GEOLOGIJA GEOGRAFIJA GEODEZIJA GEOFIZIKA

TRDNE SNOVI

VIŠJIH PLASTI ATMOSFERE

ATMOSFERE VODA T

EO

RE

TIČ

NA

AP

LIK

AT

IVN

A

SIN

OP

TIČ

NA

EK

SPE

RIM

EN

TA

LN

A

KL

IMA

TO

LO

GIJ

A

BIOMETEOROLOGIJA

TEHNIČNA

HUMANA ANIMALNA AGRO-METEOROLOGIJA

Uvod Odnos vreme - klima Karakteristične dimenzije (prostor, čas) Pojem makro-, mezo-, topo-, mikro-klime

Dejavniki

klime

Opredelitev dejavnikov in interakcij med njimi

Sončno sevanje (solarna konstanta, solarna geometrija) Značilnosti zemeljske površine (kopno, morje, led...) Lastnosti atmosfere glede prepustnosti KV in DV sevanj

Sestava zraka, kemija aerosola Vulkanski izbruhi, plini tople grede, ozonske “luknje”

Splošna cirkulacija atmosfere in oceanov Rossby-evi valovi Oceanska cirkulacija in tokovi

Relief (topografija, konkavnost, konveksnost...) Paleo- klimatologija

Viri paleoklimatskih informacij (fizikalne in druge metode) Klima različnih geoloških obdobij Klimatske značilnosti obdobja meteoroloških merjenj

Modeliranje

klime

Principi in problemi modeliranja

Vrste modelov Parametrizacija v klimatskih modelih

Modeliranje splošne cirkulacije Modeliranje cirkulacije oceanov Modeli kriosfere Biofizikalni modeli procesov na zemeljskem povšju

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Variabilnost klime

Fluktuacije klime, nihanja, klimatske spremembe

Klimatske spremembe (definicije, časovne skale) Vzroki klimatskih sprememb (ekstraterestrični in

terestrični) Antropogeni vplivi na klimo

Emisije plinov tople grede Kemizem plinov tople grede

Opazovana klimatska nihanja v 19. in 20. stoletju Prognoze klime 21. stoletja

Rezultati GCM Statistične prognoze

Posledice klimatskih sprememb za živi svet Metode študija (primarni in sekundarni Modeli, predpostavke

Klimatske

klasifikacije

Klasične (Grška, Koeppenova klasifikacija, Thornthwaitova)

Klimatski indeksi Indeksi kontinentalnosti, humidnosti in aridnosti Thornthwaitovi indeksi Klimadiagrami (Taylor, Walter..) Moderni pristopi k klasifikacijam klime

Klimatografija Klimatografija sveta Klima standardnega kontinenta

Pregled značilnosti posameznih klimatskih pasov Klima Evrope

Klima gorskega sveta (tropska, zmernih širin) Klimatografija Slovenije Koeppenova klasifikacija klime za Slovenijo

Pregled klimatskih parametrov različnih časovnih skalah, letne, mesečne, dekadne, dnevne, urne)

Agroklimatske značilnosti Slovenije (po elementih)

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Sinoptična

klimatologija

Aplikativna

klimatologija

Urbana klimatologija Posebnosti klime mesta Onesnaženje zraka, voda

Klima zaprtih prostorov Bivalni prostori, Rastlinjaki, hlevi Podzemne jame

Biometeorologija Definicija in področja dela Fenologija

Definicija, opazovanja, arhiv Obdelava fenoloških podatkov Fenološke prognoze in modeli Prognoze rastlinskih bolezmi

Agroklimatologija Klasične agrometeorološke obdelave

Agrometeorološko modeliranje Osnove humane biometeorologije

Energijska bilanca živali in človeka

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

PREGLED uvodnega predavanja

• Odnos vreme: klima (prostorske, časovne dimenzije)

• Zgodovina in razvoj klimatologije

• Definicije klime

• Delitev klimatologije na področja (veje klimatologije)

• Klimatski sistem (A-O-K)

• Karakteristike,toplotne kapacitete A-O-K, vztrajnostsistemov

• Vrste oscilacij sistema

• Karakteristični časi in dimenzije

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Tipične časovne in prostorske skale za različne pojave na zemlji

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

DEFINICIJE KLIME Zadovoljujoče definicije pojma klima verjetno nimožno podati, saj klimatski sistem obsega izjemnoveliko spremeljivk in zajema veliko različnihčasovnih in prostorskih skal.

V zadnjih 150 letih zato naletimo na številnedefinicije.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

DEFINICIJE KLIME 1

Hann (1883)

Skupnost meteoroloških pojavov, ki označujejopovprečno stanje atmosfere na kaki lokaciji

Koeppen (1931)

Splet atmosferskih pogojev, ki naredijo neko lokacijobolj ali manj primerno za življenje ljudi, živali in rastlin.

Conrad (1936)

Povprečno stanje atmosfere nad določenim prostorom v določenem obdobju upoštevaje povprečna in ekstremnaobstopanja

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

DEFINICIJE KLIME 2

Durst (najkrajša definicija)

Klima je sinteza vremena

Landsberg

Kolektivno stanje atmosfere na dani lokaciji v določenem obdobju

Meteorološki slovar DMS

Značilnosti vremena nad kakim območjem v daljšemčasovnem obdobju (praviloma 30 let)

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

DEFINICIJE KLIME 3

Fedorov(najboljša)

Splet vremenskih pogojev tipičnih za regijo skupaj z opisom njihove pogostnosti in sezonske spremenljivosti

McGuffie & Handerson-Sellers (najširša definicija)

Vse statistike klimatskih stanj dobljene v dogovorjenemčasovnem obdobju (sezona, dekada ali daljše obdobje) izračunane za celotno oblo ali za izbrano regijo.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

ZGODOVINA KLIMATOLOGIJE 1

HIPOKRAT (400 l. pr. n. š.) prvo delo o klimi in njenem pomenu za človeka

PTOLEMEJ (200 l. pr.n.š.) razprava Almagest uvede grško besedo klima (= nagib, inklinacija) glede na pot sonca nad horizontom definira 3 klimatske pasoveprva klimatska klasifikacija (topli, zmerni, hladni pas)

A. von HUMBOLDT (1769-1859)prvi uvede kartografske prikaze z izolinijami (izoterme, izobare)spozna povezave vegetacija-klima

H.W. DOVE (1803-1879)uvede statistične pristope v klimatologijospozna pomen variabilnosti klime

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

ZGODOVINA KLIMATOLOGIJE 2

J. HANN (1839-1921) delo Handbuch der Klimatologiedefinira pojme klimatskih dejavnikov in klimatskih elementovoče klasične klimatologije

W. KOEPPEN (1846-1940)prva znanstvena klasifikacija klime

A.I. VOJKOV (1842-1916)začetnik agroklimatologije

V. CONRAD (1876-1962)moderne statistične obdelave klimatoloških podatkov

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

PREDSTAVNIKI MODERNE KLIMATOLOGIJE

J.I.BUDYKO klimatografija

H. FLOHN splošna klimatologija, modeli

klime

H.H. LAMB splošna klimatologija

H. E. LANDSBERG vsa področja

A.S. MONIN teoretična klimatologija

E. N. LORENZ dinamična klimatologija

J. HOUGHTON klimatske spremembe

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Slovenci

M. Čadež (dinamična klimatologija, vremenski tipi)

D. Furlan (klimatografija)

A. Hočevar (agroklimatologija, fenologija)

B. Zupančič (metode klimatoloških obdelav)

T. Cegnar (bioklimatologija)

I. Gams (klima za geografe)

D. Ogrin (klima za geografe)

L. Kajfež-Bogataj (klimatske spremembe)

K. Bergant (klimatski scenariji)

D. Kastelec (geostatistika)

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

PODROČJA DELA KLIMATOLOGIJE 1

a) glede na dimenzije atmosferskih dogajanj

makroklimatologija (od 100 do 10.000 km)mezoklimatologija ( od 1 do 100 km)topoklimatologija ( od 100 do 1000 m)mikroklimatologija (od 0.1 do 100 m)

b) glede na dimenzije prostora

globalno (svetovno) klimatologijoregionalna klimatologijamestna klimatologija

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

PODROČJA DELA KLIMATOLOGIJE 2

c) glede na metode obdelave in načine razlag

splošna klimatologijafizikalna klimatologijadinamična klimatologijakompleksna klimatologijapaleoklimatologija

č) glede na procese

sinoptična klimatologijaklimatologija proste atmosfereklimatologija zračnih mas

d) glede na vplive (uporabnike)

aplikativna klimatologijaaeroklimatologijabioklimatologija (agroklimatologija,medicinska itd. . . )

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

OCEAN

PadavineMorski led

KOPNO

Ledenikisneg

Biomasa

Oblaki

Sončno sevanje

Dolgovalovno sevanje tal

Toplogredni plini in aerosol

ATMOSFERA

Klimatski sistem: pojem je relativno nov, nastal šele leta 1975, koje WMO podala definicijo, ki je opredeljevala KS kot skupnost atmosfere,

hidrosfere, kriosfere, kopne površine in biosfere.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

KLIMATSKI SISTEM – novejša definicija-

Leta 1992 (začela delovati FCCC) klimatskakonvencija opredeli klimatski sistem kot skupnost

atmosfere, hidrosfere, kriosfere, kopne površine

in biosfere (CO2!!) ter njihovih interakcij

(vzajemnega delovanja).

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

VZAJEMNA DELOVANJA

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

KLIMATSKI SISTEM

Stanje klimatskega sistema neprestano spreminja v času. Variabilnost (oscilacije, fluktuacije) ima zelo različneperiode.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Razvoj klimatskih modelov

Atmosfera Atmosfera Atmosfera Atmosfera Atmosfera Atmosfera

KopnoKopnoKopnoKopnoKopno

Ocean & m. led Ocean & m. led- Ocean & m. led Ocean & m. led-

Sulfatni

aerosol

Sulfatni

aerosol

Sufatni

aerosol

Ne-sulfatni

aerosol

-Ne sulfatni

aerosol

Ogljikov cikel Ogljikov cikel

Atmosferskikemizem

Modeli oceanov-ledu

ModelCikla žvepla

Ne -sulfatniaerosoli

Modelogljikovega cikla

Model oglj.cikla-kopno

Model oglj.cikla-ocean

KemizemAtm.

KemizemAtmosfere

Vzporednirazvojmodelov

Temnjenje barv pomeniIzboljšavo modelov

1970-ta leta sredina 1980-tih Zgodnja 1990-ta Pozna 1990-ta 2000 Danes

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Kaj ustvarja povratne zanke v klimatskem Kaj ustvarja povratne zanke v klimatskem sistemusistemu

Vodna para

Albedo ledu, snega

DV sevanje

Vegetacija

Oblačnost

itd

+

-

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Vodna paraVodna para (pozitivna povratna zanka)(pozitivna povratna zanka)

Razmerje mešanosti (r) = brezdimenzijsko razmerje med maso vodne pare in maso suhega zraka

Nasičeno razmerje mešanosti (rMAX ) pove

maksimum vodne pare, ki jo lahko zrak sprejme

rMAX = f (Tzraka)� toplejše ozračje ima lahko večjo

vsebnost vodne pare� močnejši toplogredni učinek

� ojačitev začetnega ogrevanja� ena najmočnejših povratnih zank

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Albedo snegaAlbedo snega//leduledu pozitivna povratna zankapozitivna povratna zanka

� Albedo ledu in snega je znatno večji, kot odbojnost vseh drugih površin.

� Ta povratna zanka ponuja razlago razmer ob nastanku in med potekom razmer v ledenih dobah.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Albedo snegaAlbedo snega//leduledu pozitivna povratna zankapozitivna povratna zanka v v obratni smeriobratni smeri

� Albedo ledu in snega je znatno večji, kot odbojnost vseh drugih površin.

� Ta povratna zanka ponuja razlago razmer ob nastanku in med potekom razmer v ledenih dobah.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Višjetemperature

Večja absorbcija

KV sevanja v morju in tleh

Manj ledu in snega

Topljenje ledu in

snega pospešuje

ogrevanje

Albedo snegaAlbedo snega//leduledu pozitivna pozitivna povratna zanka v obratni smeripovratna zanka v obratni smeri

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• Arktika se ogreva 2 x hitreje kot ostali svet

• Območja v gorah se ogrevajo hitreje kot nižine

2001-2005 vprimerjavi z1951-1980

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

VegetaVegetacija cija –– dve modve možžni povratni ni povratni klimatski zankiklimatski zanki

Obstajajo Obstajajo šše drugee druge zelo zapletene zelo zapletene povratnpovratnee klimatskklimatskee zankzanke e npr. prek vsebnosti COnpr. prek vsebnosti CO22 v atmosferiv atmosferi

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Angert et al. 2005, PNAS; Buermann et al. 2007, PNAS; Ciais et al. 2005, Science

Učinek suš na vegetacijo zmernih širin

(zmanjšanje ponora CO2)

Poletje 1982-1991

Poletje 1994-2002/04

NDVI Anomalije 1982-2004

[Normalized Difference Vegetation Index]

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

� Oblačnost vpliva tako na sončno (KV) kot zemeljsko (DV) sevanje

� Tipično oblačnost zviša albedo Zemlje � učinek ohlajanja (negativi feedback)

� Oblačnost pa tudi zmanjša odhajajoče DV sevanje � učinek ogrevanja (pozitivnifeedback)

� Neto učinek obojega na podnebje je odvisen od vrste oblakov, njihovih optičnih značilnosti, insolacije in značilnosti zemeljskega površja. V splošnem pri visokih oblakih prevladuje učinek ogrevanja (pozitivni feedback). Nizki oblaki pa povzročajo ohlajanje (negativni feedback).

OblaOblaččnost nost –– zelo negotova zelo negotova povratnpovratnaaklimatskklimatskaa zankzankaa

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Dolgovalovno sevanje povrDolgovalovno sevanje površšja ja –– tudi tudi momožžna povratna zankana povratna zanka

� odhajajoče DV sevanje, ki ga oddaja Zemlja je funkcija T površja, po

Stefan-Boltzmann zakonu: DV = σ(Ts)4.

� višjo ko je globalna temperatura

� večje je odhajajoče DV sevanje, ki ga oddaja Zemlja

� zmanjšano je neto ogrevanje sistema

� globalna temperatura se znižuje

� negativni feedback

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

“all things are connected”

the land to the air and water, the earth and the sky,

the plants to the animals, the people to the spirit.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Problem klimatologije 21. stoletja

SPREMENJENA

SESTAVA

ATMOSFERE IN SPREMENJENE LASTNOSTI TAL

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

GAS Pre-1750

concentration1

Current tropospheric concentration2

GWP (100-yr time

horizon)3

Atmospheric lifetime (years)4

Increased radiative forcing (W/m2)5

Concentrations in parts per million (ppm)

Carbon dioxide (CO2) 2806,7,8 377.37 1 variable4 1.66

Concentrations in parts per billion (ppb)

Methane (CH4) 7308/6888 1847>9/17309 23 124 0.5

Nitrous oxide (N2O) 2708,10 3199/3189 296 1144 0.16

Tropospheric ozone (O3) 25 344 n.a.4 hours-days 0.354,5

Concentrations in parts per trillion (ppt)

CFC-11 (trichlorofluoromethane) (CCl3F)</< td>

zero 2539/2509 4,600 45

CFC-12 (dichlorodifluoromethane) (CCl2F2)

zero 5459/5429 10,600 100

Carbon tetrachloride (CCl4)

zero 939/929 1,800 35

Methyl chloroform (CH3CCl3)

zero 239/229 140 4.8

HCFC-22 (chlorodifluoromethane) (CHClF2)

zero 1749/1559 1700 11.9

HFC-23 (fluoroform) (CHF3)

zero 1410 12,000 260

Perfluoroethane (C2F6) zero 310 11,900 10,000

0.34 for all halocarbons collectively,

including many not listed here.

Sulfur hexafluoride (SF6) zero 5.2211 22,200 3,200 0.0025

Trifluoromethyl sulfur pentafluoride (SF5CF3)

zero 0.1212 ~ 18,000 ~ 3,200 (?) < 0.00015

http://cdiac.ornl.gov/pns/current_ghg.html

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

2000 - 2006: 1.9 ppm y-1

1970 – 1979: 1.3 ppm y-1

1980 – 1989: 1.6 ppm y1

1990 – 1999: 1.5 ppm y-1

Leta 2006

Atmospheric CO2

concentration:

381 ppm35% above pre-industrial

NOAA 2007; Canadell et al. 2007, PNAS

CO2 koncentracija v atmosferi

1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010

280

300

320

340

360

380

400

1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010A

tmo

ap

heri

c [

CO

2]

(pp

mv) [CO2]

2 ppm/year

1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010

[CO2]

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

OKVIRNI TRENDI RABE TAL (milijoni km2). Površina kopnega je okrog 150 milj. km2, od tega je 24 slanega, preščenea ali ledenega površja in 18 vročih

puščav McNeill (2000)

Leto Gozd in Travniki Pašniki Kmetijske grmičevje

rastline

8000 pr.n.š 65 63 0 01700 n.š. 62 63 5 2.71900 58 54 14 8.01920 57 51 16 9.11940 55 47 21 10.81960 53 41 27 12.81980 51 35 33 15.01990 48(-26%) 36(-43%) 34 15.2

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

FAO-Global Resources Assessment 2005; Canadell et al. 2007, PNAS

Tropical Americas 0.6 Pg C y-1

Tropical Asia 0.6 Pg C y-1

Tropical Africa 0.3 Pg C y-1

2000-2005

Deforestacija v tropih

13 Miljonov hektarov na leto

Antropogene spremembe rabe tal

1.5 Pg C y-1

Borneo, Cou

rtesy: Viktor Boehm

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________