morju in tleh

2001-2005 v primerjavi z 1951-1980 Arktika se ogreva 2 x hitreje kot ostali svet Območja v gorah se ogrevajo hitreje kot nižine Vegetacija dve možni povratni klimatski zanki Obstajajo še e druge zelo

11 v primerjavi z Arktika se ogreva 2 x hitreje kot ostali svet Območja v gorah se ogrevajo hitreje kot nižine Vegetacija dve možni povratni klimatski zanki Obstajajo še e druge zelo zapletene povratne klimatske zanke npr. prek vsebnosti CO 2 v atmosferi Učinek suš na vegetacijo zmernih širin (zmanjšanje ponora CO 2 ) Poletje Poletje /04 NDVI Anomalije [Normalized Difference Vegetation Index] Angert et al. 2005, PNAS; Buermann et al. 2007, PNAS; Ciais et al. 2005, Science

12 Oblačnost zelo negotova povratna klimatska zanka Oblačnost vpliva tako na sončno (KV) kot zemeljsko (DV) sevanje Tipično oblačnost zviša albedo Zemlje učinek ohlajanja (negativi feedback) Oblačnost pa tudi zmanjša odhajajoče DV sevanje učinek ogrevanja (pozitivni feedback) Neto učinek obojega na podnebje je odvisen od vrste oblakov, njihovih optičnih značilnosti, insolacije in značilnosti zemeljskega površja. V splošnem pri visokih oblakih prevladuje učinek ogrevanja (pozitivni feedback). Nizki oblaki pa povzročajo ohlajanje (negativni feedback). Dolgovalovno sevanje površja tudi možna povratna zanka odhajajoče DV sevanje, ki ga oddaja Zemlja je funkcija T površja, po Stefan-Boltzmann zakonu: DV = σ(t s ) 4. višjo ko je globalna temperatura večje je odhajajoče DV sevanje, ki ga oddaja Zemlja zmanjšano je neto ogrevanje sistema globalna temperatura se znižuje negativni feedback all things are connected the land to the air and water, the earth and the sky, the plants to the animals, the people to the spirit.

13 Problem klimatologije 21. stoletja SPREMENJENA SESTAVA ATMOSFERE IN SPREMENJENE LASTNOSTI TAL GAS Pre-1750 concentration 1 Current tropospheric concentration 2 GWP (100-yr time horizon) 3 Atmospheric lifetime (years) 4 Increased radiative forcing (W/m 2 ) 5 Concentrations in parts per million (ppm) Carbon dioxide (CO2) 280 6,7, variable Concentrations in parts per billion (ppb) Methane (CH4) / >9 / Nitrous oxide (N2O) 270 8, / Tropospheric ozone (O3) n.a. 4 hours-days ,5 Concentrations in parts per trillion (ppt) CFC-11 (trichlorofluoromethane) zero / , (CCl3F)</< td> CFC-12 (dichlorodifluoromethane) zero / , (CCl2F2) Carbon tetrachloride (CCl4) zero 93 9 /92 9 1, Methyl chloroform (CH3CCl3) zero 23 9 / HCFC-22 (chlorodifluoromethane) zero / (CHClF2) HFC-23 (fluoroform) (CHF3) zero , Perfluoroethane (C2F6) zero ,900 10, for all halocarbons collectively, including many not listed here. Sulfur hexafluoride (SF6) zero ,200 3, Trifluoromethyl sulfur pentafluoride (SF5CF3) zero ~ 18,000 ~ 3,200 (?) <

14 CO 2 koncentracija v atmosferi Leta 2006 Atmospheric CO 2 concentration: 381 ppm 35% above pre-industrial Atmoapheric [CO2] (ppmv) [CO2] ] ppm/year : 1.3 ppm y : 1.6 ppm y : 1.5 ppm y : 1.9 ppm y -1 NOAA 2007; Canadell et al. 2007, PNAS OKVIRNI TRENDI RABE TAL (milijoni km 2 ). Površina kopnega je okrog 150 milj. km 2, od tega je 24 slanega, preščenea ali ledenega površja in 18 vročih puščav McNeill (2000) Leto Gozd in Travniki Pašniki Kmetijske grmičevje rastline 8000 pr.n.š n.š (-26%) 36(-43%) Antropogene spremembe rabe tal Borneo, Courtesy: Viktor Boehm Deforestacija v tropih 13 Miljonov hektarov na leto Tropical Americas 0.6 Pg C y -1 Tropical Asia 0.6 Pg C y -1 Tropical Africa 0.3 Pg C y Pg C y -1 FAO-Global Resources Assessment 2005; Canadell et al. 2007, PNAS

ČASOVNE IN PROSTORSKE ZNAČILNOSTI TEMPERATURE TAL V SLOVENIJI

UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA ODDELEK ZA AGRONOMIJO Mateja KOPAR ČASOVNE IN PROSTORSKE ZNAČILNOSTI TEMPERATURE TAL V SLOVENIJI MAGISTRSKO DELO Magistrski študij - 2. stopnja Ljubljana, 2015