Vær og klima – samling med GFI

Mandag 13.02

Vannets varmekapasitet.

Våger du å holde en ballong fylt med vann over pc-en din, samtidig som du varmer den opp med en lighter? En utgave av ikke-gjør-dette-hjemme eller test fysikkens lover, innledet kurssamlingen på Naturfag 2 i februar. Vannets varmekapasitet er stor – 5000 ganger større enn kapasiteten i luft. Om ballongen er fylt med luft, vil den sprekke straks den kommer i kontakt med flammen. Er den fylt med vann, blir varmen distribuert bedre og du må koke opp vannet før plasten blir så varm at den smelter.

Med dette forsøket som innledning forklarte professor Helge Drange hvorfor varmeopptaket i havet er en så alvorlig faktor i klimaendringene. Fra 1950 og utover er det tatt opp en energimengde på enorme 35X10E22J i havet. Denne energibanken vil ikke bli borte eller brukt opp, selv om oppvarmingen av atmosfæren skulle stanse i morgen. Energimengden er så stor at den tilsvarer globalt energiforbruk i flere hundre år.

 

Midlertidig nedkjøling i drivhuset

I et påfølgende foredrag gikk Drange gjennom målinger, animasjoner og data som viser den globale oppvarmingen som er i gang. I løpet av de siste hundre årene har gjennomsnittstemperaturen på jorden økt med rundt 0,9 grader, målt mot snittet før den industrielle revolusjonen. Vi er altså godt i gang med å nå alarmnivået på 2 grader. Likevel opplever vi kalde vintre, kjølige somre og hele år med lav temperatur. På 70-tallet var vintrene strenge på Vestlandet, og i 2010 var det en ekstra kald vinter. Det er viktig å være oppmerksom på forskjellen på vær og klima. Avvikene fra den glattete klimakurven kan være store – men den går likevel bratt oppover. Vinteren 2010 er den eneste kalde vinteren dagens 20-åringer har opplevd. Det kommer kanskje flere – men trenden er tydelig. Det som også viser seg, er at sammenhengen mellom CO2 i atmosfæren og temperatur nå er snudd. Klimamodellene og tidligere målinger viser at det tidligere var slik at temperaturen først steg – så fulgte CO2-nivået etter. I vår tid er det omvendt – nivået av drivhusgasser stiger, så kommer varmeøkningen etter. Oppvarmingen er altså menneskeskapt, gjennom brenning av fossile kilder.

Stråling, drivhuseffekt og tilbakekoplinger. Professor Asgeir Sorteberg.

Jorden får tilført 340W/m2 energi fra solstråling. Ikke alt stråler tilbake – drivhusgasser absorberer en del av utstrålingen fra jorden. Netto drivhuseffekt er 155W/m2, som altså er energi som ikke ’slipper ut’ som stråling tilbake til verdensrommet. Klimasystemet er med dette i ubalanse. En ytterligere forstyrrelse kommer i form av tilbakekoblingsmekanismer. Noen tilbakekoblinger kan være negative – de svekker den initiale forandringen. De fleste er likevel positive – de forsterker den opprinnelige ubalansen. Viktige tilbakekoblinger i klimasystemet er økt mengde vanndamp i atmosfæren, økt mengde skyer, endring i de vertikale temperaturforskjellene, endring av havets CO2-opptak, økt albedoaffekt, – og enda flere. Disse mekanismene har svært stor betydning. Professor Sorteberg gikk gjennom hver enkelt, og forklarte hvordan og hvor stor effekten er. Samlet vil det være slik at dobling av CO2-konsentrasjonen ville gi 1,2 grader temperaturøkning, mens effekten vil være 3,0 grader når vi regner inn tilbakekoblingsmekanismene.

Termokamera

Professor Harald Sodemann viste et verktøy som kan være svært nyttig for forståelsen av termodynamiske prosesser. Med rimelig tilbehør til en mobiltelefon får man en kombinasjon av et termokamera og et kamera som viser omriss av objektene som blir filmet. På kurset ble kameraoppsettet prøvd på et kar med varmt og kaldt vann som blandes inn fra hver sin side. På filmen kan man følge med på prosessene med strømning, der det kalde vannet synker ned, og varmt overflatevann trekkes mot den kalde enden av karet. Muligheten for studier av termohalinske prosesser i vann er mange, og kameraet kan selvsagt brukes også i andre sammenhenger.

Isbreer og smelting av is

Nadine Steiger fra Institutt for geovitenskap gikk gjennom isbreenes dynamikk og betydning. Isbreer er karakterisert ved at de er i bevegelse. Breen vokser øverst, flyter utover og smelter eller kalver nederst. Linjen som gir skillet mellom smelting og vekst kalles livektslinje. Forskerne kan følge denne linjen gjennom årene, og se hvordan breen vokser eller minker. Norske breer smelter raskt i vår tid. Hardangerjøkulen, det kjente landemerket ved Finse, vil være helt borte i løpet av noen tiår. Breer som ligger ut over havet, som i Antarktis eller på Grønland, smelter og kalver i et samspill med vannmassene. Isbremmen smelter fra undersiden, og det dannes sprekker både fra over- og underside. I Antarktis venter man nå på at den enorme Larsen-C-barrieren vil kalve ut, og bli et av de største isfjellene som er observert.

Forskningskampanjen

Elever kan selv observere hav og atmosfære. Forskningskampanjen 2016 gir et verktøy for observasjon og bestemmelse av skyer. I arbeidet med skyene vil eleven lære om atmosfære og værsystemer. Veien videre til klimastudier eller geofysikken er åpen.

https://www.miljolare.no/aktiviteter/skyer/

På kurset ble denne og andre forskningskampanjer prøvd og demonstrert. Deltakerne arbeidet også med nettstedet https://earth.nullschool.net, som visualiserer strømmende data om hav og atmosfære.

Tirsdag 14.02:

Værsystemer

Bjerknes la i 1905 frem likningene og parameterne som er nødvendig for å varsle været. Først i 1950 klarte man ved hjelp av en datamaskin å gjennomføre beregninger og gi et værvarsel basert på numeriske beregninger. For å samle inn data til værvarsling brukes i dag både bakkestasjoner, værballonger og satellitter. Kortidsvarsel baserer seg på radarmålinger, mens værvarsel på over 6 timer baserer seg på numeriske modeller. Prognoser svært langt frem i tid må basere seg på havstrømmer og likner mer på klimamodeller. Ny maskinvare krever ny kode for beregning av værvarsel for å utnytte denne fullt ut. Usikkerheten til værvarselet beregnes på bakgrunn 50 kjøringer med litt ulike startbetingelser.

Isotopanalyse

Relativt nylig har UiB fått nye maskiner som kan registrere innholdet av ulike isotoper av vannmolekyler. H2O med et deuterium eller med O-18 isotopen skiller seg ut fra vanlig vann ved å være litt tyngre. Molekyler med disse isotopene kondenserer lettere enn ordinært H2O. Ved å sammenligne innholdet av disse isotopene med den isotopblandingen man finner i havet kan meteorologene si noe om hvor vannet vi får i hodet kommer fra.

Hvordan påvirker jordens rotasjon vær og havsystemer?

Jordrotasjonen fører til væskestrøm har avbøying mot høyre på den nordlige halvkule, og mot venstre på sørlige halvkule. Dette fører til at overflatevannet strømmer vekk fra ekvator og kaldt vann fra dypet fyller på. Dersom det er lite vind blir denne effekten mindre og vannet ved ekvator blir varmere.

Lavtrykk på nordlige halvkule roterer mot klokken og høytrykk med klokken. På den sørlige halvkule blir det motsatt.

Ved hjelp av et roterende bord kan vi simulere effektene av lavtrykk og høytrykk. Sakte roterende bord med temperaturgradient representerer en hadley-celle nær ekvator. Raskere rotasjon representerer en hadley-celle mot en pol.

Massive online course (MOOC)

GFIs MOOC – «Causes of climate change» gir anledning for enhver som måtte ønske å sette seg bedre inn i hva som påvirker klimaet og å forstå hvordan klimaet er i endring. I kurset får man også anledning til å prøve ut enkle modeller hvor parametre kan endres for å studere påvirkningen av disse på klimaet.