Слайд 1КЛИМАТ
Тимофеева И.В.
+7 921 984 98 62
i_timofeyeva@yahoo.com
Слайд 2Климат не погода!
Астрономические факторы
Географические факторы:
размеры и масса Земного шара
величина силы
тяжести
состав воздуха и масса атмосферы
географическая широта
высота над уровнем моря
распределение суши и моря
океанические
течения
характер подстилающей поверхности — почвенный, растительный, снежный и ледовый покровы
Лучистая энергия солнца
Циркуляция атмосферы
Слайд 4Климатические пояса Земли по Б. П. Алисову
Слайд 5Классификация климата по Кёппену
Слайд 6Изменение климата
колебания климата Земли в целом или отдельных её регионов с течением времени,
выражающиеся в статистически достоверных отклонениях параметров погоды от многолетних значений
за период времени от десятилетий до миллионов лет. Учитываются изменения как средних значений погодных параметров, так и изменения частоты экстремальных погодных явлений. Изучением изменений климата занимается наука палеоклиматология. Причиной изменения климата являются динамические процессы на Земле, внешние воздействия, такие как колебания интенсивности солнечного излучения, и, с недавних пор, деятельность человека. Изменения в современном климате (в сторону потепления) называют глобальным потеплением.
Слайд 8Причины изменения климата
Неантропогенные факторы и их влияние на изменение климата
1.
Тектоника литосферных плит
2. Солнечное излучение
3. Циклы Миланковича
4. Вулканизм
Антропогенное воздействие на
изменение климата
Взаимодействие факторов
Цикличность изменений климата
(35-45 летние циклы изменений климата)
Слайд 9Законодательство
Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК, Intergovernmental Panel on Climate
Change, IPCC) — организация, созданная для оценки риска глобального изменения климата, вызванного техногенными факторами.
Создана
1988 году Всемирной метеорологической организацией (ВМО) и Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП)
Слайд 10Киотский протокол
В 1995 году страны начали переговоры в целях укрепления
глобальных мер реагирования на изменение климата. Два года спустя был
принят Киотский протокол. Данный документ обязывает развитые страны — стороны Протокола сокращать выбросы парниковых газов. Первый период выполнения обязательств начался в 2008 году и закончился в 2012 году. Второй период начался 1 января 2013 года и закончится в 2020 году. Участниками Киотского протокола являются 192 государства.
Слайд 11Парижское соглашение
На 21‑й сессии Конференции сторон Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций
об изменении климата было заключено историческое соглашение по борьбе с
изменением климата и активизации деятельности, необходимой для обеспечения устойчивого низкоуглеродного развития. Парижское соглашение опирается на мандат Конвенции и впервые в истории объединяет все народы, с тем чтобы предпринять решительные шаги по борьбе с изменением климата и смягчению его последствий и оказать в этом помощь развивающимся странам. Главная цель Парижского соглашения заключается в укреплении глобальных мер по борьбе с изменением климата, с тем чтобы удержать повышение глобальной температуры в этом веке в пределах 2 °C и попытаться даже снизить этот показатель до 1,5 °C.
Парижское соглашение было подписано в Центральных учреждениях ООН в Нью-Йорке 22 апреля 2016 года, в Международный день Матери-Земли, главами 175 государств. Это стало рекордным количеством стран, подписавших международное соглашение в один день.
Слайд 12Саммит Организации Объединенных Наций по климату 2019 года
В сентябре 2019
года Генеральный секретарь ООН проведет Саммит по климату, на котором
будут обсуждаться проблемы в данной области. Ожидается, что мировые лидеры выступят с докладами о предпринимаемых мерах и запланированных мероприятиях в преддверии Конференции ООН по климату, которая состоится в 2020 году.
Слайд 13Нобелевская премия мира
Лауреатами Нобелевской премии мира за 2007 год стали Межправительственная
группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) и бывший вице-президент США
Альберт Гор. Они удостоены этой награды за деятельность по изучению и распространению информации об антропогенных причинах изменения климата, а также за выработку возможных мер борьбы с такими изменениями.
Слайд 21МОНИТОРИНГ
система постоянного наблюдения за явлениями и процессами, проходящими в окружающей
среде и обществе, результаты которого служат для обоснования управленческих решений
по обеспечению безопасности людей и объектов экономики.В рамках системы наблюдения происходит оценка, контроль объекта, управление состоянием объекта в зависимости от воздействия определённых факторов.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (АСКОС)
Слайд 41Всемирная метеорологическая организация (ВМО)
Слайд 42Межправительственная океанографическая комиссия (МОК)
http://ocean-climate.org/?lang=en
платформа «Океан и климат»
Международный координационный проект
по океаническому углероду (МКПОУ)
Глобальная система океанических наблюдений (ГООС)
Глобальная система наблюдений
за уровнем моря (ГЛОСС)
Изменение климата и динамика экосистем
Группа океанических наблюдений за климатом (ГКНО)
Океаническая биогеографическая информационная система (ОБИС)
Слайд 44Солнечная радиация — электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца.
Солнечная радиация измеряется мощностью переносимой ею
энергии на единицу площади поверхности (ватт/м2)
Солнечная постоянная — суммарная мощность солнечного излучения,
проходящего через единичную площадку, ориентированную перпендикулярно потоку, на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца вне земной атмосферы.
Земля получает от Солнца менее 0,5×10−9
(одной двухмиллиардной) от энергии его излучения.
Слайд 46 Солнечный ветер — поток ионизированных частиц
(в основном гелиево-водородной плазмы), истекающий из солнечной короны со скоростью 300—1200 км/с
в окружающее космическое пространство. Является одним из основных компонентов межпланетной среды.
Множество
природных явлений связано с солнечным ветром, в том числе такие явления космической погоды, как магнитные бури и полярные сияния.
Слайд 47 Полярное сияние (аврора, лат. Aurora) устар. «пазори» — свечение верхних слоёв атмосфер планет, обладающих магнитосферой, вследствие их взаимодействия
с заряженными частицами солнечного ветра.
Слайд 48Для измерения солнечной радиации служат пиргелиометры и пиранометры.
Слайд 49Пиранометр
тип актинометра, используемый для измерения солнечной радиации, попадающей на поверхность. (ватт/м2)
Не
требует электропитания
Стандарты:
ISO 9060 или эквивалентный стандарт Всемирной метеорологической организации.
В России действуют ГОСТ
Р 8.807-2012 и ГОСТ 8.195-2013.
Второй класс точности
Слайд 50Пиргелиометр
абсолютный прибор для измерений прямой солнечной радиации, падающей на поверхность перпендикулярную солнечным лучам.
Принцип
действия основан на измерении количества тепла, образующегося при поглощении солнечного излучения.
Пиргелиометр
в основном применяется для поверки относительных приборов — актинометров.
В современных пиргелиометрах в
качестве сенсора используются
термобатареи — ряд последовательно соединённых термоэлементов
(полупроводниковые элементы, использующие термоэлектрические явления).
Слайд 52Поглощение
Закон Бугера — Ламберта — Бера
Где I — интенсивность света, прошедшего слой вещества толщиной s,
Io —
интенсивность света на входе в вещество,
a — показатель поглощения
Оптическая толщина
Слайд 53 Оптическая толщина (τ) среды — это безразмерная величина, которая характеризует ослабление света в среде
за счёт его поглощения и рассеяния.
-сечение поглощения (м2)
-практическая концентрация (м-3)
-высота над уровнем
моря
Слайд 54Излучение
абсолютного черного тела
Абсолютно чёрное тело — физическое тело, которое при любой
температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах.
У абсолютно чёрного тела поглощательная
способность (отношение поглощённой энергии к энергии падающего излучения) равна 1 для излучения всех частот, направлений распространения и поляризаций
Модель абсолютно черного тела
Слайд 55Пример из природы
Некоторые виды райских птиц (Paradisaeidae)обладают уникальным "нанотехнологичным" оперением,
которое поглощает 99,95% света и выглядит более черным, чем любой другой
природный темный материал на Земле.
«Обычное» черное перо райской птицы Lycocorax pyrrhopterus и «сверх-черное» перо Parotia wahnesi / ©McCoy et al., 2018
Слайд 56Для сравнения:
Vantablack (вертикально ориентированные массивы нанотрубок» + black «чёрный») — субстанция из углеродных нанотрубок. Является самым чёрным из известных
веществ. Поглощает 99,965 % падающего на него излучения: видимого света, микроволн и радиоволн(для сравнения:
самый чёрный уголь поглощает 96 % света).
Слайд 57 Когда поглощение и рассеяние происходят одновременно, то:
И оптическая толщина:
Слайд 58 Каждый объект с температурой около 0К (-273,15 С) излучает энергию.
Интенсивность излучаемой энергии определяется по формуле Планка:
длина волны
постоянная Планка (квант
действия)
постоянная Больцмана (связь температуры и энергии)
скорость света
температура
Слайд 60Из формулы Планка:
Например:
Для поверхности Земли температура 293К (19,85 С ):
Для
поверхности Солнца температура 6000К (5726,85 С):
Слайд 61…и интегрируем это все
в «небесную полусферу»
Слайд 62Находим излучение
абсолютно черного тела,
используя разные длины волн
Постоянная Стефана-Больцмана
Уравнение
Стефана-Больцмана
Слайд 63Примечания:
Черные тела не всегда «идеальны» – обычно они серые
Излучательная способность=
поглотительной способности
Излучательная способность изменяется
Слайд 64Солнечная постоянная
суммарная мощность солнечного излучения, проходящего через единичную площадку, ориентированную перпендикулярно потоку,
на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца вне земной атмосферы. По данным внеатмосферных измерений солнечная
постоянная составляет 1367 Вт/м², или 1,959 кал/см²·мин
Слайд 6511-летнего цикла солнечной активности (цикла Швабе)
Слайд 6622-годовой цикл Хейла, вековые цыклы Гляйсберга и тысячелетние циклы.
Солнечный цикл Холлстатта с
периодом 2 300 лет по данным радиоуглеродного анализа
Слайд 67Равновесие (Radiactive equilibrium)
Пусть S – солнечное излучение (=1380 W m-2)
и
re – радиус Земли
Поток поверхностной интеграции S*πre2
Альбедо Земли – α
Таким
образом, чистый поток входящий:
чистый поток исходящий:
Слайд 68Добавляем
«чернотельную» атмосферу…
Слайд 71Концепция радиоактивного воздействия ΔF
…но идеальных условий не бывает, добавляем аэрозоль
α+Δα:
Слайд 72…когда добавятся активные частицы (например CO2), тогда поглотительная способность будет
А+ΔА и уравнение приобретет вид:
Слайд 75Процессы в атмосфере
Поглощение
Трансформация энергии солнца
Рассеяние
Переориентирование энергии солнца
Слайд 76Поглощение усиливает молекулярную энергию
Слайд 77…и в результате:
диссоциация/ионизация в основном N2 и O2
(требуются фотоны
высокой энергии)
Колебание/вращение
(парниковые газы…)
Слайд 81Существуют разные «режимы» рассеиния для разных размеров частиц
Рэлеевское рассеяние (малые ч.)
Рассеяние Ми (крупные ч.)
Параметры размера
Слайд 82Облака и аэрозоли
Облака
-отражают поступающее солнечное излучение
-поглащают/излучают ИК
Аэрозоли влияют на
атмосферную радиацию:
-прямо: понижают атмосферное альбедо
-косвенно: понижают облачное альбедо
