Energiatasemallit – EBM’s (Budyko, Sellers)

Energiatasemallit – EBM’s (Budyko, Sellers)

Energiatasemallit arvioivat muutoksia maapallon ilmastojärjestelmän energiabudjetista. Yksinkertaisimmassa muodossaan ne eivät sisällä mitään nimenomaista spatiaalista ulottuvuutta, vaan ne tarjoavat vain globaalin keskiarvon muuttujien arvoja. Niitä kutsutaan ns. nollaulotteisiksi EBM:iksi. Nobelisti Budyko (1969) ja Sellers esittelivät perustan näille EBM:ille vuonna 1969. Niiden perusyhtälö on seuraavanlainen:

Muutokset lämmön varastoinnissa = absorboitunut auringon säteily – emittoitunut maasäteily

Missä CE on väliaineen tehollinen lämpökapasiteetti (mitattuna J m-2 K-1), Ts pintalämpötila, t aika, αp planeetan albedo, S0 auringon irradianssi (TSI) ja A kokonaisenergiamäärä / m2 joka säteilee maapallon pinnasta. A voitaisiin esittää Stefan-Boltzmannin lain perusteella kertoimella τa, joka edustaa ilmakehän infrapunasätelyn läpäisevyyttä (mukaan lukien kasvihuonekaasujen vaikutuksen):

Missä ε on pinnan emissiokyky. Käyttämällä albedoa 0.3, emissiokykyä 0.97 ja τa:n arvoa 0.635 johtaa tasapainolämpötilaan Ts = 288K, joka on lähellä havaintoja. Joissakin EBM:issä kaava 2. on linearisoitu, jotta saadaan vielä yksinkertaisempi formulaatio. Toisaalta τa:lla ja αp:llä parametrisoidaan usein lämpötilan funktiona, erityisesti sen tosiasian huomioon ottamiseksi, että jäähdytys lisää pintajäätä ja lumen peittämiä alueita, mikä lisää planeetan albedoa.

Ottaakseen lämpötilan maantieteellisen jakauman maan pinnalla huomioon, nollaulotteiset EBM:t voidaan laajentaa sisältämään yhden (yleensä leveysaste) tai kaksi vaakasuuntaista mittaa.

Esitys yksiulotteisesta EBM:stä, jonka lämpötila Ti on pituuspiirin keskiarvo

Lisätermi ΔTRANSP on silloin mukana yhtälössä 1, joka edustaa lämmöntuoton nettovaikutusta vaakasuorassa kuljetuksessa:

Pintalämpötilaan on lisätty indeksi (i) osoittamaan, että muuttuja vastaa aluetta (i). Yksinkertaisin muoto kuljetukselle on käsitellä sitä lineaarisena lämpötilan funktiona, mutta käytettävissä on myös kehittyneempiä parametreja, kuten esim. diffuusiotermi.

Miksi näitä suhteellisen yksinkertaisia energiatasemalli-laskelmia on olemassa? Se auttaa hahmottamaan mitä ilmastossa on tapahtumassa ja kuinka tavallisella laskimella (parametreja muuttamalla) se voidaan todentaa.

 

 

0
HannuSinivirta
Sitoutumaton Helsinki

(el. vanh. tut. / FMI)

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu