Fizyczne podstawy bada rodowiska Wykad I Krzysztof M
Fizyczne podstawy badań środowiska Wykład I Krzysztof M. Markowicz Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Literatura Atmospheric Science. An Introductory Survey, J. Wallace Fizyka Atmosfery, Iribarne i Cho The Atmosphere, F. K. Lutgens, E. J. Tarbuck Essentials of Meteorology, C. D. Ahrens Meteorology Today, C. D. Ahrens Fundamentals of Atmospheric Physics, M. L. Salby An Introduction to Dynamic Meteorology, J. Holton Różdżyński K. - "Miernictwo Meteorologiczne" tom I, II , Warszawa 1995 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Środowisko naturalne To całokształt wszystkich czynników: Geosfery oraz Biosfery Geosfera to cześć składowa kuli ziemskiej w skład której wchodzą, sfera stała (litosfera) , ciekła (hydrosfera) i gazowa (atmosfera) Biosfera to sfera kuli ziemskiej zamieszkała przez organizmy żywe obejmuje dolną część atmosfery, hydrosferę oraz powierzchniową warstwę Ziemi (litosfery). Ogrywa ważną role w obiegu węgla w przyrodzie. 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Hydrosfera jest powłoką Ziemi przenikającą atmosferę i litosferę obejmującą wody atmosferyczne, powierzchniowe i podziemne w postaci gazowej ciekłej i stałej. Wody hydrosfery gromadzą się w oceanach morzach, jeziorach, rzekach, bagnach, pokrywie śnieżnej i lodowej i zbiornikach wód podziemnych. Część hydrosfery obejmującą morza i oceany nosi nazwę OCEANOSFERY. W hydrosferze wyróżnia się KRIOSFERE, w której woda występuje w podstacji stałej; są to obszary zlodowaceń oraz pokrywą śnieżna jak też obszary wieloletniej zmarzliny w glebie. 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Zasoby wodne hydrosfery są stałe i wynoszą obecnie 1. 4 mld km 3 z czego : Ocean światowy to: 96. 5% Wodzy podziemne 1. 7 % Wody glebowe 0. 76% Lodowce i stała pokrywa śnieżna 1. 74% Wieczna zmarzlina 0. 022% Jeziora 0. 013% Hydrosfera jest powłoką słona jedynie 2. 5% stanowią wody słodkie 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Atmosfera - 1 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Atmosfera i. . . Litosfera Oceany Biosfera Kriosfera 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Skład atmosfery Gazy stałe Gaz Symbol % objętości Dlaczego ważny? Azot N 2 78, 08 biosfera Tlen O 2 21 oddychanie Argon Ar 0, 9 Gaz nieaktywny, właściwie nieistotny 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Skład atmosfery - Gazy zmienne Gaz Symbol % Dlaczego ważny? objętości Para wodna H 2 O 0 -4 Transport ciepła, gaz cieplarniany, uczestniczy w tworzeniu różnych zjawisk (chmury) Dwutlenek węgla CO 2 0, 036 Gaz cieplarniany, biosfera (fotosynteza) Metan CH 4 0, 00017 Gaz cieplarniany, bardziej wydajny niż CO 2 Tlenek azotu N 2 O 0, 00003 Gaz cieplarniany Ozon O 3 0, 000004 Warstwa ozonowa, pochłania UV 0, 000001 Budżet energii; tworzenie chmur Cząstki stałe (pyły, sadze), tzw aerozole 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Powstawanie atmosfery teraz Zawartość tlenu osiąga 21% 1 miliard 2 miliardy 3 miliardy 4 miliardy 1/30/2022 Zwiększa się ilość tlenu w atmosferze (szkodliwego dla wielu bakterii). Powstają organizmy oddychające tlenem. Tlen powstaje początkowo przez rozbijanie cząsteczek H 2 O pod wpływem promieniowania kosmicznego. Lekki wodór ulatnia się w przestrzeń kosmiczną. Tlen, który powstaje wchodzi w reakcje chemiczne. Atmosfera ochładza się, para wodna kondensuje, powstają rzeki i oceany. Dwutlenek węgla jest wypłukiwany z atmosfery i uwięziony w skałach i oceanach. Rozpoczyna się fotosynteza Tlenek, dwutlenek węgla, wodór, azot, para wodna Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Powstawanie atmosfery 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Rozkład śladowych gazów w atmosferze Homosfera z<100 km Heterosfera z>100 km 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Podział atmosfery 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Rozkład temperatury w atmosferze 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Rozkład temperatury w troposferze 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Zmiany klimatu Ziemskiego Anomalie średniej temperatury względem okresu 1961 -1990 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Globalne ochładzanie w stratosferze Globalne ocieplenie w troposferze 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Przyczyny zmian klimatu Efekt cieplarniany Efekt aerozolowy (bezpośredni i pośredni) Zmiany cyrkulacji oceanicznej Wybuchy wulkanów Zmienność aktywności słońca Zmiany w ozonosferze Przyczyny długookresowe Zmienność orbity ziemskiej Dryf kontynentów Zmiany składu atmosfery 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Termiczny wymiar efektu cieplarnianego gazy cieplarniane T procentowy wkład koncentracja para wodna 20. 6 62. 1% 30 ppvt CO 2 7. 2 21. 7% 350 ppmv 03 2. 4 7. 2% 50 ppbv N 2 0 1. 4 4. 2% 320 ppbv CH 4 0. 8 2. 4% 17 ppbv freony <0. 8 2. 4% 1 ppbv efekt cieplarniany 33. 2 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Procesy klimatyczne To procesy fizyczne zachodzące w atmosferze i oceanach prowadzące do zmian klimatu. Najczęściej zalicza się do nich obieg ociepla, cykl hydrologiczny oraz cyrkulację powietrza. Determinują zmiany naturalne i antropogeniczne systemu klimatycznego oraz jego odpowiedz na zaburzenia (np. wzrost koncentracji gazów cieplarnianych). Ważnym pojęciem w systemie klimatycznym są sprzężenia zwrotne, które związane są z procesami klimatycznymi. Zwiększają (sprzężenie dodatnie) lub zmniejszają (sprzężenie ujemne) zmiany w układzie wywołane pierwotnym zaburzeniem. 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Przykład sprzężenia zwrotnego w systemie klimatycznym Ziemi-Atmosfera Promieniowanie słoneczne Podwojenie koncentracji CO 2 Albedo+ Strumień ciepła utajonego i odczuwalnego T+ 1/30/2022 Ocean T- Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl ujemne sprzężenie zwrotne
Najważniejsze elementy systemu klimatycznego: Para wodna Chmury Oceany Powierzchnia ziemi, Lodowce Stratosfera z warstwą ozonu Obieg CO 2 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Zmiany klimatu związane są ze zmianą bilansu energii w układzie Ziemia-Atmosfera Zasadniczą kwestią w badaniach zmian klimatu są obserwacje składowych bilansu energii oraz studia nad rozumieniem procesów prowadzących do zmiany stanu równowagi termodynamicznej 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Międzynarodowe konwencje o przeciwdziałaniu zmianom klimatycznym. Rio de Janeiro, 1992. Deklaracja Światowej konferencji ONZ podpisana przez ponad 170 państw o ustabilizowaniu emisji gazów cieplarnianych Kioto, 1997. Podpisanie protokółu o redukcji emisji gazów cieplarnianych o 5. 2 %. Kraje rozwijające się takie jak Chiny i Indie nie podpisały go 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Monitoring Środowiska Monitoring – to system wielokrotnych obserwacji parametrów zmiennych w czasie i przestrzeni mający określony program badawczy. GEMS - Globalny System Monitoringu EEA - Europejska Agencja Ochrony Środowiska EMEP - Europejski program monitoringu i Oceny Transportu Zanieczyszczeń Powietrza na Dalekie Odległości IPCC - Międzynarodowy Panel ds. . Zmian Klimatu. 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Typy badań (pomiarów) środowiska 1) In Situ – pomiary w miejscu (ustalone , , h, t) 2) Metody teledetekcyjne (zdalne) przy wykorzystaniu fal elektromagnetycznych (mikrofale, ultrafiolet, promieniowanie widzialne i podczerwone) fale akustyczne. Pozwalają wyznaczyć rozkład przestrzenny parametru 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Fizyka Pomiarów WE czujnik przetwarzanie wzorzec 1/30/2022 wskaźnik kalibracja Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl WY
Nowoczesne Systemy zbierania i przetwarzania danych czujnik przetwarzanie wskaźnik rejestracja inne przyrządy model wskaźnik 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl analiza
Parametry opisujące czujnik Czułość (sensitivity) S=d(Wy)/d(We) pochodna krzywej kalibracyjnej. 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
Rozdzielczość (resolution) - najmniejsza zmiana wielkości na wejściu jaka można wykryć na wyjściu Precyzja (precision) – minimum odchylenia od wartości najbardziej prawdopodobnej Dokładność (odtwarzalność) – precyzja + zgodność z wybranym wzorcem Ponadto: Zakres – określa dynamikę przyrządu Histereza powtarzalność pomiaru w rożnych warunkach Próg działania (np. anemometr) 1/30/2022 Krzysztof Markowicz kmark@igf. fuw. edu. pl
- Slides: 31