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.
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)
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.
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]
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