Co je makrofyzikální klimatický model?

Klima, neboli podnebí, je v užším smyslu obvykle definováno jako průměrné počasí nebo přesněji jako statistický popis v pojmech střední hodnoty a proměnlivosti relevantních veličin přes časové období v rozmezí od měsíců po tisíce nebo milióny let. Klasické období pro průměrování těchto veličin je 30 let podle definice Světové meteorologické organizace (WMO). Klima v širším smyslu je stav klimatického systému v rozlohách od několika metrů až po celou Zemi, braný v daném okamžiku nebo jako statistika za období až desítek let či staletí.

Cílem studia klimatu je také porozumět změnám v biosféře, hydrosféře a kryosféře a na povrchu pevnin, jež spolu s ovzduším tvoří klimatický systém. Příkladem provázanosti jednotlivých složek jsou globální cykly. Jde např. o hydrologický či uhlíkový cyklus. V rámci vývoje systému existuje velké množství cyklů, tedy pravidelného střídání. Délky cyklů jsou velmi rozmanité. Důležitou roli v proměnných procesech hrají zpětné vazby.

Znamená to, že změna v jedné části klimatického systému, způsobená určitým impulzem, vyvolá změnu v jiné části systému, a ta zpětně působí na tu první část. V případě, že je reakce zesílena, mluvíme o pozitivní zpětné vazbě. Příklad pozitivní zpětné vazby v klimatologii: Úbytek zemské plochy pokryté sněhem a ledem. Příklad negativní zpětné vazby v klimatologii: Zalednění oceánu. Pokud dojde k oteplení, část ledu roztaje. Systém je protkán nepopsatelným množstvím, jak negativních, tak pozitivních zpětných vazeb.

Hlavním faktorem, který určuje klima na Zemi je radiační a bilanční energie. Změny jednotlivých energetických toků jsou impulsem, který může způsobit změnu klimatu. V časových měřítkách tisíců až milionů let byly změny klimatu působeny hlavně geografickými a astronomickými vlivy, jejichž působení bylo umocněno nebo zeslabeno prostřednictvím zpětných vazeb. Mezi tyto vnější vlivy řadíme změny parametrů zemské orbity, změny rozložení kontinentů na Zemi a změny sluneční činnosti.

Antropogenními faktory rozumíme vliv lidské činnosti na různé části klimatického systému. Následující klimatvorné faktory nejsou však co do síly vlivu a aktuálnosti působení na změnu, na stejné úrovni. Některé jsou zároveň i samy o sobě důsledkem jiných probíhajících změn. U některých existuje obousměrná interakce, kdy faktor sice ovlivňuje klima, ale sám je také klimatem ovlivňován.

Čtěte také: Vysvětlení klimatického optima

Ovšem i za předpokladu, že všechny faktory určující klima budou konstantní, tak se klima může měnit. Mluvíme o kolísání (variabilitě) podnebí. Nejedná se o jeho změnu, ale o kolísání kolem určité průměrné hodnoty s různě velkou amplitudou i periodou, a s různě velkým prostorovým rozsahem.

Přestože se výstřednost dráhy Země kolem Slunce, změna sklonu zemské osy a její stáčení proměňují pomalu (změny v řádů desetitisíců let), díky nastartování zpětných vazeb dokáží změnit klima na Zemi velice skokově. Tento faktor ale nemá pravděpodobně žádný vliv na současnou změnu klimatu.

Základní rysy chování pozemského klimatického systému lze popsat pomocí fyzikálně-chemických modelů řešených metodami numerické matematiky. V dnešní době nejrozšířenější typ klimatických modelů jsou tzv. globální klimatické modely (GCM), tedy modely všeobecné cirkulace atmosféry spojené s modelem oceánu, kryosféry, popř. i modelem biosféry či chemickým modelem.

Báze modelu je tvořena dynamickým jádrem, reprezentujícím základní fyzikální popis dynamiky a termodynamiky atmosféry. Klimatický model musí zohlednit i další složky klimatického systému a vazby mezi nimi. Zejména se jedná o tepelnou výměnu, přenos hybnosti a vlhkosti mezi atmosférou, oceánem a kryosférou.

Co je to vlastně globálně klimatický model (GCM), který je základem pro tvorby scénářů prezentovaných ICPP? Je to matematický model obecné cirkulace planetární atmosféry nebo oceánu. Používá Navier-Stokesovy rovnice na rotující kouli s termodynamickými proměnnými pro různé zdroje energie (záření, skupenské teplo, atd.). Z nich odvozené systémy diferenciálních rovnic jsou základem počítačových programů používaných k simulaci zemské atmosféry nebo oceánů.

Čtěte také: Klíč k udržitelné budoucnosti

Paradoxem je, že doposud nikdo nezná obecné řešení těchto rovnic a ani se neví, zda-li vůbec existuje! Samotný ústav k tomu uvádí: „Ačkoli tyto rovnice byly napsány v 19. (č. Máte-li hluboko do kapsy, ale myslíte si, že jste velmi chytří, najděte řešení a zašlete je na adresu Clayova matematického ústavu v Oxfordu, UK. Bude vám vyplacen jeden milión USD - vypsaná odměna za vyřešení N-S rovnic.

K podrobnějšímu zachycení dynamické povahy jsou potřeba počítačové modely klimatu, které modelují časový vývoj atmosférických a oceánských proudění i jejich interakce.

Regionální klimatické modely (RCM) mohou přesněji znázorňovat prostorové variace působení klimatu, jako je topografie, jezera, kontrast mezi pevninou a mořem atd. Model implementovaný a používaný ve Společném výzkumném středisku je model Cosmo v režimu klimatu (Cosmo-CLM), nejmodernější nehydrostatický model počasí/klimatu s vysokým rozlišením, který původně vyvinula DWD (německá meteorologická služba) pro provozní předpověď počasí. Neustálý vývoj modelu zajišťují členové komunity Cosmo-CLM.

Pro předpověď budoucího vývoje globálního oteplování používají vědci hierarchickou řadu klimatických modelů od jednoduchých přes středně složité až po komplexní klimatické modely a modely systému Země (Earth System models, ESM). Všechny tyto modely se snaží simulovat budoucí změny klimatu na základě různých scénářů antropogenního vlivu.

V simulacích pro Pátou hodnotící zprávu IPCC byly v rámci projektu CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) Světového programu výzkumu klimatu (WCRP) jako scénáře nově využity tzv. reprezentativní směry vývoje koncentrací (RCP). Modely v současné době počítají s antropogenními i přírodními vlivy.

Čtěte také: Soukromá letadla: ekologická zátěž

Mezi antropogenní vlivy jsou započítávány změny koncentrací plynů s dlouhou životností v atmosféře (CO2, CH4, halogenovaných uhlovodíků a N2), plynů s krátkou životností v atmosféře (CO, NMVOC a NOx), aerosolů a jejich prekurzorů, změn oblačnosti vlivem aerosolů a změn albeda v důsledku změn využití půdy. Mezi přírodní vlivy jsou započítány změny příkonu slunečního záření.

Modelování podle všech scénářů ukazuje, že: „další emise skleníkových plynů způsobí další oteplení a změny ve všech složkách klimatického systému.

Modelování vývoje klimatu do konce 21. století předpovídá nárůsty průměrných globálních teplot při povrchu a vzestup hladiny moří podle různých scénářů. Všechny scénáře ukazují změny proti průměru let 1986-2005.

Podle scénáře RCP 2.6, který počítá s prakticky okamžitým výrazným snižováním produkce skleníkových plynů, by měly průměrné teploty v letech 2046-2065 narůst o 1,0 (0,4 až 1,6) °C, v letech 2081-2100 pak už nepředpokládá další růst teplot - 1,0 (0,3 až 1,7)°C. V případě vzestupu hladiny moří předpokládá tento scénář vzestup o 0,24 (0,17 až 0,32) m v letech 2046-2065 a 0,4 (0,26 až 0,55) m v letech 2081-2100.

Podle scénáře RCP 8.5, který počítá s produkcí skleníkových plynů prakticky bez omezení, by měly průměrné teploty v letech 2046-2065 narůst o 2,0 (1,4 až 2,6) °C, v letech 2081-2100 pak o 3,7 (2,6 až 4,8) °C proti současným teplotám.

Podle modelů v IPCC AR5 bude oteplování nadále vykazovat variabilitu mezi jednotlivými roky a dekádami a nebude stejné ve všech oblastech. Modely předpokládají zvyšování rozdílů srážkových úhrnů mezi vlhkými a suchými oblastmi a mezi suchými a vlhkými obdobími s regionálními výjimkami. Předpokládají také, že teplo v oceánech bude pronikat z povrchu do hlubokých vrstev oceánu a ovlivní cirkulaci vody v oceánu. Bude pokračovat acidifikace oceánů.

Přestože se výzkumníci pokoušejí zahrnout do modelů co nejvíce procesů, zjednodušení skutečného klimatického systému omezením výpočetním kapacitám a omezením znalostí klimatického systému jsou nevyhnutelná. Výsledky modelů se mohou také lišit díky různým vstupům skleníkových plynů a klimatické citlivosti modelu.

Modely nepředpokládají, že klima se zahřeje kvůli rostoucím koncentracím skleníkových plynů. Namísto toho předpovídají, jak budou skleníkové plyny interagovat s radiačním přenosem a jinými fyzikálními procesy.

Zvláště obtížné je předvídat oblačnost a její účinky; jejich modelování je důležitým tématem výzkumu 20. let 21. století. Modely jsou také používány k tomu, aby pomohly zkoumat příčiny klimatických změn v nedávné minulosti.

tags: #co #je #makrofyzikalni #klimaticky #model

Oblíbené příspěvky:

• Ohrožené druhy v ČR
• Zařazování odpadů v Česku
• Princip fluorescence
• Vliv klimatu na Liberecký kraj
• Sběr elektroodpadu v Nymburku