5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Hur fungerar växthuseffekten?
Professor Lennart Bengtsson
 Environmental System Science Centre
University of Reading, UK
Max Planck institute for Meteorology
Hamburg, Germany
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Vad vet vi om växthusgaserna
•Är känd och påvisad sedan första hälften av 1800-talet.
•En enkel strålningsbalansräkning visar att jordenstemperatur skulle vara ca 33 C lägre utanväxthusgasernas inflytande.  Den nuvarandekoncentrationen av koldioxid bidrar med ca 7C
•Vattenånga, Koldioxid, Metangas, Freongaser etc ärexempel på naturliga och artificiella  växthusgaser
•Det är mycket stora skillnader mellan uppehållstiden iatmosfären, varierande från ca 1 vecka  (vattenånga)till 10 000 år eller längre ( som SF6)
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Varför varierar jordens klimat
•Variationer i solstrålningen
•Variationer i jordbanan
•Ändringar i atmosfärens sammansättning
•Variationer i naturliga och antropogena aerosoler
•Interna variationer i klimatsystemet
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Temperaturändringar
•Den globala temperaturen vid jordytan
•Regionala temperaturändringar
•Temperaturen i troposfär och stratosfär
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Johannessen et al. 2003
Temperature anomalies
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Arctic temperaturesafter Walsh and Polyakov et al.
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
tropo_temp
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
 TSI  (1978-2005)    After C Frolich (2005)ISSI, Bern
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Vilka är de troliga orsakerna till den globalauppvärmningen under de seanaste 100 åren
•Externa effekter kan sannolikt uteslutas åtminstone efter 1978 då vi harnoggranna satellitmätningar
•Effekten av vulkaniska aerosoler är numera väl kända efter studier avEl Chichon(1984) och Pinatubo(1991). Avkylningen är begränsad till1+3 år
•Icke-klimatbetingade ändringar i jordytans albedo  kan vidare uteslutas
•Naturliga variationer är mindre och är mer regionala till sin natur
•Uteslutningsmetoden ger att den troligaste  orsaken är ändringar  iatmosfärens sammansättning och i aerosolerna
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
06
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Annual increase in GHG forcing1958-2003
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Växthuseffekten
•Kan den observeras
•Hur  stor är den
•Hur påverkar den temperaturen i atmosfären
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
•The greenhouse effect
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
•The greenhouse effect
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
An Assessment of Climate Feedbacks in Coupled Ocean-Atmosphere ModelsSoden and Held, July 2006, Journal of Climate
•Investigating  14 climate models used in the IPCC 4th assessment using SRESA1B scenario
•Water vapor provides the largest positive feedback and the strength of thisfeedback can be estimated assuming constant relative humidity in all models
•Surface albedo provide a positive feedback for all models
•Clouds provide the largest source of uncertainty in current model projections,but provide a positive feedback in all models
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Hur reagerar klimatsystemet
•Återkopplingseffekter förstärker uppvärmningen
•Vattenånga som följer temperaturen
•Markytans albedo ( mindre snö och is)
•Senaste modellberäkningar visar att även molneffekten bidrar(huvudsakligen minskade stratiforma moln)
•Temperaturändringen är ej direkt korrelerad med den direktastrålningseffekten utan snarare med återkopplingseffekterna
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
•The feedback problem
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
•The feedback problem
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
•The feedback problem
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
•Feedback results from differentmodels
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Hur stor är växthuseffekten
•En fördubbling av  momentant reducerad utstrålning på ca 4Wper m2
•Det totala bidraget motsvarar en temperaturökning på 2-4 C
•På grund av klimatsystemets tröghet anpassar sig klimatetlångsamt ( åtskilliga decennier) till denna högre temperatur.klimatsystemet är i obalans då utstrålningen är mindre äninstrålningen
•Följaktligen finns en icke realiserad temperaturhöjning på ca 0.7C
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Climate+Carbon Cycle Feedback Analysis. Results from theC4MIP Model IntercomparisonFriedlingstein et al, July 2006, Journal of Climate
•There was unanimous agreement among models that futureclimate change will reduce the efficiency of the  Earthsystem to absorb the anthropogenic carbon perturbation.
•By the end of the  21st century the additional CO2 variedbetween 20 and 200 ppm, the majority of models lyingbetween 50 and 100 ppm
•The additional warming ranging between 0.1 and 1.5 C
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Naturliga klimatvariationer
•Klimatet varierar naurligt
•En av de största bidragen kommer från El Nino
•Mycket stora klimatvariationer har vi i inte minst i Europa ochArktis
•Dessa variationer är  signifikanta och kan dominera klimatet iflera decennier
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Ensemble climate trends averaged for
different time-periods
(T/decade)
1-30 years                                                               1-80 years
BCM_CMIP2_trends_zm_tas_ann
 
 
BCM_CMIP2_trends_zm_tas_1-30_ann
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
del_knut2000_1
del_knut2000_2
Delworth and Knutson, 2000
Monte-Carlo simulations with a coupled AO GCM: one out five simulations almostperfectly reproduced the observed global temperature variability.
obs
exp 3
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
good-cases
20th Century (20C3M)
11/20 models have decadal signal
PIcntrl (Control Runs)
10/20 models havedecadal signal
IPCC AR4 Arctic Temperature Anomalies by AOGCMs
Courtesy, J Overland
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
•Predictability of snow in Germany
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Köppen climate zones
     Main groups
•A:  Tropical rainy climate, all months > +18 C
•B:  Dry climate, Evaporation > Precipitation
•C:  Mild humid climate, coldest month +18 C - -3 C
•D:  Snowy - forest climate, coldest month < -3C but warmest > +10
•E:  Polar climate , warmest month < +10 C
•ET: Tundra climate, warmest month > 0 C
•Subgroups
•f :  Moist, no dry seasons
•w: Dry season in winter
•s : Dry season in summer
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
ECHAM5
simulated
ERA40
determined
from analyses.
Köppen climate zones
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Coupled
Model
T63L31
Presentclimate
Futureclimate
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Storm tracks at high NAO ( >2 sd, left) and low NAO ( < 2 sd, right)Intensity and density (top)and generation (below)
fig5_nup_txt
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
Storm track density  difference between scenario A1B ( aver. cond. 2071-2100 and (aver. cond. 1961-1990) for the ECHAM 5 model. NH left and SH right.Note the poleward change of the storm track at  the SH
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
END
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala
T213 Cyclones (>1x103 sec-1), 1960-1990.
erich1
erich2
Simulation of hurricane trajectory during 30 years
ECHAM5 model at T213 resolution
Storms with 850 mb max. vorticity stronger than 10-3 s-1
Selectedstormtrajectory
5-6 September 2006
NMM 25, Uppsala