Klimats un fizika Tija Sīle Attēlu autors: Juris Seņņikovs Fizikas un matemātikas fakultāte Vides un tehnoloģisko procesu matemātiskās modelēšanas laboratorija
Klimats un fizika
Tija SīleAttēlu autors: Juris SeņņikovsFizikas un matemātikas fakultāteVides un tehnoloģisko procesu matemātiskās modelēšanas laboratorija
Saturs
• Kas ir klimats un kā lai to attēlo?
• Kā fizika apraksta klimatu?
• Kas mūs sagaida nākotnē?
Kas ir klimats?
Ar ko klimats atšķiras no laika apstākļiem?
Kā lai mēs attēlojam klimatu?
laiks
temperatūra
Kā mēs varētu savādāk attēlot tipiskās temperatūras vērtības?
• Apskatīsim diennakts vidējo temperatūru Dobelē:
1. janvāris -1
2. janvāris 0
3. janvāris 1
4. janvāris 3
5. janvāris 3
6. janvāris 4
7. janvāris 5
8. janvāris 7
9. janvāris 6
10. janvāris 5
11. janvāris 3
12. janvāris 1
Mēs varam saskaitīt, cik reizes katrs skaitlis parādās!
Šajā 12 dienu periodā ir divas dienas ar vidējo temperatūru 5 grādi un trīs dienas ar vidējo temperatūru 3 grādi
Mēs varam izveidot cita veida grafiku:
1 2 3 4 5
Temperatūra, grādos
Cik reizesšāda temperatūra ir parādījusies
Jautājums:
Kāda ir visbiežāk sastopamā diennakts vidējā temperatūra Dobelē apskatot kopā visu gadu?
(Kurš no skaitļiem ir parādījies temperatūras laika rindā visvairāk?)
Mēs varam attēlot to pašu informāciju arī savādāk
mēneši
silts
karsts
auksts
vēss
Krāsa pasaka cik daudz dienu ar šādu temperatūru mums ir attiecīgajā datumā pa 50 gadiem
Bieži sastopama temperatūra
Retisastopama temperatūra
Vai vasara ātri atnāk un lēni aiziet vai arī
vasara lēni atnāk un ātri aizietvai arī
vasara atnāk tikpat ātri cik aiziet?
Attēls no: https://flic.kr/p/oanrNv
Faktiskās temperatūras sadalījums
Parunāsim par lietu!Nosauksim par “sausu dienu” tādu dienu, kurā visu
dienu (un nakti) nav bijuši nokrišņi – ne lietus, ne sniegs!
Jautājums: Kurā mēnesī ir visvairāk sausu dienu?a) Februārīb) Maijāc) Septembrīd) Decembrī
Attēls no: https://flic.kr/p/sh28em
Jautājums:
Kurā mēnesī ir vismazāk sausu dienu – visvairāk dienu ar lietu vai sniegu?
a) Februārī
b) Maijā
c) Septembrī
d) Decembrī
Attēls no:https://flic.kr/p/nKAPWr
Ieviesīsim terminu – ļoti lietaina diena, jeb tāda, kurā nolīst vairāk kā 2 cm nokrišņu. Kurā mēnesī ir visvairāk ļoti lietainu dienu?
Attēls no: https://flic.kr/p/5BkfZo
Atbildes:
mēneši
Pelēkā krāsā – cik procentu dienu ir bez nokrišņiem
Atbildes:
mēneši
Ļoti violetā krāsā – dienu skaits ar ļoti stipriem (20 mm) nokrišņiem
2. daļa: Kā fizika apraksta klimatu?
Jautājums:
Pieņemsim, ka mēs gribam pateikt, kāda temperatūra, kādā punktā:
Kas mums ir jāzina un kādi procesi mums ir jāņem vērā, lai mēs to varētu izdarīt?
Atbilde: Pārāk daudz lietu ...
• Tuvākās apkārtnes ģeogrāfija, piemēram, vai tuvumā ir jūra
• Punkta novietojums: cik daudz Saules enerģijas tas var saņemt no Saules, ja nav mākoņu
• Kas atrodas uz zemes
Atbilde: Pārāk daudz lietu un procesu
Viesuļvētra Izabella, 2003. Satelīta attēls. Avots: NOAA
Ciklonu anticiklonu veidošanās
Zemes rotācija
Temperatūras pārnese ar vēju - advekcija
Zemē esošais mitrums iztvaiko, to atdzesējot
Mākoņos mitrums kondensējas, veidojot nokrišņus
Saules radiācija tiek daļēji absorbēta mākoņos
Attālums līdz jūrai
Zemes lietojums
Briesmīgais fizikas-matemātikas slaids (1):
• Lai tiktu galā ar daudzajiem procesiem, kas notiek atmosfērā, ir nepieciešams izmantot fiziku, piemēram, šķidruma un gāzu mehāniku
• Fizika procesu aprakstam izmanto diferenciālvienādojumus – vienādojumu tipu, kas meklē nevis vienu nezināmo, bet gan, piemēram, temperatūru visos atmosfēras punktos
Briesmīgais fizikas-matemātikas slaids (2):
• Šie vienādojumi ir ļoti sarežģīti un cilvēki tos nemāk atrisināt izmantojot matemātiskus pārveidojumus.
• Ir cits veids kā tos atrisināt - sadalīt atmosfēru (jūru, okeānu) mazos gabaliņos, un pieņemt, ka katrā gabaliņā temperatūra (vēja ātrums, spiediens, un visi citi parametri) ir konstanti.
• Tad dators māk atrisināt šos vienādojumus, un rezultāts ir datu fails ar temperatūrām (vēja ātrumu, spiedienu)
Problēma:
Cilvēce joprojām nav uzkonstruējusi tik jaudīgus datorus, lai mēs varētu sadalīt atmosfēru tik mazos gabaliņos, cik gribētos, bet zinātnieki rēķina ar to, kas ir!
Attēls no:https://flic.kr/p/6tS73K
3. daļa: Nākotnes klimats?
Klimata pārmaiņu scenāriji
Globālais klimata modelis (GCM)
Reģionālais klimata modelis (RCM)
Nobīdes korekcija
Nākotnes klimata projekcijas
Modeļu statistika
Taču fizika (un matemātika un datori) ļauj mums atbildēt uz jautājumu – kas būs nākotnē?
5
6
7
8
9
10
11
12
1961-
1990
1971-
2000
1981-
2010
1991-
2020
2001-
2030
2011-
2040
2021-
2050
2031-
2060
2041-
2070
2051-
2080
2061-
2090
2071-
2100
Te
mp
era
ture
, d
eg
C
Median
17%
83%
ENSEMBLES reģionālo klimata modeļu ansamblis.
Nākotnes temperatūra: Rīga
Nākotnes nokrišņi: Rīga
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
1961-
1990
1971-
2000
1981-
2010
1991-
2020
2001-
2030
2011-
2040
2021-
2050
2031-
2060
2041-
2070
2051-
2080
2061-
2090
2071-
2100
Pre
cip
ita
tio
n, m
m/d
ay
Median
17%
83%
ENSEMBLES reģionālo klimata modeļu ansamblis.
Vai ar to pietiek?• Piemēram, ir zināms, ka augu ziedēšanas un augļu veidošanās
process ir atkarīgs no temperatūras – jo siltāks pavasaris, jo ātrāk augi uzzied.
• Ja mums ir nākotnes pavasara temperatūras - vai mēs varam sarēķināt cik ātrāk augi ziedēs?
Attēli no https://flic.kr/p/8adzHw, https://flic.kr/p/iss7ni
Kad zied un nogatavojas zemenes?Mūsdienas (2001-2030):
Attēls no: Bethere et al.,
Climate change impact on timing of strawberry phenological processes in Baltic States, Est J Earth Sci 65(1), 48-58.
Kad zied un nogatavojas zemenes?Nākotne (2070-2099):
Attēls no: Bethere et al.,
Climate change impact on timing of strawberry phenological processes in Baltic States, Est J Earth Sci 65(1), 48-58.
Cik ātri zemenes uzziedēs un nogatavosies nākotnē?
Attēls no: Bethere et al.,
Climate change impact on timing of strawberry phenological processes in Baltic States, Est J Earth Sci 65(1), 48-58.
Ja agrāk zemes vispirms uzziedēja un nogatavojās Daugavpilī un tikai pēc tam Liepājā, tad saskaņā ar modeļu projekcijām nākotnē tas notiks vispirms Liepājā un tikai pēc tam Daugavpilī.
Tas arī viss: Paldies par uzmanību!
Uz atvadām vēl viens uzdevums:
Jūs redzat mēnešu vidējos nokrišņu un temperatūras vērtības Daugavpilij un Liepājai.
Kurai krāsai atbilst kura pilsēta?
Par datu avotiem:
Prezentācijā izmantoti attēli, kas balstās uz datiem no
• LVĢMC novērojumu stacijām
• ECMWF ERA-40 reanalīzes
• ENSEMBLES reģionālo klimata modeļu ansambļa.