Modelización del canvio climatico

Canvi climàtic: els models de predicció del clima

Josep Calbó, UdG

La certesa de l’efecte antropogènic

Josep Calbó, UdG

La certesa de l’efecte antropogènic

Josep Calbó, UdG

Índex
Fonaments de la modelització del clima Models senzills, EBM Models complexos AOGCM Models de complexitat mitjana Estratègies de modelització pels informes IPCC Avaluació dels models Atribució delcanvi climàtic

Josep Calbó, UdG

Projeccions sobre el clima futur
Necessitat de prendre decisions polítiques en l’àmbit nacional i internacional, per a fer front als problemes que es poden derivar d’un clima canviat ràpidament. Cal millorar i reduir la incertesa de les previsions que es fan del clima del futur. L’absència de prediccions fiables pot endarrerir les accions d’adaptació i/omitigació dels efectes del canvi climàtic. Com es poden fer:
extrapolació tendències modelització numèrica
Josep Calbó, UdG

Global Energy Balance Climate Model (EBM) Balance of heat absorbed and radiated to space: A model for global average temperature Heat energy radiated to space: modeled from satellite data (linear with surface temperature) Heat absorbed based upon satellite estimates ofalbedo (could be temperature dependent if ice present) Ice-Cap Feedback, Multiple Solutions Latitude Dependence, Heat Transport
Josep Calbó, UdG

I versus T for all sky (includes clouds)

Black body IR is much too high, use A~211 W/m2, B~1.90 W/m2/ºC
Josep Calbó, UdG

Outgoing Radiation
Simple Law for Radiation to Space (Budyko, 1968).
I(T ) = A + BT (x) x = sin(Lat) = cos(θ ) x = 0,(Equator) x = 1, (Pole)

A, B are Empirical Coefficients taken from Satellite Data: A~211 W/m2, B~1.90W/m2/ºC (damping Coefficient)
Josep Calbó, UdG

Radiation Balance for the Planet

(A + BT )4 πR = S0 (1− α p )πR

2

2

S0 A + BT = (1− α p ) = Qa p 4 Qa p − A 340 × 0.7 − 210 Teq = = B 2.00 0 = 14 C
Josep Calbó, UdG

Solució gràfica al EBM: sensibilitat
I = σ (TC + 273)
4

I =211+1.90TC

Qa p = 243Wm

−2

TC
Josep Calbó, UdG

Sensibilitat climàtica
paràmetre de sensibilitat climàtica: λ = ∆T / ∆F ~ 0,5 K / (W m-2) sensibilitat climàtica en equilibri: resposta del clima (l’augment de temperatura d’equilibri, T2x) a la duplicació del contingut de CO2 (2×CO2) i al seu forçament radiatiu F2x (~ 3,0ºC) la temperatura que prediu el model quan s’assoleix la duplicaciódel CO2 s’anomena resposta climàtica transitòria (TCR). sensibilitat climàtica efectiva Te, es calcula com:
Te = T F2 x F − Fo
Josep Calbó, UdG

Atmospheric Global Circulation Models (AGCM) Equations:
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Newton II: F=ma Thermo Law I Water Conservation Mass Conservation Cloud Physics Radiative Transfer Boundary Conditions

Josep Calbó, UdG

Les equacions del fluxatmosfèric
• Equació de continuitat ∂ui 1 dρ =− ∂x i ρ dt • Equació d’estat p = ρ rd TV • Equació del moviment:
  ∂u ∂u j  2 ∂u  i k µ  ∂x + ∂x  − 3 µ ∂x δ ij  + ρgi − 2ρε ijk Ω j uk     j i  k   • Equació conservació de l’energia ∂ ∂ ∂p ∂ ρui + ρu j ui = − + ∂t ∂x j ∂x i ∂x j
1  p00  dθ =   dt ρ c p  p 
rd cp

SC

• Equació de conservació component atmosfèric ∂ 2 ρχ ∂ ∂ρχ + ρu j χ = Dχ + Sχ 2 ∂t ∂x j ∂x j

Josep Calbó, UdG

(Equacions primitives)

Josep Calbó, UdG

AGCMs: solució numèrica
Capa fronterera: escales des de 1 mm 1018 cel.les 10 variables 1019 Pas de temps: 1 s Potència de càlcul: 1012 flops Per una hora de simulació: 3.6×1010 s = 1100 anys !!

1km

Josep Calbó, UdG

Malla de treball típica d’un AGCM

Josep Calbó, UdGFuncionament d’un AGCM

Josep Calbó, UdG

Models climàtics: altres aspectes
Aproximació hidrostàtica Parametritzacions (núvols,...) Importància dels feedbacks Importància de fenòmens no atmosfèrics (oceans, gel, etc.) El clima és més predictible que el temps (en quant el que volem predir és un comportament estadístic)

Josep Calbó, UdG

Ocean GCMs i AOGCMs
OGCMs
Need for high spatial...