Klimatoloji ve Meteoroloji. Prof. Dr. Hasan TATLI

Transkript

1 Klimatoloji ve Meteoroloji Prof. Dr. Hasan TATLI

2 Klimatoloji ve Meteoroloji Prof. Dr. Hasan TATLI Coğrafya Bölümü Fen Edebiyat Fakültesi Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi 2

3 ÜNİTE 13 Paleo-iklim Prof. Dr. Hasan TATLI 3

4 Yeryüzündeki sıcaklığı ne kontrol eder? Güneş Işınımı bazısı yansır termal radyasyon Prof. Dr. Hasan TATLI 4

5 Siyah Cisim Radyasyonu Bir siyah cisim: 1) Üzerine gelen tüm enerjiyi soğur (yani, yansıma yok) 2) Planck fonsiyonuna göre radyasyonu yayar (salım): Birim alandan olan tüm yayılım I = T4 (Stefan-Boltzman Yasası) Prof. Dr. Hasan TATLI 5

6 Çıplak kaya sıcaklığı Daimi durumda, E in = E out E in = π R 2 S (1 ) Hepsi bir araya getirildiğinde: E out = 4π R 2 T 4 R = Dünyanın yarıçapı =albedo Prof. Dr. Hasan TATLI 6

7 Bu durum çalışıyor mu? Sıralama fena sayılmaz Çıplak kaya Sıcaklık (K) Gözlenen Yüzey sıcaklığı Dünya Venüs Merkür Mars Prof. Dr. Hasan TATLI 7

8 Sera etkisi: nasıl çalışır? Termal radyasyon emisyon seviyesinden uzaya kaçar (~6 km yüksek) z T e 4 T e S (1 )/4 Tüm yollardan yeryüzüne ulaşıp, yeri ısıtan güneş ışınımı Sıcaklığın yükseklikle düşüşü (lapse rate) termodinamik ve türbülans ile ısı taşınımı kontrol eder. T s Sıcaklık Prof. Dr. Hasan TATLI 8

9 Hangi gazlar sera gazlarıdır? Atmosfer tarafından iletilen radyasyon Oluşturan Yüzdesi (%) Azot (N 2 ) Oksijen (O 2 ) Argon (Ar) 0.93 Karbon dioksit (CO 2 ) Metan (CH 4 ) Ozon (O 3 ) Su buharı (H 2 O) 0 5 (değişken!!) Sadece bunlar termal radyasyonla etkileşir Dalga boyu Prof. Dr. Hasan TATLI 9

10 Sera etkisi: iyi mi yoksa kötü mü? Sera etkisi yeryüzünde yaşamı konforlu hale getirmesi bakımından, tek başına iyi bir şeydir. Aksi dünya çok daha soğuk olurdu Ancak devam eden antropojenik sera gazları serayı kuvetlendiriyor ve bu durum kötü olabilir: insanlık iklimdeki bu değişikliklere karşı hassastır. Sera gazların konsantrasyonu yüzey sıcaklığını nasıl artırıyor? Prof. Dr. Hasan TATLI 10

11 Miktarı artmış sera etkisi Miktarı artmış Sera gazları emisyon seviyesinin yükselmesine neden olur ve gezenin dengesini bozar. (T e T) 4 z z e T e T e 4 S (1 )/4 Aşağıya ulaşan ve yeri ısıtan güneş ışınımı sıcaklık dengeyi sağlamak için artıyor T s T s + T Sıcaklık Prof. Dr. Hasan TATLI 11

12 Son 1000 (bin) yıldaki yeryüzü sıcaklığı Prof. Dr. Hasan TATLI 12

13 Son 1000 (bin) yıldaki Karbon dioksit (CO 2 ) Prof. Dr. Hasan TATLI 13

14 14 Prof. Dr. Hasan TATLI Radyatif zorlama nedir? Metrekare başına Watt olarak ifade edilen radyatif zorlama, gelişmiş sera etkisi nedeniyle Dünya sistemi tarafından alınan ek enerjidir. Daha kesin olarak, atmosfere giren enerji dengesi ve pre-endüstriyel duruma kıyasla mekana geri dönen miktar arasındaki fark olarak tanımlanabilir. Toplam radyal zorlama, hem seragazı gazlarından pozitif yönde artım hem de aerosollerden negatif zorlama ile belirlenir. En baskın faktör, CO2'den kaynaklanan pozitif zorlamadır. Radyal zorlama arttıkça, global sıcaklık yükselir. Bununla birlikte, bu faktörler arasındaki kesin ilişki tam olarak bilinmemektedir.

15 Beklenen Temsili Konsantrasyon Yol? (Representative Concentration Pathways) RCP8.5 > 8.5 W/m 2 yükseşme RCP6 ~ 6 W/m stabilizer RCP W/m stabilizer RCP3-PD 2100 yılında 2100 yılından önce 3 W/m 2 en tepe değere ulaşır tepe değerinden sonra azalır (Mt/Ag/EnSc/EnSt 404/504 - Global Change) Future Directions (for the AR5)

16 Gelecekteki ısınmayı tahmin etmek (eski senaryo) Büyük problemler Problemler OK, idare eder Prof. Dr. Hasan TATLI 16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26 İKLİM DEĞİŞİKLİĞİNDEN DOLAYI PROBLEMLER

27 Deniz seviyesinin yükselmesi Prof. Dr. Hasan TATLI #

28

29 Geri-besleme: genel düşünce Artar CO 2 Artar sıcaklık Artar X pozitif geri-besleme Prof. Dr. Hasan TATLI 29

30 Önemli geri-beslemeler Buz albedo geri-beslemesi Su buharı geri-beslemesi Bulut geri-beslemesi (daha çok var, ancak bunlar en önemlileridir) Prof. Dr. Hasan TATLI 30

31 Buz albedo geri-beslemesi Yüzey sıcaklığı arttıkça, kutup buz kapağının bir kısmı eriyerek okyanus veya Kuzey ormanını açığa çıkarır. Buz, güneş ışığını okyanus veya ormandan çok daha fazla yansıtır. Böylece geri-besleme şöyle olur: CO 2 artarsa T yi artar bir kısım buzu eritir yansımayı düşürür çok daha fazla ışınım soğrulur T yi çok daha fazla artırır. Prof. Dr. Hasan TATLI 31

32 Su buharı geri-beslemesi Bağıl nem aşağı-yukarı sabit kalır (iklim ısınırsa) Çünkü RH = w/w s (T) ve w s (T) T ile üssel biçimde yükselir, bu durumda nem T ile hızlı bir şekilde artar. Burada geri-besleme şöyle çalışır: CO 2 artarsa emisyon seviyesi yükselir T yükselir nem yükselir emisyon seviyesi çok daha fazla yükselebilir T çok daha fazla yükselebilir Prof. Dr. Hasan TATLI 32

33 T e 4 Bulut geri-beslemesi z S (1 )/4 YÜKSEK BULUT: yüksek albedo => soğuma yüksek emisyon seviyesi => ısınma net etki =? ALÇAK BULUT: yüksek albedo => soğuma Prof. Dr. Hasan TATLI 33

34 Geçmişte iklim değişikliği (Ev Ödevi: Bu şeklin özetini çıkarınız) Prof. Dr. Hasan TATLI 34

35 Prof. Dr. Hasan TATLI 35

36 Grönland buz örtüsü Prof. Dr. Hasan TATLI 36

37 Buz örtüleri adeta birer iklim arşividir Prof. Dr. Hasan TATLI 37

38 GISP2 karot delgi yeri Prof. Dr. Hasan TATLI 38

39 Buz çekirdeği Prof. Dr. Hasan TATLI 39

40 Buz çekirdeği deposu Prof. Dr. Hasan TATLI 40

41 Yıllık çekirdekleri gösteren buz çekirdeği yakın çekimi İzotopik kompozisyonun katman-katman analizi, geçmiş sıcaklık değerini verir.

42 Okyanustaki benzer bir durum katyonlar Prof. Dr. Hasan TATLI 42

43 Prof. Dr. Hasan TATLI 43

44 Prof. Dr. Hasan TATLI 44

45 Okyanus sediment çekirdeği Prof. Dr. Hasan TATLI 45

46 Foraminiferler Prof. Dr. Hasan TATLI 46

47 Derin deniz sondajları ile çıkarılan bentik (derin) foraminiferler üzerinde yapılan araştırmalarla, döngü uzunlukları aynı değildir. 3 milyon yıl ile 800 bin yıl önce 41 bin yıllık döngüler halinde 800 bin yıldan günümüze ise 100 bin yıllık döngüler halinde devam etmiştir. Bu değişiklik «Orta pleistosen geçişi» olarak bilinir ve döngülerdeki değişikliklerin nedeni tam olarak bilinmiyor. Neden: Eksen eğikliğindeki değişiklik Prof. Dr. Hasan TATLI 47

48 Kartopu dünyası Süper Sera Buz çağları Prof. Dr. Hasan TATLI #

49 Kartopu dünyası Yaklaşık 750 milyon yıl önce dünyanın buzla kaplı olduğu düşünülmektedir. Bu zamanda, güneş ışınımı bugünkünden yaklaşık % 6 daha düşüktü. Prof. Dr. Hasan TATLI 49

50 Neye benzeyebilirdi? Buzlar, volkanlar tarafından delinmiş olabilir. (Vatnajokull, İzlanda) Buz çatlakların sık olduğu bölgelerde, fotosentez yaşamı varlığını sürdürtmüş olabilir. Prof. Dr. Hasan TATLI 50

51 Buz Çağları Şuan Prof. Dr. Hasan TATLI 51

52 SICAKLIK DEĞİŞİMİ ( o C) BUZ-ÇAĞI DÖNGÜSÜ, VOSTOK, ANTARTİKA GÜNÜMÜZDEN BİNLERCE YIL ÖNCE 52

53 Buzullaşma / buzullaşmada-gerileme döngüleri - onları ne etkilemiştir? Milankovitch Hipotezi: Kuzey Yarımküre'nin yaz ayları arasındaki döngüsel değişimlerine bağlı olarak ortaya çıkarlar. Bu döngüsel iklim değişiklikleri, Dünya'nın yörünge parametrelerindeki değişikliklerinden kaynaklanmaktadır. Presesyon ( yıllık döngü) Eksantriklik (100,000 ve 400,000 yıl döngüleri ile 0.00 ila 0.06 arasında değişir) Eksen eğimi (41,000 yılllık döngüsü ile 24.5 o 'dan 22.1 o 'ya değişir. Milutin Milankovitch 1920 Prof. Dr. Hasan TATLI 53

54 Milankovitch hipotezi

55 Prof. Dr. Hasan TATLI #

56 Termohalin taşıyıcı bandı Prof. Dr. Hasan TATLI #

57 Taşıyıcı bandı kapanır mı????? Prof. Dr. Hasan TATLI 57

58 Süper Sera Prof. Dr. Hasan TATLI 58

59 Prof. Dr. Hasan TATLI 59

60 Yüzey sıcaklığı ( o C) Eosen yüzey sıcaklığı (50 milyon yıl önce) Enlem O zaman Şimdi Prof. Dr. Hasan TATLI 60

61 Kuzey Kanada (bugün) Prof. Dr. Hasan TATLI #

62 Kuzey Kanada (50 milyon yıl önce) Prof. Dr. Hasan TATLI #

63 Nasıl bu kadar sıcak oldu?? Son 60 milyon yıl boyunca CO 2 modern Prof. Dr. Hasan TATLI 63

64 Düşük gradyan paradoksu Eosen ikliminin İklim modelleri ile simülasyonları 2000 ppm için 1000 ppm için 500 ppm için (bugünkü dğer 400 ppm) Prof. Dr. Hasan TATLI 64

65 Paleosen-Eosen Termal Maksimumu (PETM) Derin okyanus ve kutupsal sıcaklıklar yaklaşık 5 o C artıyor Prof. Dr. Hasan TATLI 65

66 Metan hidrat (yanan buz) Prof. Dr. Hasan TATLI 66

67 Doğal metan hidrat yatakları Prof. Dr. Hasan TATLI 67

68 Metan Hidratların dağılımı (yaklaşık tümü 5 GT) Prof. Dr. Hasan TATLI 68

69 Büyük iklim deneyi: Buzul ikliminde PETM benzeri bir olay Günümüzden 56 milyon yıl önce Paleosen-Eosen Termal Maksimum (PETM), muhtemelen modern iklim değişikliğinin en iyi antik-benzeridir (analojisi). PETM, bin yıl içinde 2000 GT karbonun (1 gigaton bir milyar ton) girdisi ile 5 o C'den fazla ısınmaya neden olmuştur (aslında son 50 yıldaki ısınma oranlarından biraz daha yavaştır). Prof. Dr. Hasan TATLI 69

70 Büyük iklim deneyi: Buzul ikliminde PETM benzeri bir olay atmospherik pco 2 (ppm) past CO 2 record from ice cores Gelecekteki CO 2 (bilinen tüm fosil yakıt rezervlerinin mevcut oranlarda yakılmaya devam edilirse) Gelecek (yakılma oranı 1/5 e kadar azaltılırsa) zaman (kyıl) Kyıl = kilo yıl =bin yıl Prof. Dr. Hasan TATLI 70

71 Sonuç Birçok ve karmaşık geri bildirim mekanizmaları nedeniyle, iklim dışsal pertürbasyonlara karşı oldukça hassas olabilir. Dünya tarihi boyunca iklim değişkenliği büyük ve genellikle hızlıydı Bu değişkenliğin çoğunu açıklamak için hala büyük bir çaba sarfediyoruz. Geçmişte bilinen bir benzeri olmayan bir iklim durumu oluşturuyoruz!!! Prof. Dr. Hasan TATLI 71

72 Ünite 13 ün sonu Prof. Dr. Hasan TATLI 72

73 Dersin Ana Kaynak Kitapları (text books): 1. Murat Türkeş. (2010). Klimatoloji ve Meteoroloji, Kriter Yayınevi, İstanbul. 2. Steven A. Ackerman, John A. Knox. (2015). Meteoroloji - Atmosferimizi Anlamak. Çeviri Editörleri: Kadıoğlu M, Çakır S., NOBEL Akademik Yayıncılık. İstanbul. 3. John M. Wallace and Peter V. Hobbs. (2006). Atmospheric Science: An Introductory Survey, 2nd edition, Academic Press. 4. Ahrens C. and Donald T. (2003). Meteorology Today: An Introduction to Weather, Climate, and The Environment. Brooks, Cole. Yararlanılan Diğer Kaynaklar: 1. IPCC. The Intergovernmental Panel on Climate Change (2007). Fourth Assessment Report, Climate Change Holton, J R. (1992) An Introduction to Dynamic Meteorology. Third Edition, Academic Press. Prof. Dr. Hasan TATLI 73