Schermafbeelding 2020-02-20 om 18.56.11

Klimaatverstoring les 15

De klimaatmodellen –  gevorderden

Module 4.1   Een-dimensioneel Energie Balans Modellen (EBM)

We bouwen dit verder op gebaseerd op de Zero-dimensioneel  Energie Balans Modellen van de vorige modules, maar we voegen breedtegraden in als extra parameter. Klimaat varieert, zoals we weten, namelijk naargelang de breedtegraad. In latere modellen zullen we nog de 3D geografie van de aarde toevoegen, winden, oceaanstromingen, regen- en droogtepatronen enz.

We gebruiken ook  de methodiek van ‘vingerafdrukken’. Dat doen we door het vergelijken van de voorspellingen van ons model met de observaties uit de realiteit. Zo kunnen we onderzoeken of  de  door de mens veroorzaakte klimaatverandering te zien zijn in de observaties van het klimaat. De aarde wordt verdeeld in breedte- en lengtegraden.

indeling van de aarde in lengte en breedtegraden

De zonnestraling wordt symmetrisch verdeeld over de lengtegraden van de aarde (verticaal), maar niet over de breedtegraden (horizontaal). Hoe dichter naar de aardpolen toe, hoe minder zonnestraling er op de aardoppervlakte komt.  Dus moeten we dat in ons zero-balans energie model (ZEBM) inbrengen. Op die manier kunnen we de ijsfeedback processen, die uiteraard meer  aan de polen dan aan de evenaar een rol spelen,  in rekening brengen in ons EEBM (Een dimensioneel energie balans model).

In een vorige les  kwamen we tot onderstaande formule in een lineair ‘grijs lichaam energie model’: (zie les 13, module 3.2)

C = hittecapaciteit van het klimaatsysteem/ dTS/dt = graad van verandering in een bepaalde tijdsperiode/
S=Inkomende korte golfstraling van de zon a = albedo S = zonneconstante/ A en B : parameters van de lineaire vergelijking  en TS, de oppervlakte temperatuur

Voor elke breedtegraad kunnen we een gelijkaardige vergelijking maken

De i  staat voor  de op die breedtegraad  albedo (ai) en zonneconstante (Si) en temperatuur (Ti). Het is belangrijk te weten dat  de temperatuur Ti,  het albedo ai en de inkomende zonnestraling Si  een afhankelijk zijn van de breedtegraad. Het albedo is hoger aan de polen dan aan de evenaar, en de zonnestraling is lager aan de polen dan aan de evenaar.

Wanneer Ti voor een bepaalde breedtegraad onder 0°C is , dan wordt de toegenomen ijs/sneeuw accumulatie door een hoger albedo  voorgesteld.

De globale aardoppervlakte temperatuur TS wordt dan  als een gewogen gemiddelde berekend van alle breedtegraden temperaturen (Ti).

Het verschil in opgevangen zonnestraling (en dus temperatuur) tussen lage en hogere breedtegraden zorgt voor warmtetransport[1] van de evenaar  naar de polen, zowel in de atmosfeer als in de oceanen.

Een NASA foto van de oceaanstromingen in de zuidelijke Atlantische en de Indische oceaan

Mocht dit niet het geval zijn, dan zouden de polen kouder en kouder worden en de evenaar heter en heter. Dus moeten we in onze vergelijkingen dat warmtetransport opnemen.[2]

Dat doen we door laterale hitte advectie te introduceren in ons model.[3]

Ti = de temperatuur op  een gegeven breedtegraad zone
TS  = de globale gemiddelde aardtemperatuur
F = de gepaste waarde voor hittetransport

Zo komen tot onderstaande vergelijking die ons Een-dimensioneel Energie Balans Model  is:

Grafisch kan je de formule zo voorstellen:

Je ziet, het ééndimensionele model wordt al behoorlijk ingewikkeld hé. Procifiat aan iedereen die tot nu toe heeft vol gehouden. Er is goed nieuws want hier eindigen de ingewikkelde formules en vergelijkingen met al die symbolen.

In de volgende module laten we het EBM los op de ijstijden uit het verleden en dit als demonstratie van hun juistheid!

[1] Meridionaal transport genaamd

[2] Aan de polen komt er minder inkomende kortegolfzonnestraling in dan er langegolfstraling van de aarde uit gaat, aan de evenaar is dat omgekeerd.

[3] Advectie is het meeliften op een medium door materie, energie of een bepaalde eigenschap. Advectie vindt plaats in de atmosfeer, in de oceanen, rivieren, in de aardmantel en bij chemische processen (bron : Wikipedia).

alle foto’s, behalve die van de NASA zijn schermafdrukken van de SDG academy cursus ‘Climate Change, the science’ en vallen onder creative commons licentie

Reactie toevoegen

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met * .

veertien + elf =