Metodycy2008
advertisement
Świat jako system. Elementy środowiska i dane z nimi związane na przykładzie badań atmosfery w Programie GLOBE dr Krzysztof Markowicz Instytut Geofizyki Uniwersytet Warszawski e-mail: [email protected] 2017-07-21 [email protected] Środowisko naturalne To całokształt wszystkich czynników Geosfery oraz Biosfery Geosfera to cześć składowa kuli ziemskiej w skład której wchodzą, sfera stała (litosfera) , ciekła (hydrosfera) i gazowa (atmosfera) Biosfera to sfera kuli ziemskiej zamieszkała przez organizmy żywe obejmuje dolną część atmosfery, hydrosferę oraz powierzchniową warstwę Ziemi (litosfery). Ogrywa ważną rolę w obiegu węgla w przyrodzie. 7/21/2017 Krzysztof Markowicz [email protected] 7/21/2017 Krzysztof Markowicz [email protected] Atmosfera i ... Litosfera Oceany Biosfera Kriosfera 7/21/2017 Krzysztof Markowicz [email protected] Skład atmosfery gazy stałe Gaz Symbol % objętości Dlaczego ważny? Azot N2 78,08 biosfera Tlen O2 21 oddychanie Argon Ar 0,9 Gaz nieaktywny, właściwie nieistotny 7/21/2017 Krzysztof Markowicz [email protected] Skład atmosfery - Gazy zmienne Gaz Symbo % Dlaczego ważny? l objętości Para wodna H 2O 0-4 Transport ciepła, gaz cieplarniany, uczestniczy w tworzeniu różnych zjawisk (chmury) Dwutlenek węgla CO2 0,036 Gaz cieplarniany, biosfera (fotosynteza) Metan CH4 0,00017 Gaz cieplarniany, bardziej wydajny niż CO2 Tlenek azotu N 2O 0,00003 Gaz cieplarniany Ozon O3 0,000004 Warstwa ozonowa, pochłania UV 0,000001 Budżet energii; tworzenie chmur Cząstki stałe (pyły, sadze), tzw aerozole 7/21/2017 Krzysztof Markowicz [email protected] Rozkład śladowych gazów w atmosferze Homosfera z<100 km Heterosfera z>100 km 7/21/2017 Krzysztof Markowicz [email protected] Podział atmosfery 7/21/2017 Krzysztof Markowicz [email protected] Dlaczego badamy atmosferę w GLOBIE? • • • • zainteresowanie pogodą jej zmiennością monitoring i badanie zmian klimatu potrzeba zagęszczenie sieci obserwacyjnej badanie procesów fizycznych zachodzących w atmosferze ziemskiej • walidacja danych satelitarnych 2017-07-21 [email protected] Kiedy i gdzie wykonuje się pomiary atmosferyczne w GLOBE-ie? • Większość pomiarów wykonuje się w czasie południa lokalnego około godziny 12:30 czasu letniego oraz 11:30 czasu zimowego • W miejscu które jest jak najbardziej otwartym a jednocześnie blisko szkoły. • Dogodnym do obserwacji chmur (możliwe szeroko widoczny horyzont) 2017-07-21 [email protected] Pomiary atmosferyczne prowadzone w GLOBE 1) Temperatura powietrza • Temperatura max i min • Temperatura aktualna 2) Obserwacje stopnia zachmurzenia, rodzaju chmur oraz smug kondensacyjnych 3) Wilgotność powietrza 4) Ciśnienie atmosferyczne 5) Opady • Wysokość opadu • PH opadu 6 ) Pokrywa śnieżna • Całkowita pokrywa śnieżna • Śnieg nowy • Ekwiwalenty wodne śniegu 7) Grubość optyczna aerozolu 8) Całkowita zawartość pary wodnej w atmosferze 9) Koncentracja ozonu 2017-07-21 [email protected] Chmury Smugi kondensacyjne 2017-07-21 [email protected] System klimatyczny • System klimatyczny - złożony układ składający się z pięciu elementów: atmosfera, hydrosfera, kriosfera, biosfera i powierzchnia ziemi w którym zachodzą interakcje między nimi. System klimatyczny jest pod wpływem wewnętrznej dynamiki oraz zewnętrznych zaburzeń (zmiany aktywności Słońca). • Procesy klimatyczne - procesy fizyczne zachodzące w systemie klimatycznym prowadzące do zmian klimatu. Najczęściej zalicza się do nich obieg energii, cykl hydrologiczny oraz cyrkulację powietrza. Determinują one zarówno naturalne i antropogeniczne zmiany w systemie klimatycznym. 7/21/2017 Jak możemy badać zmiany klimatu w GLOBIE? • Analizowanie długookresowych zmian (trendów) parametrów meteorologicznych jest bardzo trudne ze względu na: (1) stosunkowo krótkie serie pomiarowe (w klimatologii to minimum 20-30 lat) (2) niską dokładność pomiarów (np. temperatury 0.5 oC) w stosunku do niewielkich zmian jakie obserwujemy. • Dlatego analizowanie zmian czasowych wielkości opisujących klimat oparte na danych gromadzonych w ramach GLOBE wymaga dużej ostrożności. 2017-07-21 [email protected] Badania zmian klimatu w GLOBE Obserwacje smug kondensacyjnych (małe chmury powstające za samolotami odrzutowymi) Pomiary (1) zawartości aerozoli (zanieczyszczeń) w powietrzu (2) koncentracji ozonu (3) pH opadów 2017-07-21 [email protected] Efekt cieplarniany a obieg węgla w przyrodzie. 7/21/2017 Efekt cieplarniany a bilans energii.., 2017-07-21 [email protected] Promieniowanie słoneczne w różnych porach roku w zależności od szerokości geograficznej – materiały dostępne na stronie sieciowej programu GLOBE 2017-07-21 [email protected] Efekt cieplarniany Zmiany koncentracji CO2 7/21/2017 Krzysztof Markowicz [email protected] Zmiany klimatu 2017-07-21 [email protected] Zmiany klimatu 2017-07-21 [email protected] Modelowane zmiany klimatu w obecnym stuleciu 7/21/2017 Krzysztof Markowicz [email protected] Wpływ aerozoli atmosferycznych na klimat 2017-07-21 [email protected] Baza danych programu GLOBE • • • • Lokalizacja: serwer w USA Dostęp: ogólnodostępny (pobieranie danych) Uaktualnianie (tylko szkoły w programie) Możliwość pobierania danych w postaci plików tekstowych, wykreślania wykresów oraz map. • Najwięcej pomiarów atmosferycznych! 2017-07-21 Jak możemy wykorzystywać bazę danych programu GLOBE? • Analizowanie warunków klimatycznych w wybranych miejscach kuli ziemskiej (porównywanie wartości średnich, sum opadów, zachmurzenia itd.) • Badanie czynników decydujących o strefach klimatycznych (porównywanie klimatu ze względu na odległość od morza, wysokość nad poziom morza itd.) • Badanie wpływu warunków klimatycznych typ gleb, szatę rośliną i jej roczną ziemność . • Badanie zmienności sezonowej parametrów meteorologicznych. 2017-07-21 [email protected] • Analizowanie przechodzenia stref frontalnych w oparciu o automatyczne stacje pogody. • Badanie związków pomiędzy wielkościami pomiarowymi (temperatura a wilgotność, opady a rodzaj zachmurzenia itd.) • Analizowanie anomalii pogodowych ze względu na długość występowania oraz zasięg przestrzenny. • Analizowanie wpływu warunków meteorologicznych na zanieczyszczenie powietrza (pomiary koncentracji ozonu i grubości optycznej aerozolu) • Badanie wpływu zanieczyszczeń atmosfery (pH opadów) na szatę roślinną. 2017-07-21 [email protected] Średnie miesięczne temperatury powietrza 2017-07-21 [email protected] Miesięczne sumy opadu 2017-07-21 [email protected] Zachmurzenie 2017-07-21 [email protected] Przykładowe dane - Wrocław 2017-07-21 [email protected] 2017-07-21 [email protected] Powiązanie pomiarów atmosferycznych • • • • Pomiary temperatury i wilgotności gleby Pomiary hydrologiczne (cykl hydrologiczny) Badania pokrycia terenu (strefy klimatyczne) Obieg węgla w przyrodzie 2017-07-21 [email protected] Bazy danych atmosferycznych • Zmiany klimatu Ziemi. http://cdiac.esd.ornl.gov/trends/trends.htm • Raport dotyczący zmian klimatu IPCC http://www.ipcc.ch/ • Najlepsza bada danych meteorologicznych: Re-analiza (np. NCEP-NCAR) http://www.cdc.noaa.gov/cdc/reanalysis/ • Dane dotyczące El Nino http://www.cdc.noaa.gov/ENSO/enso.mei_index.html • Dane bieżące z lotnisk całego świata http://weather.uwyo.edu/surface/meteogram/ 2017-07-21 [email protected] Super strona edukacyjna zawierająca również dane meteorologiczne: Earth Observatory http://earthobservatory.nasa.gov • Projekty edukacyjne http://eosweb.larc.nasa.gov/EDDOCS/ • Encyklopedia klimatyczne ESPERE (po polsku) http://www.atmosphere.mpg.de/enid/6e5b608249c176b4 44f4c883ac419030,0/Service/Strona_g__wna_ip.html 2017-07-21 [email protected]
