IPCC: Beobachtungen
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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) - Externe Variabilität (Sonne, Vulkane, Erdbahnparameter) Klimamodellierung - GCM/Ensemble-Vorhersage/Parametrisierung - IPCC, Szenarien, anthropogene Effekte Globaler Wandel - Detektion des anthropogenen Einflusse Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 1 Wiederholung 14. Stunde Welche Diskretisierung erfolgt in globalen und regionalen Klimamodelle? Welche Prozesse müssen in 3-d Klimamodellen parametrisiert werden? Wie werden Ozean und Atmosphäre gekoppelt? Wie funktionieren statistische Klimamodelle? Wie läßt sich die Klimasensitivität beschreiben? Wie lässt sich die Güte von Klimamodellen am besten evaluieren? Was sind die wesentlichen Ergebnisse von AMIP I ? (vorgegebene SST (1979-1988), CO2 = 345 ppmv, S0=1365 W m-2) total B w A c 1.45 Wm 2 K 1 ΔQ(CO2 Verdopplung) ~ 4.2 Wm-2 ΔT = 2.9 K Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 C T T Q t 6. Februar 2007 2 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 3 Klimamodellsimulationen Wasserdampf (weiss) und Niederschlag (rot) NCAR CCM3 model T170 - Australischer Monsun in Januar /Februar - indischer Monsun ab Ende April ozeanische Simulation der Ozeanoberflächenhöhe mit verschiedenen Auflösungen Meereismodellierung im arktischen Ozean - Antrieb durch Wind und Ozeanströmungen alle Animationen aus A climate modelling primer, 3rd edition, Mc Guffie and Henderson-Sellers Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 4 AMIP I (Gates et al., 1999): Wolken Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 5 Güte von Klimamodellen AMIP - Atmospheric Model Intercomparison Project Global atmospheric general circulation models (AGCMs), Systematische Diagnose, Validation, Vergleiche, Dokumentation und Datenzugang von nahezu allen Klimamodellen seit 1990 CMIP - Coupled Model Intercomparison Project Vergleich Ergebnisse gekoppelter Ozean-/Atmosphärenmodelle (teils mit dynamischem interaktivem Eis) seit 1995 Szenarien für CO2 Anstieg zusammen mit Kontrollläufen SMIP - Seasonal Prediction Model Intercomparison Project World Climate Research Program (WCRP) Climate Variability and Predictability (CLIVAR) Arbeitsgruppe mit Ensembles Allgemeiner Zirkulationsmodelle APE - Aqua-Planet Experiment Project Vergleich idealisierter Klimamodellsimulationen von AGCMs für Klima und Wettervorhersage. Besserer Vergleich von Modellkomponenten (dynamischer Kern, sub-grid Parametrisierungen und Kopplungen) PMIP - Paleoclimate Modelling Intercomparison Project Untersuchung von Klimarückkopplungen der verschiedenen Subsysteme (Atmosphäre, Ozean, Landoberfläche, Meereis und Landeis) Fähigkeit heutiger Modelle drastisch andere Klimate zu simulieren Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 6 4.ter IPCC Bericht vom 2. Februar 2007 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 7 4.ter IPCC Bericht vom 2. Februar 2007 extremely likely very likely likely more likely than not unlikely Definitionen very high confidence 9 von 10 very unlikely high confidence 8 von 10 extremely unlikely Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 > 95 % > 90 % > 66 % > 50 % < 33 % < 10 % < 5% 6. Februar 2007 8 IPCC: Treibhausgase Strahlungsantrieb relativ zu 1750 CO2 Anstieg durch fossile Brennstoffe (7.2 GtC/Jahr) & Landnutzung (1.7 GtC/Jahr) CH4 und N2O Anstieg vorallem durch Landwirtschaft CO2 am höchsten seit 650.000 Jahren stärkster dekadischer CO2 Anstieg von 1995-2005 mit 1.9 ppm/Jahr Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 9 3rd IPCC Assessment (TAR) IPCC, 2001 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 10 IPCC: Strahlungsantrieb Fehlerbalken zeigen 90% Wert, d.h. 5% können jeweils darüber oder darunter sein Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 11 IPCC: Beobachtete Klimaänderungen 11 der letzten 12 Jahre sind unter den 12 wärmsten im Instrumentenzeitalter linearer Trend (1906-2005) ist mit 0.74K/100 Jahre höher als im TAR vernachlässigbarer (urban heat island) Stadteffekt Radiosonden und Satellitenmessungen übereinstimmend globale Ozeantemperatur ist bis in Tiefen von 3000 m gestiegen → Meeresspiegelanstieg Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 12 IPCC: Globale und kontinentale Temperaturänderungen Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 13 IPCC: Meeresspiegelanstieg Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 14 IPCC: Beobachtungen Arktis - Temperaturen fast doppelt so stark gestiegen (hoher dekad. Variabilität) - Meereisausdehnung um 2.7 % seit 1978 geschrumpft (Satellitenmessungen) - Temperaturen an der Oberschicht der Permafrostregion seit 1980ern um bis zu 3K gestiegen; saisonal gefrorene Gegend um 7 % geschrumpft signifikante Niederschlagsänderungen in vielen Regionen (+ in Ostamerika, Nordeuropa und Nord-/Zentralasien; - in Sahel, Mittelmeer, Südafrika, Südasien) Änderung von Niederschlag/Verdunstung über Ozeanen: hohe Breiten mehr Frischwasser, niedrige Breiten salziger stärkere Westwinde in beiden Hemisphären seid 1960ern Intensivere und längere Dürren in vielen Regionen seid den 1970ern Häufigkeit von Starkniederschlägen hat über den meisten Landoberflächen zugenommen zusammen mit atmosphärischem Wasserdampf Extreme Temperaturen (weniger Frost, mehr Hitzewellen) Anstieg intensiver tropischer Zyklonenaktivität im Nordatlantik - kein klarer Trend in der Zahl tropischer Zyklonen Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 15 Trends: Wolken und Niederschlag Synop-Stationen und unabhängige Regenmesser Landmassen ohne USA/Kanada visuelle Beobachtungen Ozean Dai et al., BAMS, 2006 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 16 Trends: Wolken und Niederschlag a. ISCCP D2 (Land, Ocean, total) b. Tropen Synop-Stationen und ISCCP c. Linearer Trend ISCCP D2 (% Bedeckungsgrad/Dekade) Probleme: Dai et al., BAMS, 2006 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 Synop: - subjektiv; vor 1950 auch 1/10 - inhomogene Verteilung (sampling) automat. Bodenstationen: - direkt oberhalb über 30 min - Höhenlimitierung - kein Wolkentyp Satelliten: - seit 1980 verschiedene Satelliten - wechselnde Orbits - Schwierigkeiten über Eis - schlechtes sampling in Tropen 6. Februar 2007 17 Trends: Temperatur 2005: +0.62° (1880-2004) +0.53° (1961-1990) → 2. wärmstes wärmstes (polar) Meeresspiegel 2.9±0.4 mm/Jahr El Nino → schwache Warmphase Tropen: weniger Hurrikans/ Taifune als normal (53) - die meisten Kategorie 5 Stüme (3) Ozean Arctic Oscillation Index leicht negativ Min. NH Meereis Shein, BAMS, 2006 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 18 Trends: Temperatur Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 http://www.ncdc.noaa.gov/oa/climate/research/2005/ann/ann05.html 6. Februar 2007 19 IPCC: Beobachtungen • Abnahme des tägliche Temperaturbereichs (DTR) nicht bestätigt • antarktischer Meereisausdehnung zeigt keine signifikante Änderung Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, 2006/2007 • Änderungen der Ozeanzirkulation undWSkleinskaliger Phänomene (Hagel, Tornados) unklar2007 6. Februar 20 IPCC: Projektionen Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 21 IPCC: Szenarien IPCC Special Report on Emission Scenarios (SRES) http://sres.ciesin.org/final_data.html B1 konvergente Welt mit gleicher globaler Population, Service und Informationsgesellschaft A1B rasches ökonomisches Wachstum, Bevökerungsmaximum 2050, rasche Einführung neuer Technologien (balanciert) A2 heteorogene Welt, lokale Identitäten, ansteigende Bevölkerung Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 22 IPCC: Projezierte Temperaturänderung Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 23 IPCC: Projezierte Niederschlagsänderungen Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 24 IPCC: Projezierte Temperaturänderungen Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 25 IPCC: Weitere Resultate der Projektionen Zunahme des atm. CO2 → zunehmender Versauerung der Ozeane 0.14-0.35 Größte Erwärmung über Land und Arktis; geringste über südl. Ozeanen Anstieg der Tautiefe in den meisten Permafrostregionen Abnahme des Meereises; arkt. Meereis verschwindet am Ende des Jahrhunderts Zunahme der Extremereignisse (Hitzewellen, Extremniederschläge..) außertropische Sturmtracks bewegen sich nach Norden Meridional umwälzende Zirkulation (MOC) des Atlantiks - Abnahme um ca. 25 % (0-50%) im nächsten Jahrhundert - bis dahin kein Anzeihen für abrupte Umstellung - trotzdem Temperaturaranstieg Selbst bei sofortigem Einfrieren der Treibhausgase in 2100 käme es zu - einer weiteren Erwärmung von 0.5 K bis 2200 - einem weiteren Anstieg des Meeresspiegels um 0.3-0.8 m bis 2300 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 26 Klimasynopsis Zusammenschau verschiedener (bodennaher) Klimaelemente → Klimaklassifikation komplexe Größen Äquivalenttemperatur=Schwüleempfinden Zonalindices, z.B. NAO KG 1.7 Aj sin 20.4 Kontinentalitätsindex KG über Temperaturjahresamplitude Aj von 0 (extrem maritim) bis 100 (extrem kontinental) Hydrologischer Zyklus (Niederschlag7ptentieller Verdunstung) Ariditätsindex (Niederschlag/Temperatur) .... Klimaklassifikationen genetisch (Strahlungs- & Wärmehaushalt, Luftmassencharakteristika, Zirkulation) deskriptiv (Klimaelemente wie Temperatur und Niederschlag, Tages-/Jahresgang) effektiv (Auswirkungen des Klimas → potentielle natürliche Vegetation Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 27 Köppen-Geiger-Klassifikation vorwiegend effektiv http://koeppen-geiger.vu-wien.ac.at Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 28 Albedo Variabilität Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 29 Snowball Earth Stratigraphie der Kante des Kongo-Plateus in Namibia Photo: Paul. F. Hoffman. Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 30 Einfluss der Kryosphäre Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 31 Kohlenstoffkreislauf Jährliche Emissionen fossil. Verbrennung 6.4 GtC Ruddiman, 2001 Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 32 Einflussfaktoren auf die Vegetation Nemani et al., 2003, Science Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 33 Klimamodellierung: Abholzung des Regenwaldes http://www.palmod.uni-bremen.de/~apau/ec_modeling/mcguffie_henderson_sellers_2001.pdf Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 34 Mittlere Eigenschaftem der Ozeane http://www.bsh.de/de/Produkte/Buecher/Berichte/Bericht35/Bericht5.pdf Physikalische Klimatologie, Susanne Crewell, WS 2006/2007 6. Februar 2007 35
