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.