Blog poświęcony popularyzacji badań klimatycznych
środa, 28 lipca 2010

W Polsce nie ma nowoczesnych polskich podręczników uniwersyteckich z zakresu fizyki atmosfery i badań klimatu, nie ma też tłumaczeń. Popularyzacja każdej nauki jest trudna. Podręczniki uniwersyteckie są jednym z elementów tej popularyzacji.

Popatrzymy się na Wydział Fizyki Atmosfery w Uniwersytecie Washingtona (UW) w Seattle. Profesorowie tego wydziału napisali ponad 20-30 podręczników, które są używane w wykładach fizyki atmosfery i badań klimatycznych na całym świecie.
http://www.atmos.washington.edu/about/books.shtml

Zacznijmy od dobrego wstępu do fizyki atmosfery napisanego przez dynamika atmosfery Johna Wallace i fizyka chmur Petera Hobbsa:  Nauka o atmosferze (ang. Atmospheric Science: An Introductory Survey). Książka jest używana w wykładach do wstępu fizyki atmosfery. Sam Peter Hobbs, który zajmował się badaniem chmur napisał też książki o chemii atmosfery.  

  

 

Następnie trzeba wymienić słynną książkę Jima Holtona „Wprowadzenie do dynamiki atmosfery” (An Introduction to Dynamic Meteorology), która jest używana do wykładów z dynamiki atmosfery czyli opisu jak prawa fizyki determinują przepływ powietrza. Nie ma chyba wydziału fizyki atmosfery na świecie gdzie ta książka nie byłaby używana.

 

Bob Houze napisał podręcznik “Dynamika Chmur” (Cloud Dynamics). Książka jest podstawowym podręcznikiem w wykładach zjawisk chmurowych o rozciągłości od kilku do kilkuset kilometrów (mezoskala) – dla przykładu powstawaniu tornad, systemów chmurowych o skali wielkości Polski.  Houze jest specem m.in. od obserwacji radarowych.

Klimatologia jest reprezentowana przez książkę „Wielkoskalowa klimatologia fizyczna” (Global physical climatology) napisaną przez Dennisa Hartmana, który wykłada klimatologię na UW.  

Istnieje dział meteorologii zajmujący się warstwą graniczną, czyli obszarem blisko powierzchni Ziemi. Warstwa graniczna opisywana jest za pomocą technik mechaniki cieczy – dlatego bo powietrze płynie. Jeden z profesorów z UW napisał dwie książki na ten temat: „Anlityczne metody planetarnej warstwy granicznej” oraz  „Mechanika cieczy w atmosferze”.

Modelowanie klimatu opiera się w dużej mierze na metodach komputerowych.  Równania ruch powietrze przybliża się za pmocą technik numerycznych, gdzie używa się meteodologii stosowanej  matematyki.  Podręcznik na ten temat napisał Dale Durran „Numeryczne metody równań falowych w geofizycznej dynamice cieczy”.

Wymienłem tylko kilka z kilkunastu książęk wydanych przez profesorów jednego wydziału fizyki atmosfery w Stanach.  Nie wiem jak oni to robią. Wydaje się, że pewien kanon książek powinien być jednak tłumaczony.

PS Uwaga, trochę oszukuję; wtajemniczeni wiedzą, że Wydział Fizyki Atmosfery w UW jest unikalny jeżeli chodzi o książki.  

wtorek, 27 lipca 2010

Dziś będzie o łatwości formułowania pomysłów w klimatologii czyli o sprzężeniach zwrotnych. Globalne ocieplenie nie jest jedynym tematem naukowym ważnym obecnie społecznie a mimo to wzbudza najwiecej kontrowersji.  Z teorią inteligentnego projektu, badaniami komórek  macierzystych, czy aspektami biologii molekularnej są związane podobne emocje, ale raczej ze stroną etyczną badań; natomiast rzadko kwestionowane są bezpośrednie pomiary a nawet interpretacje pomiarów.  Natomiast w badaniach klimatu proponowane są nagminnie alternatywne interpretacje pomiarów i krytykowana jest metodologia naukowa. Jednym z powodów  jest chyba pozorna łatwość tworzenia hipotez oddziaływania  pomiędzy sobą różnych składników systemu atmosfery i oceanu i stosunkowo duża trudność w weryfikacji hipotez.  Starałem się na ten temat napisać  kiedyś hasło na polskiej Wikipedii, nie jest ono skończone i przyznaję, że nie mam do niego serca,  ale to okazja, żeby wytłumaczyc o co chodziło. Żeby być adwokatem diabła wymieniłem w tym haśle wiele możliwych meachnizmów. Kilka z nich – hipoteza tęczówki, efekt motyla, CLAW, dwutlenek węgla, pyły zawieszone, termostat - poniżej.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Zmiana_klimatu

Hipoteza tęczówki w meteorologii to kontrowersyjny mechanizm  klimatycznego sprzężenia zwrotnego wiążącego parę wodną, temperaturę oceanu, i pokrywę wysokich chmur w tropikach.  Według tej hipotezy klimatycznej zwiększona temperatura oceanu związana z globalnym ociepleniem prowadzi do zmniejszenia pokrywy chmur w atmosferze tropikalnej. W związku z tym powierzchnia ziemi może wyemitować więcej energii cieplnej - co prowadzi do oziębienia. Zwiększona ilość pary wodnej, w tej hipotezie, prowadzi do stabilizacji klimatu. Nazwa ''tęczówka'' jest analogią do fizjologii oka,  którego tęczówka może się zwężać lub rozszerzać regulując ilość dochodzącego światła.

Efekt motyla.  Jest to hipoteza mówiąca o telekonekcjach (oddziaływania na odległość) pomiędzy zjawiskami pozornie nie związanymi ze sobą. W szczególności uważa się, że małe lokalne zaburzenie w przepływie powietrza może powodować duże zaburzenie przepływu w znacznej odległości od początkowego zaburzenia. Hipoteza ta, tłumaczy dlaczego zjawiska pogodowe są trudne do prognozowania.

W 1987  Charlson,  Lovelock,  Andreae oraz Warren zaproponowali, że wzrastająca temperatura Ziemi doprowadzi do rozwoju większej ilości fitoplanktonu. Wiele typów fitoplanktonu produkuje propionian siarczku metylu, który jest przekształcany na siarczek metylu (DMS). Obecność DMS w atmosferze prowadzi do zwiększonej ilości aerozoli siarczanowych. Autorzy zakładają, że dzięki DMS powstają chmury nad oceanami. Chmury zwiększają ilość promieniowania słonecznego odbitego co powoduje zmniejszenie temperatury powierzchni Ziemi. Hipoteza CLAW jest przykładem ujemnego sprzężenia zwrotnego.

Termostat. Inną z hipotez ogólnych zmian klimatu jest oddziaływanie chmur lodowych typu cirrostratus i ich wpływ na regulacje temperatury oceanu w atmosferze tropikalnej. Obserwuje się, że w tropikach temperatura oceanu prawie nigdy nie przekracza pewnej granicznej temperatury.  Hipoteza kontroli temperatury oceanu w tropikach zakłada, że  zwiększona temperatura oceanu powoduje powstawanie najpierw wypiętrzonych chmur cumulus, a potem rozległych chmur cirrus. Chmury te odbijają promieniowanie słoneczne dochodzące do Ziemi i zmniejszają jej temperaturę. Jest to przykład  ujemnego sprzężenia zwrotnego.

Jedną z najbardziej głośnych hipotez jest absorpcja promieniowania podczerwonego przez gaz cieplarniany, np  dwutlenek węgla. Gazy te absorbują promieniowanie przez co zwiększają temperaturę Ziemi i atmosfery. . Bezpośredni efekt absorpcji promieniowania ziemskiego przez dwutlenek węgla jest mały. Jednak efekty wtórne związane ze zwiększoną ilością para wodną w atmosferze mogą spowodować zmianę w pokrywie chmur i w efekcie znacznie większe zmiany klimatyczne.

Aerozole. Hipoteza oziębiającego wpływu aerozoli atmosferycznych (pyłów zawieszonych) związana jest z ich własnościami odbijania promieniowania słonecznego z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Przez wiele lat myślano o aerozolach (czyli cząstkach siarczanów, pyłach mineralnych, aerozolu soli morskiej) jako o cząstkach głównie odbijających. Obecnie coraz częściej bada się rolę aerozoli związków węglowo-grafitowych (sadza), które są w stanie absorbować promieniowanie atmosferyczne.

Istnieje więcej hipotez i pytanie polega na tym, które z nich, a może wszystkie razem, realizowane są w atmosferze?  Z punktu widzenia rozwoju nauki nie ma absolutnie nic złego w formułowaniu błędnych hipotez - każdy naukowiec czy amator z największą przyjemnością zaproponuje alternatywny pomysł. Weryfikacja hipotez klimatycznych jest czasami trudna. Mimo, że (1) modelowanie numeryczne jest obecnie jednym z najbardziej znanych sposobów sprawdzania sprzężeń zwrotnych – i najczęściej krytykowany - to nie jest to sposób jedyny. Innymi technikami są (2) eksperymenty w naturze, (3) badania paleoklimatyczne, (4) pomiary bezpośrednie i satelitarne.   Dla przykładu - wpływ cząsteczek zawieszonych w powietrzu można badać w rejonach styku czystego powietrza z powietrzem zanieczyszczonym – pomiędzy Indiami i czystymi rejonami południowego  Oceanu Indyjskiego. Efekt termostatu (wpływu temperatury na chmury) można badać w obszarach tropikalnych gdzie są różnice zachmurzenia pomiędzy basenami (oceanografowie myślą o bardzo dużych basenach).   Pewne hipotezy – np o tym jak temperatura wpływa na rozkład wilgotności w atmosferze można badać na podstawie pomiarów bezpośrednich i metod satelitarnych.

Z hipotezami jest ten problem, ze czasami pozostają tylko hipotezami. Mimo to przeciwnicy badań zmian klimatycznych w Polsce opisują te hipotezy jako teorie – czyli jako coś sprawdzonego; to jest irytujące. Natomiast bycie sceptycznym jest w normie.

wtorek, 20 lipca 2010

Stephen Schneider umarł w poniedziałek, 19 lipca 2010 roku w wieku 65 lat. Był popularyzatorem wiedzy na temat zmian klimatu. Dla fizyki atmosfery był osobą taką jak Carl Sagan dla astronomii. Miał silne poglądy co do sposobów dyskusji z przeciwnikami badań klimatycznych: Uważał, że naturalna skłonnośc naukowców do sceptycyzmu prowadzi do oddawania pola w ważnym społecznie problemie.  W 2009 roku napisał na temat swojej pozycji książkę  "Nauka jest jak  bijatyka. Batalia o Zachowanie Klimatu Ziemi Widziana od Wewnątrz”. Napisał także książkę o białaczce „Pacient rodem z piekła”, gdzie pokazywał analogie pomiędzy badaniami zmian klimatu i swoim podejściem do choroby. Uważał, że w obu przypadkach podejmuje się decyzje w sytuacji niekompletnej informacji na temat przyszłości. Jakimś cudem, według swojego lekarza, wyszedł z tej choroby.

Schneider był konsultantem Białego Domu za czasów administracji Nixona, Cartera, Reagana, George H.W. Busha, Clintona, George W. Busha i Obamy. W 1992 roku dostał prestiżową nagrodę MacArthura dla “geniuszy” a w 2007 dostał wraz z wieloma innymi naukowcami związanymi z IPCC pokojową Nagrodę Nobla. Po studiach pracował w  NASA. Nastepnie pracował w Narodowym Centrum Badań Atmosferycznych  w Kolorado od 1973-1996, następnie  był profesorem w Universytecie Stanforda w Kalifornii.  Był członkiem Amerykańskiej Akademii Nauk od 2002. W 1975 założył własne czasopismo "Climate Change" i w ostatnich latach sam wypłacał wynagrodzenie kilku pracownikom. Schneider pracował nad raportami IPCC od momentu powstania tej organizacji w 1988 roku i był współautorem 4 raportów.

Był autorem lub współautorem kilkuset artykułów naukowych.  Pamiętam, że pierwszy artykuł Schneidera jaki czytałem był opublikowany w 1972 roku w Journal of the Atmospheric Sciences. Artykuł dotyczył wpływu chmur na efekt cieplarniany (Schneider, Stephen H., 1972: Cloudiness as a Global Climatic Feedback Mechanism: The Effects on the Radiation Balance and Surface Temperature of Variations in Cloudiness. Journal of the Atmospheric Sciences, 29, 1413-1422). Był to ważny artykuł na temat roli chmur i zmian klimatu. Nie wiem dlaczego, ale kilka dni temu słuchałem Schneidera po raz pierwszy na youtube, a dziś - przed dostaniem informacji o jego śmierci - myślałem o tym własnie problemie wpływu chmur na temperaturę powierzchni Ziemi.

Był znienawidzony przez przeciwników badań zmian klimatycznych i dostawał często ostrzeżenia o rychłej śmierci co go martwiło ale nie zniechęcało.

http://en.wikipedia.org/wiki/Stephen_Schneider

http://www.youtube.com/watch?v=pB2ugPM0cRM

poniedziałek, 19 lipca 2010

Przeciwnicy zmian klimatycznych publikują najczęściej na blogach lub tzw. "szarej literaturze”, czyli w opracowaniach, które wydają we własnym zakresie.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Szara_literatura

Mamy, dla przykładu, raport Pozarządowego  Międzynarodowego Panelu  Zmian Klimatu (“Nongovernmental International Panel on Climate Change ”),  w którm jedno głupstwo goni za drugim. Wiem coś o tym, bo w raporcie NIPCC są  (bez większego sensu)  cytowane artykuły moje i mojego byłego doktoranta dotyczące wpływu aerozolowego w podczerwieni. Następnie członkowie tego stowarzyszenia powołują się na swoje raporty, ogólna publicznośc nie ma pojęcia,  że jest to "szara literatura", której nikt nie recenzował.

Sprawa publikacji i wagi publikacji jest  pierwszorzędna i wypływa ona nieustannie w kontrowersjach klimatycznych.  Przeciwnicy badań klimatycznych twierdzą, że nie są w stanie przebić się ze swoimi artykułami w renomowanych czasopismach ze względu na zmowę edytorów. Przez wiele lat byłem edytorem czasopisma "Journal of the Atmospheric Sciences" publikowanego przez Amerykańskie Stowarzyszenie Meteorologiczne i nie mam specjalnie wątpliwości, że proces recenzji artykułów naukowych w renomowanych czasopismach jest robiony poprawnie.  Rzeczywistość jest bardziej prozaiczna – najczęściej publikacje przeciwników zmian klimatycznych są słabe faktograficznie. Pomysły te, odrzucone, wypływają następnie na blogosferze, w mediach publicznych, dyskusji z dziennikarzami i są źródłem niekończących się jałowych dyskusji. Czasami publikacje  przeciwników zmian klimatu są wysyłane do bardzo znanych czasopism (np "Science" czy "Nature") i po odrzuceniu przez Wydawcę autorzy są wściekli i opisują, że są szykanowani. Tymczasem "Nature" i "Science" są czasopismami bardzo wybiórczymi gdzie publikowany jest jeden artykuł na sto wysłanych.  Czasami chciałbym, żeby te hipotezy ktoś opublikował, bo wtedy przynajmniej możnaby napisać odpowiedź. Chodzi o to, że poważne czasopismo naukowe nie publikuje krytyki stanowiska z blogu. Sprawa jest trudna z punktu widzenia dokumentacji co jest prawdą a co nie jest.  W artykułach naukowych i encyklopediach każde stanowisko musi byc potwierdzone publikacjami. Nie ma miejsca na "radosną twórczość"  - na Wikipedii ta zasada  nazywa się „nie przedstawiamy twórczości własnej”.   Tworzy to szalone koło gdzie większość dyskusji klimatycznych pozostaje w sferze blogosfery. Komisje rozpatrujące sprawę "climategate”, zwróciły uwagę na ten fakt, i wezwały, żeby naukowcy dostosowali się do działalności "blogsofery". Jest to nowa sytuacja wypływająca tylko w tematach naukowych ważnych społecznie  - klimat, klonowanie, komórki macierzyste.

Istnieje też sprawa prestiżu czasopisma naukowego. W badaniach klimatycznych najtrudniej opublikować wyniki w renomowanych czasopismach naukowych takich jak Science, Nature, czy PNAS. Prestiżowymi czasopismami są też wszystkie czasopisma Amerykańskiego Stowarzyszenia Meteorologicznego i Amerykanskiej Unii Geofizycznej. Renomowane są też publikacje europejskich związków meteorologicznych. Sprawa rangi czasopism wypłyneła w czasie "climategate". Naukowcy krytykowali w emailach, że nieliczne recenzowane publikacje przeciwników zmian klimatycznych wydawane są w mało znanych czasopismach. 

PS Mimo wszystko, wpisałem kiedyś do polskiej Wikipedii hasło na temat  "Pozarządowego  Międzynarodowego Panelu Zmian Klimatu”.  Nie dlatego, ze wierzę w to co wypisuje NIPCC, lub w to co mówią naukowcy z nim związani, ale dlatego że należy prezentować neutralny punkt widzenia i przedstawiać wszystkie zapatrywania.
http://pl.wikipedia.org/wiki/NIPCC

Tego netralnego punktu widzenia, cechującego chyba dobrych naukowców,  bardzo mi brakuje w polskiej debacie klimatycznej.

 

Tagi: NIPCC
21:48, pcirrus , Polityka
Link Dodaj komentarz »
sobota, 17 lipca 2010

W ostatnich 3 miesiącach Narodowe Centrum Badań Atmosferycznych  wypuściło dwa modele klimatu. W kwietniu 2010 oddano do użytku czwartą wersję Publicznego Modelu Klimatu, a 25 czerwca 2010 nowy  Publiczny Model Ziemi. Oba modele będą częścią projektu Porównanie Modeli Klimatu (CMIP), do którego wchodzi wiele modeli klimatycznych z całego świata a wyniki z tego projektu stanowią częściowo podstawy raportów IPCC.  Nowy model Ziemi jest w zamyśle szerszy niż dotychczasowe modele klimatyczne i ma za zdanie zrozumienie jednoczesnych zmian zachodzących w atmosferze (do 500 kilometrów nad powierzchnią Ziemi), oceanie, i na powierzchni Ziemi. Nowy model pozwala na badanie wpływu zmian klimatu przy znanej informacji o temperaturze oceanu. Większość opisów różnego rodzaju procesów fizyczych została poprawiona. Model został dostrojony (tj. zmieniane są parametry opisu  procesów fizycznych) poprzez sprawdzenie czy przewiduje prawidłowo klimat XX wieku.  Największe zmiany zostały wprowadzone w opisie procesów chemicznych w atmosferze, m.in. sposobu rozchodzenia się zanieczyszczeń (pyły, siarczany, sól morska).  Ciekawa jest też strona komputerowa. Modele klimatyczne zawsze stanowiły bardzo skomplikowany problem obliczeniowy, do którego wykorzystuje się superkomputery.

 

Modele klimatu nowej generacji mają tzw. „łączniki” (ang. couplers) pomiędzy różnymi podystemami, które wymieniają pomiędzy sobą informację o strumieniach (m.in. ciepła) – dla przykładu pomiędzy oceanem i atmosferą. Tego typu łączniki są potrzebne bo procesy w oceanie i w atmosferze mają różne skale czasowe zmian (np woda ma większą pojemność cieplną i własności oceanu zmieniają się wolniej).  Nowa struktura obliczeniowa (tzw. „rdzeń dynamiczny modelu”) pozwala na liczenie zmian klimatu zarówno na małych komputerach jak i na superkomputerach z kilka tysiącami procesorów. Rdzeń dynamiczy oblicza przepływ powietrza i oceanu pod wpływem róznego rodzaju sił działających na cząstki powietrza i wody. Nowy model jest opisany na stronie
http://www.cesm.ucar.edu/

A wyniki są opublikowane tutaj
http://www.cesm.ucar.edu/experiments/cesm1.0/diagnostics/

Raporty IPCC V mają się ukazać poczynając od 2013 roku.
http://www.ipcc.ch/activities/activities.htm

Nad V raportem IPCC pracuje ponad 800 osób.

środa, 14 lipca 2010

C'est à la chaleur que doivent être attribués les grands mouvements qui frappent nos regards sur la terre: C'est à elle que sont dues les agitations de l'atmosphère, l'ascension des nuages, la chute des pluies ... les courants d'eau qui sillonnent la surface du globe et dont l'homme est parvenu à employer pour son usage une faible partie... (Sadi Carnot, Réflexions sur la puissance motrice du feu, Paryż, 1824))

Jednym z pytań współczesnych badań klimatu jest zmiana intensywności cyklonów tropikalnych w sytuacji zmieniającej się temperatury powierzchni oceanów lub temperatury atmosfery. W Polsce przeciwnicy badań klimatycznych często wypowiadają się na ten temat, bez zrozumienia o co chodzi. W 1824 Sadi Carnot,  w ksiązce Refleksje na temat poruszającej siły ciepła, napisał: To dzięki ciepłu możemy zrozumieć wielkie ruchy jakie powstają na Ziemi; ciepło powoduje, że atmosfera porusza się,  dzięki ruchom wstępującym powstają chmury,  spada deszcz i inne meteory,  woda płynie po powierzchni Ziemi i w pewnym stopniu zostaje wykorzystywana przez czlowieka ...   Książka Carnot (karno) dała podstawy zrozumienia pracy silników zamieniających energię cieplną na energię mechaniczną. Cyklon tropikalny jest przykładem takiego urządzenia. Popatrzmy jak to działa.

 

Krok 1. Gaz jest ogrzewany i tłok porusza się do góry, jednocześnie zmniejszając ciśnienie gazu pod tłokiem. Temperatura gazu się obniża kiedy ciśnienie maleje, ale dodawane jest tyle ciepła, żeby temperatura pod tłokiem była cały czas taka sama (fachowa nazwa to rozprężanie izotermiczne)

Krok 2. Ciepło nie jest dostarczane, ale tłok nadal  porusza się do góry w związku z tym spada ciśnienie i obniża się temperatura. Ten spadek temperaury bez dodania ciepła nazywa się fachowo procesem adiabatycznym. Procesy adiabatyczne można łatwo zaobserwować np. obudowa pompki do roweru jest cieplejsza podczas pompowania powietrza.

Krok 3. Tłok nie może iść do góry cały czas. W pewnym momencie zaczyna opadać, ciśnienie pod tłokiem rośnie, z tym że w tym samym czasie ciepło jest oddawane (myśl o chłodnicy w samochodzie). Ten krok odbywa się bez zmiany temperatury ale w zimniejszej temperaturze niż Krok 1 (sprężanie izotermiczne)

Krok 4. Chłodnica przestaje działać i gaz jest sprężany bez wymiany ciepła i ogrzewa się do początkowej temperatury (sprężanie adiabatyczne).

Silnik Carnot, wykonuje pracę, innymi słowy zamienia energię cieplną na energię mechaniczną. Okazuje się, że sprawność silnika Carnot jest proporcjonalna do różnicy temperatury na początku Kroku  1 i temperatury pod koniec Kroku 2. Dokładniej,  praca jaką można uzyskać zależy od tego ile dostarczamy ciepła, ale także od sprawności silnika, która zależy od róznicy temperatur w jakich silnik pracuje.  Czyli

Praca =  (Dostarczone Ciepło)  (Tciepłe – Tzimne) / Tzimne

Popatrzmy się teraz na cyklon tropikalny.

Krok 1 (od A do B). Na poziomej osi na rysunku jest odległośc w kilometrach od oka cyklonu a na osi pionowej jest wysokość ponad ziemią. Powietrze płynie (spiralnie)  w kierunku oka cyklonu, w którym jest niskie ciśnienie. Ponieważ powietrze jest z kontakcie z powierzchnią oceanu to jego temperatura jest w miarę stała. Nie jest  oczywiste że temperatura jest stała, bo  cisnienie w punkcie A jest większe niż w oku cyklonu. Zachodzi proces oziębiania powietrza, jest to równoważone przez ciepło jakie płynie z oceanu do atmosfery. Jednocześnie do powietrza przedostaje się dużo ciepła (utajonego) ze względu na parowanie wody. Nie jest ono w tym kroku wykorzystane. Koło środka cyklonu (ale nie dokładnie tam) wieją silne wiatry i energia ruchu jest dysypowana, podobnie jak tarcie rąk powoduje odczuwalne zwiększenie temperatury.

Krok 2. Od B do C. Powietrze w oku cyklonu zaczyna poruszać się do góry. Powoduje to zmniejszanie się ciśnienia (bo ciśnienie w atmosferze maleje wraz z odległościa od Ziemi)  w więc spadek temperatury powietrza. Jednocześnie  pada deszcz, czyli skrapla się para wodna pobrana od atmosfery. Ten proces powoduje wzrost temperatury powietrza bo para wodna skraplając się oddaje ciepło. Ale całkowita pojemność cieplna (uwzględniając parę wodną) jest mniej więcej stała od B do C.

Krok 3. Od C do D. Powietrze znalazło się wysoko w atmosferze, 12 – 18 kilometrów ponad powierzchnia Ziemi, i rozpływa się od oka cyklonu. Na tych wysokościach jest zimno ze względu na rozprężanie powietrza i związany z tym spadek temperatury. Powietrze zaczyna opadać, spręża się przy tym, ale w tym czasie jest też wyziębiane przez wypromieniowanie ciepła (tak jak ochładza się dom, któru nie jest podgrzewany).

Krok 4. Od punktu D do A. Powietrze porusza się do dołu, zwiększa się ciśnienie i jest ogrzewane.

Cyklon tropikalny jest realizacją silnika Carnot. Dla nas najważniejszą sprawą jest to, że wykonana praca, która jest związana z wykorzystaniem ciepła przez cyklon tropikalny, jest proporcjonalna do różnicy temperatur na powierzchni Ziemi i na górze atmosfery. Gdyby temperatura na górze atmosfery była identyczna do temperatury na powierzchni Ziemi, wtedy cyklon nie mogłyby istnieć. A dokładniej, maksymalna prędkość w cyklonie tropikalnym

Vmax  =  proporcjonalna do  pierwiastka kwadratowego  z  (Tciepłe-Tzimne)/Tzimne

Co z tego wynika dla zmian intensywności cyklonów tropikalnych przy zmianie temperatury Ziemi?  Jest możliwych kilka scenariuszy. Jeżeli ociepli się tylko temperatura na powierzchni Ziemi, to intensywnośc (prędkość) cyklonów tropiklanych zwiększy się. Natomiast jeżeli podgrzejemy i Ziemię i górne warstwy atmosfery to różnica temperatur zostanie taka sama i intensywność cyklonów tropikalnych nie ulegnie zmianie. Oczywiście jest sporo innych komplikacji, dla przykładu wymiana ciepła z oceanem przy bardzo dużych prędkościach nie jest do końca zrozumiana ale wpływa na dysypację silnika.  Zmiany prędkości z wysokością mogą wpływać na "silnik cyklonu tropikalnego". Krytycy badań zmian klimatu w Polsce wypowiadając się na temat różnic w ocenie zmian intensywności cyklonów tropiklanych przy globalnym ociepleniu zapominają o tym, że jest to temat który jest dość dokładnie badany, a rozwarstwienie w środowisku klimatycznym (przywoływany jest zawsze Chris Landsea) odbywa się nie na zasadzie wyrażania poglądów, ale na zasadzie badań naukowych. Analogia z silnikiem Carnot jest prostym pogladowym opisem. Istnieją zarówno bardziej skomplikowane modele numeryczne jak i próby zrozumienia zmian intensywności na podstawie badań w atmosferze.  

PS Blog jest tłumaczeniem rozdziału z książki fizyka atmosfery z MIT zajmującego się badaniem cyklonów tropiklanych: Kerry Emanuel, Divine Wind, The History and Science of Hurricanes, Oxford, 2005).  Rysunki pochodza z rozdziau 10 tej książki „Nature’s Steam Engine”.

niedziela, 11 lipca 2010

W  styczniu 1916 Charles Hatfield zatopił San Diego. W 1915 roku zasoby wody dla San Diego, po kilku latach suszy,  były niebezpiecznie obniżone. Rada miasta postanowiła wynająć  Hatfielda i zapłacić 10,000 dolarów gdyby wywołał deszcz.  Hatfield ustawił kilkunastometrową wieżę koło zbiornika na wschód od San Diego,  na niej umieścił "akcelerator wilgoci" składający się z  galwanizowanej beczki, do której wlał mieszaninę sobie tylko znanych 23 chemikaliów. Deszcz padał nieustannie przez 15 dni. Tamy zostały zalane,  kilkanaście osób zginęło, prawie wszystkie mosty w San Diego runęły. Nie tylko San Diego, ale cała południowa Kalifornia zostały zalane.  Straty oszacowano na kilka milionow dolarów. Procesy sądowe wytoczone przeciw miastu zostały oddalone a sąd orzekl, że deszcz był wywołany za "sprawa boską". Ponieważ, sąd orzekł o interwencji Boga -  Hatfield nigdy nie dostał przyrzeczonych pieniędzy.  Co by nie było, historia ta jest przykładem próby adaptacji do okresów suszy  przez radnych San Diego.

Przewijamy kliszę o prawie sto lat.  W 2007 roku powstał  Klimatyczny Związek Dostarczycieli Wody (Water Utility Climate Alliance)  zrzeszający firmy kontrolujące dystrybucję wody do 36 milionów użytkowników (m.in. Południowa Kaliforna, Nowy Jork, Portland, San Francisco, Seattle, Południowa Newada). 
http://www.wucaonline.org

W klimacie pustynnym i półpustynnym (np na  „dzikim zachodzie Ameryki”), źródłem wody są opady śniegu w  zimie; natomiast duże opady deszczu przychodzą raz na kilka lat i rozdzielone są długimi okresami suszy. Zmiany klimatu wpływają na zmiany sezonalnej pokrywy śniegu i częstotliwości przejść pomiędzy suszą i opadem. Instytucje publiczne kontrolujace dystrybucję wody zainteresowane są zmianami klimatu ze względu na budowę zbiorników retencyjnych – czym dłuższe okresy pomiędzy deszczem, tym większe powinny być zbiorniki, lub budowaniem zakładów odsalania wody z oceanu.  Niestety z punktu widzenia planowania rozdziału wody  obecne wyniki modelowania za pomocą globalnych modeli klimatu są marginalne. Modele te oceniają zmiany uśrednione po dość dużym obszarze i nie dają dobrego zrozumienia zmian wewnątrz dekadalnych  - czyli, prostym językiem, ile razy na dekadę coś się wydarzy. Obecne modele klimatu przewidują zmiany klimatu w skali dekad i koncentrują się na scenariuszach zmian gazów cieplarnianych. Dla celów ekonomiczych w skali Polski czy południowej Kaliforni potrzebne są regionalne wyniki modeli klimatu, wyniki symulacji numerycznych, w których  lepiej modelowana jest zmienność wewnątrz dekadalna, oraz modele,  których rezultaty wykorzystują istniejące dane klimatyczne. Do tej pory w globalnych modelach klimatu pogoda była "szumem" - teraz musi się stać "muzyką".  Dobrą ściągawką  do opracowania procesów adaptacyjnych w skali kraju (Polska) jest raport
http://www.wucaonline.org/assets/pdf/actions_whitepaper_120909.pdf

Natomiast modele klimatyczne nowej generacji będa rzeczywiście używane do oceny problemów klimatycznych w skali kilku lat. Klika dniu temu, w lipcu 2010, Narodowe Centrum Badań Atmosferycznych (NCAR) w USA udostępniło nowy system modelowania otoczenia Ziemi (Community Earth System Model), w którym badanie zmian klimatu atmosfery jest już tylko jednym elementem
http://www.cesm.ucar.edu/

PS Nowy model klimatyczny z NCAR to dobry temat na magisterium. Sa już wyniki z symulacji XX stulecia.

piątek, 09 lipca 2010

7 lipca został opublikowany raport  niezależnej komisji - raport Muira - badającej sprawę climategate.

http://www.cce-review.org/

Jest to piąty z serii raportów dotyczących badań klimatycznych związanych z wykradzionymi emailami z serwera  Grupy Badań Klimatu (CRU)  w Universytecie Wschodniej Anglii.  Raporty te wykazują na bezpodstawność wszystkich zarzutów dotyczących manipulowaniem danymi, wpływem na proces recenzowania prac naukowych i błędami w badaniach naukowych prowadzących do konkluzji o globalnym ociepleniu. Profesor Jones, który odszedł ze stanowiska dyrektora CRU kilka miesiecy temu został powołany na stanowisko dyrektora naukowego.  Jako słuszne uznano drugorzędne zarzuty dotyczące sposobu komunikacji z "blogosferą". Innymi słowy sprawa zakonczyła się kompletnym sukcesem naukowców zajmujących się zawodowo zmianami klimatu.  Jest to przypuszczalnie jeden z ostatnich raportów dotyczący climategate i sprawa powoli zaczyna być zamknięta. Sam raport jest długi, ma 160 stron i są w nim ciekawe uwagi wychodzące ponad badania klimatyczne. M.in. chodzi o sposoby komunikacji wyników naukowych, polityki dostępu do danych w dobie powszechnego dostepu do internetu i roli naukowców w sytuacjach gdzie istnieje olbrzymie zainteresowanie społeczne i polityczne rezultatami ich pracy.  Są trzy wątki sprawy climategate warte rozważenia w polskim kontekście:  potrzeba zrównoważonej dyskusji na temat badań klimatu. swobodny dostęp do danych klimatycznych, potrzeba rozwinięcia ilosciowych badań klimatycznych w Polsce. 

Obserwując dyskusję na temat climategate w Polsce w ostatnich 9 miesiącach łatwo zauważyć wątki typowe dla dyskursu na ten temat na Świecie – w końcu żyjemy w epoce błyskawicznej komunikacji, ale są też wątki specyficznie polskie wynikające z naszego rozwoju w ostatnich 15 latach i priorytetów rozwojowych. Polaryzacja poglądów na temat wyników badań klimatycznych jest procesem światowym. W Polsce dyskusja na temat badań klimatycznych odbywa się  na styku "szalonych ekologów" i równie "szalonych krytyków".  Jak na całym świecie grupa "szalonych krytyków" jest mała, ale dobrze zorganizowana.  Ale Polską specyfiką jest stosunkowo małe środowisko naukowe zajmujące się zawodowo zmianmi klimatu, a właśnie to środowisko daje możliwość wypośrodkowania krańcowych opinii.  W ostatnich 9 miesiącach krytycy badań klimatycznych kompletnie zdominowali media w Polsce ku ogromnemu zaskoczeniu środowiska klimatycznego i meteorologicznego - są też pewne oznaki, że climategate doprowadził do mobilizacji w tym środowisku.

Z potrzebą zrównoważonej dyskusji na temat zmian klimatu wiąże się wobec tego rozwój polskiego  środowiska klimatycznego. Zdumiewająca sprawą jest to, że rektorzy polskich uniwersytetów nie są w stanie ustawić priorytetów w naukach geofizycznych; dla przykładu w Uniwersytecie Warszawskim mamy tylko dwóch profesorow zajmujących się nowoczesnymi badaniami fizyki atmosfery, podczas gdy podobne wydziały fizyki atmosfery w Anglii (przykładem jest University of Reading) czy USA (np. University of Washington) ma ich 15. Rozwój tego środowiska jest potrzebny bo badania naukowe w tym kierunku są istotne w procesach integracyjnych z EU, są istotne dla polskiej ekonomii ze względu na ograniczanie emisji dwutlenku węgla i ze względu na opracowanie scenariuszy adaptacji do zmian klimatycznych.   Inna polską specyfiką jest traktowanie klimatu jako nauki jakościowej, czyli klimatografią, a nie badaniami fizyki i chemii atmosfery jak to się dzieje na Świecie.

Swobodny dostęp do danych klimatycznych ma swoje specyficznie polskie jak i światowe wątki. Jednym z  wniosków z ostatniego raportu Muira  jest, że dyskusja badań naukowych ważnych społecznie jest prowadzona także na "blogosferze". Wymusza to większą otwartość w sposobie dystrybucji wyników i danych naukowych. Z jednej strony mamy tutaj do czynienia z faktem, że badania fizyki atmosfery i zbieranie danych klimatycznych są opłacane z pieniędzy publicznych, wobec tego powinny być ogólnie i bezpłatnie dostępne. Z drugiej strony naturalną tendencją jest chęć zaklepania sobie pierszeństwa w odkryciach naukowych lub chęć ograniczania dostępu do danych ze względów ekonomicznych.  W Polsce znakomitym przykładem ograniczania dostępu do danych meteorologicznych jest Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej,  pomimo tego że źródłem finansowania są fundusze publiczne - dla obrony IMGW warto powiedzieć, że jest to tendencja prawie wszystkich narodowych instytutów meteorolgicznych na Świecie.  Jest znamienne, że Polska była jednym z kilku krajów na Świecie które zabroniły Uniwersytetowi Wschodniej Anglii rozprowadzania swoich danych klimatycznych.  Być może nacisk na zmianę tej polityki przyjdzie ze Światowej Organizacji Meteorologicznej lub ze zmian legislacyjnych w Polsce dotyczących polityki swobodnego dostepu do informacji publicznej. Istnieją precedensy tego typu, dla przykładu, wszystkie publikacje medyczne w USA sponsorowane przez Narodowy Instytut Zdrowia muszą byc dostępne bezpłatnie, podobnie jest w USA z danymi meteorologicznymi i klimatycznymi.

03:02, pcirrus
Link Komentarze (2) »
sobota, 03 lipca 2010

Ostatnie przebłyski  sprawy “climategate” – raport dotyczący pracy naukowej profesora M. Manna (autora rekonstrukcji temperatury z ostatnich 1500 lat)  zostal opublikowany w lipcu 2010. Jeszcze jeden komitet ekspertów oczyścił  Manna ze wszystkich zarzutów. Przypomnijmy, że w Polsce na profesora Manna napadł  m.in. w  liście do Gazety Wyborczej profesor Łukasz Turski, który stwierdził że Mann manipulował danymi klimatycznymi.  Inne zarzuty podnoszone w Polsce dotyczyły emaili wymienianych przez naukowców z Uniwersyteteu we Wschodniej Anglii i m.in. M. Manna. Raport z Uniwersytetu Penn State

http://live.psu.edu/fullimg/userpics/10026/Final_Investigation_Report.pdf

stwierdza, że Mann postępował zgodnie z akceptowaną praktyką pisania artykułów, raportowania danych, pisania grantów naukowych, i innych działalności naukowych.  Raport jest szczegółowy i długi. W każdym razie żadna z wielokrotnie wysuwanych w Polsce krtytyk Manna nie została potwierdzona. Okazało się nieprawdą, że Mann nie pozwalał używać swoich danych (używał ogólnie dostępnych wyników);  nieprawdą jest, że uniemożliwiał korzystania ze swojego oprogramowania (jego programy były dostępne na sieci), nieprawdą jest, że manipulował metodami statystycznymi (inni uzyskali identyczne rezultaty).    

Warto przypatrzeć  się jednemu z zarzutów występującemu w dyskusji badań klimatu dotyczącemu dystrybucji środków naukowych.  Mann dostawał  pieniądze z kilku źródeł - w większości z Narodowej Fundacji Nauki i z Narodowej Administracji Oceanu i Atmosfery. Raport tak opisuje ten proces: Recenzje projektów naukowych do  amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki  mają dwa etapy. W pierwszym etapie propozycje naukowe wysyłane są do kilku niezależnych naukowców i oceniane są na podstawie dwóch kryteriów – wartości naukowej i  wartości oczekiwanych wyników.  Propozycje oceniane są w skali pięciostopniowej. W drugim etapie zbiera się grupa 8-15 niezależnych ekspertów, która ocenia wszystkie propozycje naukowe jakie zostały zgłoszone.  Propozycje naukowe Manna były wielokrotnie finansowane przez amerykańską Narodową Fundację Nauki, której kryteria są oparte na opisanym (selektywnym) mechaniźmie.

W Polsce podnoszono też inne zarzuty finansowania badań klimatycznych w USA.  M.in. takie, że istnieje klika naukowcow rozdzielających pieniądze na badania klimatyczne, której celem jest głoszenie alarmistycznych tez ("napad na kasę").  Patrząc jednak na to z perspektywy sposobu w jaki są wydawane środki naukowe w Stanach jest to dość absurdalny zarzut. Naukowcy w swoich recenzjach raczej krytykują się nawzajem - zwłaszcza, że recenzje są pisane anonimowo, a w artykułach chcą pokazać że ich pomysły są lepsze niż inne. W Polsce podnoszono też aspekt olbrzymich sum wydawanych na badania klimatyczne. Nie jest to tak do końca prawdą,  bo w te sumy wliczana jest działalność statutowa organizacji takich jak NASA czy NOAA (agencja kosmiczna i biuro pogody).  Innymi słowy całość budżetu zawiera fundusze np na zbieranie danych o pogodzie z satelitów meteorologicznych czy pomiarów pogody - działalność jaką i tak by prowadzono, niezaleznie od badań klimatycznych.

 

PS Niezależna komisja Muira Russela 7 lipca 2010 przedstawiła swoje wyniki.
http://www.cce-review.org/

oczyszczając naukowców z CRU ze wszystkich naukowych zarzutów.