Klímaváltozások: Adatok, nagyságrendek, modellek
Horváth Zalán és Rácz Zoltán
Institute for Theoretical Physics Eötvös University E-mail:
[email protected] Homepage: general.elte.hu/~racz
T2
Problémakör: Jégkorszakok 100 ezer éves periódusának eredete -a Milankovich elmélet és problémái. Kérdések:
Mit ismerünk a múltból (adatsorok)? Releváns idő- és távolságskálák Mi hajtja a klímát meghatározó folyamatokat? Energia- és energiaáramskálák
Modellek:
Skálák és effektusok keveredése: A hosszútávú memória problematikája
Epilógus:
A véleményváltás valószínűsége, avagy léteznek-e boszorkányok?
folyadék T1 > T2
T2 légkör óceán
T1 > T2 T0 < T1
Boszorkányok és a kis jégkorszak
W. Behringer: Witches and Witch-Hunt, A Global History (Cambridge, 2004). E. Oster, J. Econ. Perspectives (2004).
Pápai bulla (1484): Boszorkányok képesek időjárásváltozást okozni.
~ elégetett boszorkányok száma
átlag ~ hőmérsélet eltérése az átlagtól év
1520
1600
L. Reynmann (1514) Von warer erkantnus des Wetters (Igaz ismeretek az időjárásról)
1700
1770
Következtetések: Boszorkányokról Klímakontrollról Központi beavatkozásról Racionalitásról Statisztika problémáiról
Az utolsó 430 ezer év
jég
dT<0
dD<0 víz
Gyors melegedés (lentről indulva!) dT>6C50év Lassú lehülés
Adatok pontossága:
Az utolsó 725 ezer év
nyomás nyírás felület
Honnan ered a 100000 éves periodicitás?
Energiák és energiáramok: Karakterisztikus idők E
a perturbáció relaxácós ideje
energiaperturbáció
JE
Légköri perturbációk
energiaáram a rendszeren keresztül
342.5 w / m2
Óceáni perturbációk
JE Keverdési zóna
Troposzféra
10 km
JE
T 10 C
E 2 108 J / m2
5 nap
1 km
T
Jéghegyek olvadása Jéghegy magasság
5C
E 2 1010 J / m2
2 év Örvények a Golf áram mentén
3 km
J E 0.1 albedo
Q olvadáshő
E 1012 J / m2
102 -103 év
Jégkorszakok és a pályaexcentricitás
M. Milankovich (1930)
r J E ~ 1/ r 2 JE ~ 10 JE
3
7 80 C
TF
0.070 C
TF TF
1 JE 4 JE
Problémák: (1) két nagyságrend hiányzik (2) 400000 éves periódus
JE
JE
a(TF
TF )
4
Energiaáramok 173000*1012w
1 342.5 w / m2
árapály Direkt visszaverődés
0.30
2*10 -5
Direkt hővéalakulás
0.47
Vulkán, melegforrás
2*10 -6
Energiatárolás
Párolgás, csapadék, stb. Szél, hullámok, áramok, konvekció
Fotoszintézis
2*10
-4
0.23 2*10
Energiatárolás élőlényekben
-3
vízben, jégben
Hőáram a Földből
2*10 -4
bomlás emberek ipar
3*10 -6 1*10 -4
2*10 -6
Föld szén, olaj, gáz
nukleáris és termális energia
Pályaexcentricitás spektrum
S( )
f (t )
F( )
Teljesítményspektrum:
S( ) ~ F( )
S( ) Problémák: 400000 éves periódus hiányzik 100000 éves nincs a helyén extra frekvenciák
2
A Föld periódusai: (Milankovich 1920) Bacsák György
Excentricitás (100000 év) kis effektus – 0.1%
Forgástengely precessziója: (23000 év)
Forgástengely hajlásszöge (41000 év)
Az évszakok intenzitását befolyásolja. Napsugárzás eloszlását változtatja.
Északi sarok besugárzása: max min 90 0
http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/
Napsugárzás intenzitása a jéghatáron
TF
0
7 C
JE ~ 0.1 JE
Hogyan lesz ebből 100 ezer éves periódus?
JE
Jégkorszakok modelljei: Ia W. H. Berger, Int. Journ. Earth Sci. 88, 305 (1999)
M
~ I (t )
- jégtérfogat
J Emax
JE
I (t )
J Emax ~ M
dM (t ) dt
r [ I (t )]a [ M (t )]b
Jég állandóan keletkezik:
r
Jég instabillá válik, ha (1) A jégmező túl vastag (gravitáció) (2) a besugárzás nagy és növekszik
1 ~30000 év
Fittelés:
a 4
b 4
Jégkorszakok modelljei: Ib W. H. Berger, Int. Journ. Earth Sci. 88, 305 (1999)
Teljesítményspektrum:
S( ) ~ F( )
2
Problémák:
400000 éves periódus hiányzik extra frekvenciák
Jégkorszakok modelljei: II W. H. Berger, Int. Journ. Earth Sci. 88, 305 (1999)
T Memórieffektusok (Jégmezők memóriája?) Átlagos jégtérfogat az utolsó T évben: t
Me(t )
dM (t ) dt
1 M (t )dt TtT
r [ I (t )]a M (t ) [ Me(t )]b
Fittelés: T
57000év
1
Por és hőmérséklet korrelációja
Kérdés: Honnan ered? (1) Szél? (2) Bolygóközi por?
Bolygóközi por és a Föld pályasíkjának billegése Inclination
R.A. Muller and G.J. MacDonald, Nature 377, 107 (1995)
Föld pályája Jupiter
Por pályája
Tper
100000év
Problémák: 33000 éves memória,
Mechanizmus?
Stochasztikus rezonancia és a 100 ezer éves periódus R. Benzi, G. Parisi, A. Sutera, and A. Vulpiani, Tellus 34, 16 (1982)
time
Temperature (T)
T
2 / 7C 0.07C
time
U(T)
a
T
T időskála
U T
+
asin t
zaj
determinisztikus dinamika
excentricitás
a
Léteznek-e boszorkányok, ha két extrém hurrikán van egy évszázadban?
b:
boszorkányok okozzák a hurrikánt (gondolat)
egynél több extrém hurrikán van egy évszázadban (jelenség)
Ha b, akkor h valószínűsége nagy:
Kiindulás: nem tudjuk
P(b)
h:
P(h | b) 0.5
P(b) 0.5
Ha b , akkor h valószínűsége kicsi:
P(h | b) 0.1
P(h, b)
P(h | b) P(b)
h
és b együttes valószínűsége
P(b | h)
h b
P(b | h) P(h) bekövetkezése esetén valószínűsége
P(h | b) P(b) P(h | b) P(b) P(h | b) P(b)
P(h | b) P(b)
P(h | b) P(b)
0.5 0.83 0.5 0.1
