أكثر

3.6: فهم خصائص درجة حرارة الغلاف الجوي - علوم الأرض

3.6: فهم خصائص درجة حرارة الغلاف الجوي - علوم الأرض


يمكننا الآن أن نبدأ في فهم أسباب المظهر الجانبي النموذجي لدرجة الحرارة في طبقة التروبوسفير. كتل هوائية مختلفة لها تواريخ مختلفة وكميات مختلفة من مزيج الماء والنتيجة هي ملف تعريف نموذجي لدرجة حرارة التروبوسفير التي لها معدل زوال (5-8) كيلو كم-1.

إذا تم تحديد ملامح درجة حرارة الغلاف الجوي فقط من خلال الرطوبة الجوية ، فإن كتل الهواء الأكثر جفافاً سيكون لها معدلات زوال تشبه إلى حد كبير معدل الزوال الحراري الجاف ، وفي هذه الحالة نتوقع أن السماء سيكون بها سحب أقل وأرق. قد يكون للكتل الهوائية الرطبة معدلات زوال أقرب إلى معدل الزوال الكاظمي الرطب ، مما يؤدي إلى سماء مليئة بالغيوم على ارتفاعات عديدة.

لكن العديد من العمليات تؤثر على درجة حرارة الهواء على ارتفاعات مختلفة ، بما في ذلك خلط طرود الهواء ، وأحيانًا حتى من طبقة الستراتوسفير ، والمطر وتبخر المطر. يلعب تبادل الأشعة تحت الحمراء بين سطح الأرض والسحب والغازات الممتصة للأشعة تحت الحمراء (أي بخار الماء وثاني أكسيد الكربون) أيضًا دورًا رئيسيًا في تحديد ملف درجة حرارة الغلاف الجوي ، كما سنوضح في درس إشعاع الغلاف الجوي. يمكن أن يكون للملفات الشخصية معدلات زوال محلية يمكن أن تكون في أي مكان من أقل من معدل زوال ثابت الحرارة الرطب إلى أكبر من معدل زوال ثابت الحرارة الجاف. انظر بعناية إلى ملف تعريف درجة الحرارة أدناه. سترى أدلة على العديد من هذه العمليات مجتمعة لجعل ملف تعريف درجة الحرارة على ما هو عليه.

الائتمان: NCAR

إذا قمنا بتوسيط كل هذه الملامح معًا على مدار العام بأكمله ، فيمكننا التوصل إلى ملف تعريف نموذجي لدرجة حرارة التروبوسفير. وفقًا لمنظمة الطيران المدني الدولي (Doc 7488-CD ، 1993) ، تبلغ درجة حرارة الغلاف الجوي القياسي 15اC على السطح ، بمعدل زوال قدره -6.5اC من 0 كم إلى 11 كم ، ثابت من 11 كم إلى 20 كم ، ومن ثم يكون معدل الزوال الإيجابي 1اج من 20 كم إلى 32 كم في الستراتوسفير. على الرغم من أن هذا الملف القياسي يمثل تمثيلًا جيدًا لملف جانبي متوسط ​​عالميًا ، فمن غير المرجح أن يكون هذا المظهر الجانبي لدرجة الحرارة قد شوهد على الإطلاق باستخدام مسبار لاسلكي.

يمكّننا الجمع بين معرفة الاستقرار ومعرفة العمليات الرطبة من فهم سلوك السحب في الغلاف الجوي. تُظهر الصورة التالية لبخار الماء المنبعث من برج التبريد في مفاعل ثري مايل آيلاند النووي بالقرب من هاريسبرج ، السلطة الفلسطينية أن بخار الماء يتكثف بسرعة ليشكل سحابة. تصعد السحابة ، لكنها تصل بعد ذلك إلى مستوى تتطابق كثافته عنده مع كثافة الهواء المحيط. ثم تتوقف السحابة عن الصعود وتبدأ في الانتشار.

الائتمان: دبليو برون


تظهر الأوراق التي تم تعليقها بواسطة التيارات الهوائية الصاعدة فوق الرادياتير المبدأ المهم المتمثل في ارتفاع الهواء الدافئ.

لماذا يرتفع الهواء الدافئ؟شكل في الاعلى)؟ يمكن لجزيئات الغاز أن تتحرك بحرية ، وإذا لم تكن محتواة ، كما هي في الغلاف الجوي ، فيمكنها أن تشغل مساحة أكبر أو أقل.

  • عندما تكون جزيئات الغاز باردة ، فإنها تكون بطيئة ولا تشغل مساحة كبيرة. مع وجود نفس عدد الجزيئات في مساحة أقل ، تكون كثافة الهواء وضغط الهواء أعلى.
  • عندما تكون جزيئات الغاز دافئة ، فإنها تتحرك بقوة وتحتل مساحة أكبر. كثافة الهواء وضغط الهواء أقل.

يكون الهواء الأكثر دفئًا والأخف طفوًا من الهواء البارد فوقه ، لذا فهو يرتفع. ثم يغوص الهواء الأكثر برودة ، لأنه أكثر كثافة من الهواء الموجود تحته. هذا هو الحمل الحراري ، والذي تم وصفه في فصل الصفائح التكتونية.

الخاصية التي تتغير بشكل لافت للنظر مع الارتفاع هي درجة حرارة الهواء. على عكس التغير في الضغط والكثافة ، الذي ينخفض ​​مع الارتفاع ، فإن التغيرات في درجة حرارة الهواء ليست منتظمة. التغيير في درجة الحرارة مع المسافة يسمى أ تدرج درجة الحراره.

ينقسم الغلاف الجوي إلى طبقات بناءً على كيفية تغير درجة الحرارة في تلك الطبقة مع الارتفاع ، وتدرج درجة حرارة الطبقة (شكل أقل). يختلف تدرج درجة الحرارة لكل طبقة. في بعض الطبقات ، تزداد درجة الحرارة مع الارتفاع وتتناقص في طبقات أخرى. يتم تحديد تدرج درجة الحرارة في كل طبقة من خلال مصدر الحرارة للطبقة (شكل أقل).

تتميز الطبقات الأربع الرئيسية للغلاف الجوي بدرجات حرارة مختلفة ، مما يؤدي إلى تكوين الهيكل الحراري للغلاف الجوي.

تظهر طبقات الغلاف الجوي بألوان مختلفة في هذه الصورة من محطة الفضاء الدولية.

تحدث معظم العمليات المهمة للغلاف الجوي في أدنى طبقتين: طبقة التروبوسفير والستراتوسفير.


خيارات الوصول

احصل على حق الوصول الكامل إلى دفتر اليومية لمدة عام واحد

جميع الأسعار أسعار صافي.
سيتم إضافة ضريبة القيمة المضافة في وقت لاحق عند الخروج.
سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.

احصل على وصول محدود أو كامل للمقالات على ReadCube.

جميع الأسعار أسعار صافي.


كيف تعلم البشر فهم دور الغلاف الجوي

نوقش الاحترار العالمي الناجم عن الأنشطة البشرية كثيرًا على مدى العقد الماضي ، ولا سيما منذ نشر تقرير التقييم الرابع للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) وفيما يتعلق بمساهمة الفريق العامل الأول بشأن الأساس العلمي لتغير المناخ (سولومون 2007). ). كانت المساهمات البشرية والطبيعية في تغير المناخ أيضًا محورًا رئيسيًا للأبحاث المنشورة على مدار العقد الماضي: تم تحديدها مؤخرًا بواسطة كوك وآخرون. (2013) ، الذي فحص محتوى أكثر من 11000 ملخص من الأوراق البحثية التي تتناول تغير المناخ خلال الفترة 1991-2011 لإثبات درجة عالية من الإجماع حول الأسباب البشرية للاحترار العالمي. ليس ضمن نطاق هذه الورقة مراجعة طبيعة أو أسباب تغير المناخ ، والتي تمت مراجعتها بدقة في مكان آخر (Stocker 2014). من الواضح الآن أن عواقب تغير المناخ الذي يسببه الإنسان واضحة بالفعل وتحفز المجتمع على تغيير سلوكه. ومع ذلك ، فإن الاستجابة العالمية لخفض الانبعاثات لا تزال بطيئة إلى حد ما. نجادل هنا بأن الهدف المتمثل في تحقيق قبول مجتمعي واسع النطاق للحاجة إلى الانتقال إلى مزيج طاقة عالمي منخفض الكربون يتم تحقيقه على أفضل وجه من خلال شرح أهمية حماية الغلاف الجوي للأرض. يتم ذلك ببساطة من خلال سرد تاريخ اكتشاف تأثير غازات الاحتباس الحراري.

اكتشف عالم الرياضيات الفرنسي جوزيف فورييه لأول مرة أن الغلاف الجوي للأرض يعمل كعزل ، ويولد سطحًا أرضيًا أكثر دفئًا مما يمكن تفسيره بالإشعاع الشمسي وحده (فورييه 1824 ترجم إلى الإنجليزية بورجيس 1837). تم تطوير هذه المفاهيم فيما بعد وإضفاء الطابع الرسمي عليها فيما نشير إليه الآن بقانون ستيفان بولتزمان لإشعاع الجسم الأسود ، حيث تتناسب الطاقة التي يشعها الجسم الأسود مع القوة الرابعة لدرجة حرارة ذلك الجسم. إعادة ترتيب قانون ستيفان بولتزمان لإعطاء درجة حرارة التوازن ، تيمكافئ، لكوكب في نظامنا الشمسي يعطي: (1) أين س هو ثابت الشمس أ هو السند البياض و σ هو ثابت ستيفان بولتزمان. بافتراض قيم معقولة لـ س = 1366 واط م −2 و أ = 0.3 (بولاك 1979) يعطي توازن درجة حرارة سطح الأرض 255 كلفن (-18 درجة مئوية). الفرق بين هذه القيمة ومتوسط ​​درجة حرارة سطح الأرض الملحوظ ، عند حوالي 288 كلفن (15 درجة مئوية) ، يعطي تأثير الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي بمقدار 33 كلفن مقارنة هذا التأثير العازل للغلاف الجوي للأرض مع تأثير الغلاف الجوي الأصغر بكثير. يوضح الاحترار على سطح المريخ والتأثير الأكبر بكثير على كوكب الزهرة (بولاك 1979) الأهمية الأساسية للغلاف الجوي للأرض في الحياة على الأرض. تم تكييف النظم البيولوجية على الأرض مع الحياة على هذا الكوكب الفريد نوعًا ما ، ويلعب الغلاف الجوي دورًا حاسمًا في تحديد ظروف هذا المحيط الحيوي.

في تطوير نظرية إشعاع الجسم الأسود ، استخدم جوزيف ستيفان مجموعة من التجارب المعملية الدقيقة التي أجراها جون تيندال (1863) ، الذي كان أول من أظهر أن غازات الغلاف الجوي تمتص `` الأشعة الحرارية غير المرئية '' (الأشعة تحت الحمراء) في بطريقة غير خطية تتعلق بنوع وتركيز الغاز. أظهر تيندال أن البخار المائي كان له التأثير الأكبر ولكنه لاحظ مساهمة العديد من الغازات الأخرى منخفضة التركيز. ومع ذلك ، فقد كانت الورقة التي كتبها سفانتي أرينيوس (1896) والتي تم فيها تحديد "تأثير الاحتباس الحراري" للغلاف الجوي للأرض. افترض أرهينيوس أن امتصاص الحرارة الانتقائي في الغلاف الجوي للأرض يرجع أساسًا إلى البخار المائي وحمض الكربونيك (H2كو3) ، وأن هذا الامتصاص يختلف باختلاف الطول الموجي. باستخدام ملاحظات الأشعة تحت الحمراء للقمر (التي جمعها لانغلي وزملاؤه في مرصد أليغيني في بيتسبرغ ، ونُشر عام 1890) تمكن من حساب امتصاص الأشعة تحت الحمراء بواسطة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.2 وبخار الماء. يمكن افتراض أن الإشعاع الصادر عن البدر مصدر ثابت ، حيث أن القمر ليس له غلاف جوي ملموس ويقدم دائمًا نفس الجانب لكوكب الأرض. باستخدام قانون ستيفان (الآن قانون ستيفان بولتزمان) ، صاغ أرينيوس قانون الاحتباس الحراري الخاص به على النحو التالي: "وهكذا إذا زادت كمية حمض الكربونيك في التقدم الهندسي ، فإن زيادة درجة الحرارة ستزداد تقريبًا في التقدم الحسابي": أي ، زيادة درجة الحرارة يتناسب مع سجل ثاني أكسيد الكربون2 تركيز. للتعبير عن هذا رياضياً ، نحصل على قانون أرينيوس الأساسي لامتصاص غازات الاحتباس الحراري: (2) أين ΔF هو التأثير الإشعاعي (W · m −2) ، ج هو ثاني أكسيد الكربون2 التركيز و جا هو خط الأساس أو تركيز غير مضطرب لثاني أكسيد الكربون2. ثابت التناسب ، رقم أرهينيوس ، α، بوحدات هأ/RT (نسبة طاقة التنشيط إلى الطاقة الحرارية). بافتراض نطاق نموذجي لـ α (5.3-6.3) ، تأثير التأثير الإشعاعي لزيادة ثاني أكسيد الكربون2 يتراوح التركيز من المستوى ما قبل الصناعي البالغ 280 جزء في المليون إلى المستوى الحالي البالغ 400 جزء في المليون من 1.8 إلى 2.2 واط في المتر المربع (مع إهمال آليات التغذية الراجعة المختلفة الموضحة أدناه).

كانت رؤية أرينيوس رائعة للغاية لعدة أسباب. كان قادرًا على تحديد تأثير الامتصاص الانتقائي للحرارة في الغلاف الجوي بسبب H2O و CO2 عن طريق الاستخدام المبتكر للبيانات الفلكية - إزالة آثار التغيرات الموسمية في درجات الحرارة من أجل حل تأثير ثاني أكسيد الكربون2. حدد تحليله أيضًا تأثيرات غازات الغلاف الجوي المختلفة في سياق النظام الشمسي ككل. لقد تطور فهمنا لتأثير غازات الاحتباس الحراري بشكل كبير منذ هذه الرؤية المبكرة (Lashof & amp Ahuja 1990 Hansen وآخرون. 1997 Stocker 2014) مع تقدير الحاجة إلى فهم تأثيرات الإشعاع والامتصاص على مستويات مختلفة في الغلاف الجوي ، وآليات التغذية الراجعة المرتبطة بدورة المحيطات ومصادر ومصادر الكربون الطبيعية. نعلم أيضًا أن الغازات النزرة الأخرى (بشكل أساسي الميثان وأكسيد النيتروز ومركبات الكلوروفلوروكربون والأوزون) لها تأثير قوي في غازات الاحتباس الحراري ، مع ، على سبيل المثال ، الميثان الذي يحتوي على 3.7 مرة من احتمالية الاحترار لثاني أكسيد الكربون.2 لكل مول من الغاز (Lashof & amp Ahuja 1990). يعطي الجمع بين تأثيرات التأثير الإشعاعي لجميع انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من الأنشطة البشرية حوالي 1.5 واط متر مكعب من التأثير الإشعاعي الإضافي في الفترة 1750-2005 (فورستر وآخرون. 2007) ، مع CO2 لا يزال لها أكبر تأثير على حساب الكميات المساهمة. إن اقتران تأثير التأثير الإشعاعي هذا مع ارتفاع درجة الحرارة معقد وغير خطي: ​​ولكن بشكل عام ، فإن التأثير الإشعاعي من 0.5 - 1.3 واط لكل متر مربع يتوافق مع احترار من 2-5 درجات مئوية (Lashof & amp Ahuja 1990). عامل مهم في هذا الاقتران هو وقت بقاء غازات الدفيئة المختلفة في الغلاف الجوي. قدم Sonnemann & amp Grygalashvyly (2013) تقييمًا حديثًا لوقت إقامة ثاني أكسيد الكربون2، وشرح العوامل العديدة التي تتحكم في النطاقات المبلغ عنها في التقديرات وتنتهي بمتوسط ​​130 سنة (لنموذج خلط التوازن). أحدث تقدير لإجمالي تأثير التأثير الإشعاعي البشري المنشأ للفترة 1750-2011 هو 2.29 واط متر مربع ، مع فاصل عدم التيقن من 1.13 إلى 3.33 واط لكل متر مربع (الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ 2013).

من المهم أيضًا تقييم تأثير غازات الاحتباس الحراري في سياق النظام الشمسي ككل ، تمامًا كما فعل أرينيوس في عام 1896. إن التحكم الخارجي الأساسي في مناخ الأرض هو كثافة الإشعاع الشمسي ، والتي يتم التحكم فيها بقوة من قبل كوكب الأرض. يدور في مدار. يؤدي الانحراف والانحراف في مدار الأرض ومباشرة محور دوران الأرض إلى تغييرات دورية في المسافة بين الأرض والشمس ، وبالتالي إلى تذبذبات في التسخين الشمسي ، تسمى دورات ميلانكوفيتش بعد العمل الرائد للجيوفيزيائي والفلكي ميلوتين ميلانكوفيتش (نُشر لأول مرة) في عام 1913). تم توضيح أهمية هذه الدورات لاحقًا من خلال تحليل نظائر الأكسجين في السجل الجيولوجي ، حيث يمكن رؤية دورات ميلانكوفيتش بوضوح للتحكم في سجل المناخ على مدى آخر 500 kyr (Hays وآخرون. 1976) ، وبالفعل ، في جميع أنحاء السجل الجيولوجي.

الأهمية المحتملة لثاني أكسيد الكربون2 واستمر تأثيره على مناخ الأرض موضع نقاش وتحليل في العقود التالية (Callendar 1938 ، 1958 Revelle & amp Suess 1957) ، ثم ظهر مجددًا بعد مبادرة Keeling وآخرين (Keeling 1978) ، الذين بدأت في جمع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 بيانات التركيز في مرصد Mauna Loa في عام 1958 (الشكل 1 ب). يستمر برنامج جمع البيانات هذا في إطار معهد سكريبس لعلوم المحيطات ، وبدعم من وزارة الطاقة الأمريكية ، ومؤخراً من قبل شركة إيرث نتووركس في تطوير شبكة عالمية لرصد غازات الاحتباس الحراري. كو2 قياسات الغلاف الجوي منذ عام 1958 ، إلى جانب أول أكسيد الكربون السابق2 تمت مناقشة التركيزات المستندة إلى بيانات الجليد الأساسية على مدى 800 kyr الماضية (https://scripps.ucsd.edu/programs/keelingcurve/) على نطاق واسع وتحليلها (انظر Tans 2009). يظهرون تغيرًا مهمًا جدًا في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 التركيز (الشكل 1 ب) المقابل للانبعاثات البشرية المنشأ من ثاني أكسيد الكربون2 خلال العصر الصناعي (الشكل 1 أ).

من أجل تنسيق الجهود لفهم آثار تغير المناخ بفعل الإنسان ، تم إنشاء الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ (IPCC) من قبل المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO) وبرنامج الأمم المتحدة للبيئة (UNEP) بهدف: " لتزويد العالم برؤية علمية واضحة حول تغير المناخ وتأثيراته المحتملة '. نُشرت تقارير تقييم الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ في الأعوام 1990 و 1995 و 2001 و 2007 و 2013. وفي تقرير التقييم الرابع للفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ (2007) ، ذكر المؤلفون أن: ارتفاع درجة حرارة النظام المناخي أمر لا لبس فيه ، كما يتضح الآن من ملاحظات الزيادات في متوسط ​​الهواء العالمي ودرجات حرارة المحيطات ، وذوبان الثلوج والجليد على نطاق واسع وارتفاع متوسط ​​مستوى سطح البحر العالمي. كما ذكر تقرير الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (2007) ما يلي: صنفت إحدى عشرة سنة من السنوات الاثنتي عشرة الماضية (1995-2006) بين السنوات الاثنتي عشرة الأكثر دفئًا في السجل الفعال لدرجة حرارة سطح الأرض (منذ 1850) [وأن] معظم الزيادة الملحوظة في العالم من المحتمل جدًا أن يكون متوسط ​​درجات الحرارة منذ منتصف القرن العشرين بسبب الزيادة الملحوظة في تركيزات غازات الدفيئة البشرية المنشأ. كانت الردود على هذه الجهود من قبل الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ متنوعة للغاية. مُنحت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ جائزة نوبل للسلام في عام 2007 لعملها في مجال تغير المناخ. ومع ذلك ، فقد أثار تقرير الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ (2007) أيضًا انتقادات كبيرة بشأن المبالغة المزعومة في آثار تغير المناخ بفعل الإنسان وبشأن بعض الأخطاء المحددة في التقرير ، لا سيما فيما يتعلق بالادعاء بأن الأنهار الجليدية في الهيمالايا يمكن أن تختفي بحلول عام 2035. اعترفت الهيئة الحكومية الدولية فيما بعد ببعض الأخطاء أخطاء محددة لكنها أعادت تأكيد استنتاجاتها الرئيسية ووافقت على تشديد إجراءات المراجعة (IPCC 2010). ركز تقرير التقييم الخامس للفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ (AR5) ، الذي تم الانتهاء منه في عام 2013 ، على أساس العلوم الفيزيائية لتغير المناخ ، مع العديد من مجموعات العمل التي تبحث في أجزاء مختلفة من نظام المحيط والغلاف الجوي. تقرير مجموعة العمل 1 (Stocker وآخرون. 2013) العمل على تحديد كمي أفضل لعمليات وأسباب تغير المناخ ، مع إيلاء اهتمام خاص لمعالجة عدم اليقين ، في حين واصل ملخص صانعي السياسات (IPCC 2013) التأكيد على أهمية التأثيرات التي من صنع الإنسان على المناخ ، حيث ذكر ما يلي: من المحتمل جدًا أن يكون التأثير البشري هو السبب الرئيسي للاحترار منذ منتصف القرن العشرين.

يوضح الشكل 2 إحدى مجموعات البيانات الموجزة من الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (2013) ، مما يوضح الفهم الحالي للعلاقة بين متوسط ​​درجة حرارة سطح الأرض وإجمالي تراكم ثاني أكسيد الكربون العالمي.2 الانبعاثات. بمقارنة نتائج النموذج للفترة التاريخية (1870-2010) مع مجموعة مختارة من النماذج الأمامية لدورة الكربون المناخية حتى عام 2100 (يُطلق عليها "مسارات التركيز التمثيلية" (RCPs)) ، يوضح الرسم البياني التأثيرات المحتملة على درجة الحرارة العالمية في الداخل. نطاقات عدم اليقين المقدرة (المنطقة المظللة المسمى نطاق RCP). تكمن الزيادة التاريخية في درجات الحرارة بحوالي 1 درجة مئوية ضمن نطاقات عدم اليقين وتؤكد ، بما لا يدع مجالاً للشك ، أن التأثير الإضافي لظاهرة الاحتباس الحراري ناتج عن انبعاثات بشرية المنشأ. الارتفاع المتوقع في درجة الحرارة خلال عام 2100 يتراوح بين 2 و 5 درجات مئوية (اعتمادًا على سيناريو نموذج RCP المتبع) ، وهو ما يمثل ما بين 6 و 15٪ من تأثير الاحتباس الحراري الطبيعي لنظام الأرض. انظر التعليق على الشكل 2 والهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (2013) لمزيد من المناقشة للافتراضات والنماذج المستخدمة.

ارتفاع متوسط ​​درجة حرارة السطح العالمية كدالة لإجمالي تراكم ثاني أكسيد الكربون العالمي2 الانبعاثات من خطوط الأدلة المختلفة. هذا الرقم ، SPM.10 من IPCC 2013 ، مستنسخ بإذن. تتم مقارنة نتائج النموذج للفترة التاريخية (1860 - 2010) مع نتائج التسلسل الهرمي للنماذج الأمامية لدورة الكربون المناخ لمجموعة من السيناريوهات ، تسمى مسارات التركيز التمثيلية (RCP) حتى 2100. كل RCP معروض (RCP 2.6 ، 4.5 و 6.0 و 8.5) هو نتيجة نموذج متعدد لدورة المناخ والكربون ، مع عرض المتوسطات العقدية كنقاط. ترتبط المتوسطات العقدية بخطوط مستقيمة. تتم الإشارة إلى نتائج النموذج خلال الفترة التاريخية (1860-2010) باللون الأسود. يوضح العمود الملون الانتشار متعدد النماذج على سيناريوهات RCP الأربعة ويتلاشى مع تناقص عدد النماذج المتاحة في RCP8.5. يمثل الخط الأسود الرفيع والمنطقة الرمادية متوسطًا ونطاقًا متعدد النماذج للنماذج التي يتم فرضها بواسطة ثاني أكسيد الكربون2 زيادة بنسبة 1٪ سنويًا (1٪ سنويًا من ثاني أكسيد الكربون2 المحاكاة). لكمية محددة من ثاني أكسيد الكربون التراكمي2 الانبعاثات ، 1٪ سنويًا من ثاني أكسيد الكربون2 تظهر عمليات المحاكاة احترارًا أقل من تلك التي تحركها RCPs ، والتي تشتمل على مواد إضافية من غير ثاني أكسيد الكربون2 التأثيرات. تم إعطاء قيم درجة الحرارة بالنسبة لفترة الأساس 1861 - 1880 ، في حين أن الانبعاثات نسبية إلى 1870.

إنه خارج نطاق هذه المراجعة لمناقشة نتائج الهيئة الحكومية الدولية (IPCC) بمزيد من التفصيل ، لا سيما وأن أهداف الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ هي تلخيص ومراجعة الأعمال المنشورة حول العديد من الموضوعات المعنية. بل هدفنا هو وضع هذا العمل في سياقه التاريخي. تتوافق استنتاجات مجموعة العلماء التابعة للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ إلى حد كبير مع الأعمال السابقة ، بما في ذلك أرينيوس (1896) ، وعلى سبيل المثال ، شنايدر (1975) ، الذي جادل بأن الاحتباس الحراري بسبب مضاعفة ثاني أكسيد الكربون2 ستكون الانبعاثات في حدود 1.5 - 3 درجة مئوية (على أساس النمذجة المناخية). في السنوات الأخيرة ، وباستخدام مجموعة واسعة من القياسات الأرضية والقياسات المعتمدة على الأقمار الصناعية ، أصبح بإمكاننا قياس تأثير غاز ثاني أكسيد الكربون في الاحتباس الحراري.2 بشكل مباشر أكثر ، وذلك ببساطة عن طريق مراقبة طيف إشعاعات الأشعة تحت الحمراء الأرضية من الفضاء. يوضح الشكل 3 (من Sportisse 2010) طيفًا محسوبًا لإشعاع الأرض لغلاف جوي قياسي كما سيتم قياسه بواسطة جهاز استشعار على ارتفاع 70 كم. توزيعات انبعاثات بلانك للجسم الأسود معطاة لدرجات حرارة مختارة (بالكلفن) مع الإشارة إلى غازات الاحتباس الحراري المقابلة بالقرب من قمم الامتصاص. ببساطة ، يجب أن تصدر الأرض التي يبلغ متوسط ​​درجة حرارة سطحها 15 درجة مئوية (أو 288 كلفن) إشعاعًا قريبًا من منحنى انبعاثات الجسم الأسود 300 كلفن: ومع ذلك ، فإن بعض غازات الدفيئة (CH4يا3، CO2، ح2O) تسبب امتصاصًا كبيرًا عند أطوال موجية معينة ، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة غازات الاحتباس الحراري. تم أيضًا قياس تأثير الدفيئة باستخدام القياسات الأرضية من خلال مقارنة موقعين على مدار فترة 10 سنوات (Feldman وآخرون. 2015).

طيف الأشعة تحت الحمراء الأرضية (Sportisse 2010). يتم حساب الطيف بواسطة النموذج العددي MODTRAN للغلاف الجوي القياسي (الولايات المتحدة الأمريكية 1976 ، سماء صافية). توزيعات انبعاث الجسم الأسود بلانك معطاة لـ 220 ، 240 ، 260 ، 280 و 300 كلفن. يشار إلى غازات الدفيئة المقابلة بالقرب من قمم الامتصاص. هذا الرقم ، من Sportisse (2010 ، الشكل 2.12) ، مستنسخ بإذن © Springer.

بالنظر إلى هذا التاريخ لاكتشاف تأثير الدفيئة كعامل مهم في التحكم في مناخ الأرض ، فمن المهم ، مع ذلك ، تقدير أن مناخ الأرض يتم التحكم فيه من خلال العديد من العوامل ، والتي يمكن تلخيصها على نطاق واسع في ثلاث مجموعات:

العوامل الخارجية المتعلقة بالنظام الشمسي - دورات ميلانكوفيتش ودورات التسخين الشمسي

عوامل نظام الأرض - بشكل أساسي دوران المحيطات والانفجارات البركانية

العوامل الجوية - تأثيرات غازات الاحتباس الحراري بشكل أساسي.

نشر Foster & amp Rahmstorf (2011) تحليلًا شاملاً لدرجة الحرارة العالمية على مدار الثلاثين عامًا الماضية ، وفصل التأثيرات الخارجية (الخارجية) عن تأثيرات الاحتباس الحراري المستنبطة. أظهر تحليلهم أن ظاهرة النينيو / التذبذب الجنوبي (النمط السائد لدورة المحيط الهادئ) له أكبر تأثير خارجي على درجة الحرارة العالمية في هذه الفترة. تسبب انفجاران بركانيان (El Chichon في المكسيك في عام 1982 وجبل بيناتوبو في الفلبين في عام 1991) في تبريد كبير لمدة نصف عام تقريبًا بعد الانفجارات ، ولكن في غضون عام تعافت درجة الحرارة. إن تأثير دورة البقع الشمسية الشمسية التي تبلغ 11 عامًا تقريبًا واضح جدًا - مما يتسبب في تباين يبلغ حوالي 0.2 درجة مئوية. يوضح تحليلهم كيف يمكن تحديد العوامل المختلفة التي تؤثر على درجة حرارة الأرض وقياسها ، والأهم من ذلك ، فصلها عن تأثيرات ثاني أكسيد الكربون.2 الانبعاثات في المائة عام الماضية. بخصوص التغيرات في درجات الحرارة على مدى فترة زمنية أطول ، Otterå وآخرون. نشر (2010) تحليلاً للتغيرات المناخية في نصف الكرة الشمالي على مدى الـ 600 عام الماضية ، حيث يجمع بين البيانات المفيدة ، وسجلات المناخ البديلة ، والنمذجة المناخية لمعالجة التغيرات طويلة المدى والضوابط على المناخ. وخلصوا إلى أن التقلبات المناخية خلال هذه الفترة تخضع ، إلى حد كبير ، للتغيرات في العوامل الخارجية ، أي التأثير المناخي الشمسي والبركاني. ومع ذلك ، من خلال مقارنة النماذج مع وبدون تأثيرات تأثير غازات الدفيئة ، خلصوا أيضًا إلى أن التأثير الخارجي لا يمكن أن يفسر الاحترار في أواخر القرن العشرين. يعتبر تحليلهم ذا قيمة خاصة لأنه يحدد آثار الاحترار الناتج عن غازات الاحتباس الحراري المعدلة في القرن العشرين في سياق الاتجاهات طويلة الأجل وآثار التأثير الخارجي.

إن الحجة العلمية للحاجة الملحة لحماية غلافنا الجوي من التأثير الضار لانبعاثات غازات الدفيئة البشرية المنشأ أصبحت الآن ساحقة. بينما ستستمر مناقشة التأثيرات المحتملة لهذه الانبعاثات التي يسببها الإنسان على مناخ الأرض بالتأكيد ، فإننا نجادل هنا بأن الدافع الأساسي لتغيير السلوك البشري يجب أن يعتمد على تقدير مبادئ فيزياء الغلاف الجوي (ملخصة في الشكل 4). منذ التحديد الأول لدور الغلاف الجوي (فورييه 1824) في التحكم في درجة حرارة سطح الأرض ، طورنا تدريجياً فهمنا للأهمية الحاسمة للغازات الجوية في الحفاظ على بيئة سطحية عادلة ، كافية لاستدامة السكان والمحيط الحيوي التي يعتمد عليها هؤلاء السكان.

ملخص التدفقات الإشعاعية في الغلاف الجوي للأرض (التدفقات على أساس Pidwirny 2006).


مراجع

بتلر ، إيه إتش ، وآخرون. (2015) ، تحديد الاحترار المفاجئ في الستراتوسفير ، ثور. أكون. ميتيورول. المجتمع ، 96 ، 1913 - 1928 ، https://doi.org/10.1175/BAMS-D-13-00173.1.

تشارلتون ، إيه جيه ، وإل إم بولفاني (2007) ، نظرة جديدة على الاحترار المفاجئ في الستراتوسفير: الجزء الأول. J. Clim. ، 20 ، 449-469 ، https://doi.org/10.1175/JCLI3996.1.

تشاو ، ج.ل ، وآخرون. (2012) ، تأثيرات الأيونوسفير على خط العرض الاستوائي والمنخفض أثناء أحداث الاحترار المفاجئ في الستراتوسفير ، علوم الفضاء. القس ، 168 ، 385-417 ، https://doi.org/10.1007/s11214-011-9797-5.

جونشارينكو ، ل.ب ، وآخرون. (2010) ، تأثير الاحترار المفاجئ في الستراتوسفير على شذوذ التأين الاستوائي ، جي جيوفيز. الدقة ، 115 ، A00G07 ، https://doi.org/10.1029/2010JA015400.

Karlsson ، B. ، H. Körnich ، and J. Gumbel (2007) ، دليل اقتران الستراتوسفير والميزوسفير بين نصف الكرة الأرضية المشتق من خصائص الغيوم الليلية ، الجيوفيز. الدقة. Lett. ، 34 ، L16806 ، https://doi.org/10.1029/2007GL030282.

كيدستون ، ج ، وآخرون. (2015) ، تأثير الستراتوسفير على التيارات النفاثة التروبوسفيرية ومسارات العواصف والطقس السطحي ، نات. Geosci. ، 8 ، 433-440 ، https://doi.org/10.1038/ngeo2424.

Körnich ، H. ، and E.Becker (2010) ، نموذج بسيط للاقتران بين نصف الكرة الأرضية لدوران الغلاف الجوي الأوسط ، حال. دقة الفضاء. ، 45 ، 661-668 ، https://doi.org/10.1016/j.asr.2009.11.001.

Labitzke ، K. (1987) ، Sunspots ، QBO ، ودرجة حرارة الستراتوسفير في المنطقة القطبية الشمالية ، الجيوفيز. الدقة. Lett. ، 14 عامًا 535-537 ، https://doi.org/10.1029/GL014i005p00535.

ماتسونو ، ت. (1971) ، نموذج ديناميكي للاحترار المفاجئ في الستراتوسفير ، J. أتموس. علوم ، 28 ، 1،479–1،494، https://doi.org/10.1175/1520-0469(1971)028<1479:ADMOTS>2.0.CO2.

Pedatella ، N.M ، وآخرون. (2014) ، تقلب الأيونوسفير خلال SSW لعام 2009: تأثير المد والجزر القمري وآليات إنتاج تقلب كثافة الإلكترون ، جي جيوفيز. الدقة. فيزياء الفضاء ، 119 ، 3828-3843 ، https://doi.org/10.1002/2014JA019849.

Reichler ، T. ، et al. (2012) ، ارتباط الستراتوسفير بتقلبية مناخ المحيط الأطلسي ، نات. Geosci. ، 5 ، 783-787 ، https://doi.org/10.1038/ngeo1586.

شيرهاغ ، ر. (1952) ، انفجارات القوالب ، ستراتوسفارينيروارمونغ ديس سباتوينترز 1951/52 ، بير. Dtsch. Wetterdienstes، 6، 51–63.

Thompson، D.WJ، and J.M Wallace (1998) ، توقيع التذبذب في القطب الشمالي في حقول الارتفاع الجيوبوتيولوجية ودرجات الحرارة في فصل الشتاء ، الجيوفيز. الدقة. Lett. ، 25 عامًا 1،297 - 1300 ، https://doi.org/10.1029/98GL00950.

تريباثي ، O. P. ، وآخرون. (2015) ، إمكانية التنبؤ بالستراتوسفير خارج المداري على نطاقات زمنية شهرية وتأثيرها على مهارة التنبؤات التروبوسفيرية ، س: جي آر ميتيورول. المجتمع ، 141 ، 987-1،003 ، https://doi.org/10.1002/qj.2432.

يامازاكي ، واي ، إم جي كوش ، وجي تي إميرت (2015) ، دليل على تأثيرات الاحترار المفاجئ في الستراتوسفير على الغلاف الحراري العلوي المستمدة من بيانات الاضمحلال المداري الساتلي خلال 1967-2013 ، الجيوفيز. الدقة. Lett. ، 42 ، 6،180 - 6،188 ، https://doi.org/10.1002/2015GL065395.

معلومات الكاتب

NM Pedatella (البريد الإلكتروني: [email & # 160protected]) ، مرصد الارتفاع العالي ، المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي ، بولدر ، كولورادو. أيضًا في مكتب برنامج COSMIC ، المؤسسة الجامعية لأبحاث الغلاف الجوي ، بولدر ، كولورادو. جي إل تشاو ، معهد لايبنيز للغلاف الجوي الفيزياء ، جامعة روستوك ، كوهلونجسبورن ، ألمانيا إتش شميت ، معهد ماكس بلانك للأرصاد الجوية ، هامبورغ ، ألمانيا LP Goncharenko ، مرصد Haystack ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، Westford C. Stolle ، GFZ German Research Centre for Geosciences ، Potsdam K. Hocke ، جامعة برن ، سويسرا VL Harvey ، مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء ، جامعة كولورادو بولدر ب.


تقنيات قياس الغلاف الجوي

تقنيات قياس الغلاف الجوي (AMT) هي مجلة علمية دولية غير هادفة للربح مخصصة لنشر ومناقشة التطورات في الاستشعار عن بعد ، وكذلك تقنيات القياس في الموقع والمختبر لمكونات وخصائص الغلاف الجوي للأرض.

تشمل مجالات الموضوع الرئيسية التطوير والمقارنة البينية والتحقق من أدوات القياس وتقنيات معالجة البيانات واسترجاع المعلومات للغازات والهباء الجوي والسحب. يجب أن تحتوي الأوراق المقدمة إلى AMT على قياسات الغلاف الجوي ، والقياسات المختبرية ذات الصلة بعلوم الغلاف الجوي ، و / أو الحسابات النظرية لمحاكاة القياسات مع تحليل مفصل للأخطاء بما في ذلك محاكاة الأجهزة. أنواع المخطوطات التي يتم اعتبارها للنشر المُراجع من قبل الزملاء هي المقالات البحثية ومقالات المراجعة والتعليقات.

تم تحديث مقاييس دفتر اليومية وتتوفر الأرقام الحالية من نظرة عامة على مقاييس المجلة.

تم تحديث مقاييس دفتر اليومية وتتوفر الأرقام الحالية من نظرة عامة على مقاييس المجلة.

يمكن للأقمار الصناعية الكشف عن انبعاثات الميثان عن طريق قياس ضوء الشمس المنعكس من سطح الأرض والغلاف الجوي. هنا يوضح المؤلفون أنه يمكن استخدام الأقمار الصناعية التوأم Sentinel-2 التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية لمراقبة مصادر الميثان الكبيرة بشكل غير طبيعي حول العالم ، مع تغطية عالمية كل 2 و 5 أيام وبدقة مكانية 20 & thinspm.

يمكن للأقمار الصناعية الكشف عن انبعاثات الميثان عن طريق قياس ضوء الشمس المنعكس من سطح الأرض والغلاف الجوي. هنا يوضح المؤلفون أنه يمكن استخدام الأقمار الصناعية التوأم Sentinel-2 التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية لمراقبة مصادر الميثان الكبيرة بشكل غير طبيعي حول العالم ، مع تغطية عالمية كل 2 و 5 أيام وبدقة مكانية 20 & thinspm.

اعتبارًا من 1 نوفمبر 2020 ، ستكون التسوية المباشرة لرسوم معالجة المقالات (APCs) بين منشورات ETH Zurich و Copernicus صالحة للمؤلفين المقابلين.

اعتبارًا من 1 نوفمبر 2020 ، ستكون التسوية المباشرة لرسوم معالجة المقالات (APCs) بين منشورات ETH Zurich و Copernicus صالحة للمؤلفين المقابلين.

يعد التنبؤ بالطقس الشتوي على تضاريس معقدة أمرًا صعبًا للغاية نظرًا للطبيعة المتغيرة للغاية للرياح والرؤية وتساقط الثلوج. كمشروع إيضاحي بحثي (RDP) ومشروع إيضاحي للتنبؤات (FDP) للمنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO) ، تم عقد ICE-POP 2018 (التجارب التعاونية الدولية لألعاب PyeongChang 2018 للألعاب الأولمبية الشتوية وأولمبياد المعاقين) في منطقة PyeongChang من نوفمبر 2017 إلى أبريل 2018 بمساهمات من 29 وكالة من 12 دولة. كانت المنطقة فريدة جدًا من نوعها لمراقبة الطقس الشتوي الذي يتأثر بالهواء البارد وتفاعل المحيط الدافئ ، والارتفاع المفاجئ عن طريق التضاريس شديدة الانحدار بالقرب من الساحل ، والتعديل من خلال التضاريس المعقدة. كان الهدف العلمي الرئيسي هو فهم عمليات هطول الأمطار في هذه المنطقة الفريدة خلال موسم البرد وتقييم / تحسين التنبؤ من النماذج العددية القائمة على الملاحظات المكثفة. شبكات مراقبة كثيفة لرصد الهواء العلوي (ثمانية سبر ، واثنان من مؤشرات الرياح ، والسبر المحمول على متن السفن ، والمسبار المنحدر) ، والاستشعار عن بعد (ثلاثة رادارات X-Pol ، ورادار Ku / Ka-Pol وثلاثة S-Pol ، واحد S-band ، اثنان C-band, and three Doppler lidars), microphysical observation (2DVD, MASC, PIP, Parsivel, MRR, POSS, Pluvio), and surface stations (64 stations) were implemented, in particular, to observe the evolution of precipitation along and across atmospheric flows. The field experiment and real-time forecast demonstration ended and the second phase of the experiment has started for better understanding of the microphysical processes, their better representation in the numerical modeling, and further improvement of winter weather prediction through various international collaborations.

The main purposes of the special issue are

1) to document the scientific findings on the winter weather during the forecast demonstration project

2) to share scientific knowledge on processes of winter weathers that have been investigated with unprecedented dense observational networks,

3) to share current status and improved knowledge of forecasting of winter weathers, and

4) to document new retrieval and quality control methods of the operational and advanced instruments.

The special issue will include all manuscripts related to observational data, products, NWP modeling, researches on observational instrumentation, process/mechanism study, reanalysis, integration of observation and numerical modeling, and prediction of the winter weathers.


Samuel G. Philander

Research Summary: Professor Philander's interest in the tropical oceans’ response to variability in winds then coalesced into George’s abiding interest in the El Niño phenomenon. By combining these insights on the oceanic response to wind variability with earlier efforts to understand how changing sea surface temperatures affected the atmosphere, a coherent picture emerged of a coupled atmosphere-ocean phenomenon: an unstable nonlinear oscillator, with atmospheric winds responding to ocean temperatures and ocean temperatures responding to atmospheric winds. George orchestrated the research of a closely knit group of colleagues that laid the foundation of the modern understanding of this phenomenon. It was the work of George and his close colleagues that made it clear that El Niño should not be thought of as a metastable state that the climate would occasionally fall into, but that it contained the seeds of its own destruction (in particular, through the equatorial Rossby waves generated during the emergence of the El Niño state) and was best thought of as a phase of a nonlinear oscillation. George (or his Spanish-speaking wife, Hilda) coined the term La Niña for the opposite phase, a term that has entered the popular lexicon. He also wrote the first modern monograph on the subject in 1990: El Niño, La Niña, and the Southern Oscillation. MORE INFO

The Precarious Present: Is Global Warming Inhibiting an Incipient Ice Age?

نبذة مختصرة: The amplifying climate fluctuations of the past 3Myr indicate that an Ice Age is imminent, except that the current rise in atmospheric CO2 levels is inducing global warming. Forecasts of future developments by means of climate models, a reductionist approach, have significant uncertainties. Empirical predictions are also inadequate because an explanation for Ice Ages is lacking, a consequence of the questionable assumptions that polar glaciers respond primarily to local sunlight, and that the ocean obligingly provides them with fresh water which the atmosphere passively transports from low to high latitudes. These objections draw attention to the global structure of Milankovitch forcing whose main components pose the following questions. (a) How does precession, which merely redistributes sunlight over the course of a year without changing the annual average induce a 20Kyr signal? (b) How do 40Kyr obliquity oscillations, which merely redistribute sunlight spatially without changing the global average, induce 40Kyr oscillations in globally averaged temperature? (c) Could the alternating warming and cooling trends of the sawtooth signal of the past .8Kyr, and the preceding cooling trend from 3 to 1Myr, be a natural (as opposed to forced) climate mode with feedbacks sustaining trends which thresholds reverse? (The signal would be irregular, except that Milankovitch forcing is the pacemaker of its thresholds.) This reassessment of studies of past and present climates leads to tentative explanations for Ice Ages, offers a strategy for improving climate models, and predicts that rising CO2 levels will restore the “permanent” El Niño of 3Myr ago.


3.6: Understanding the Atmosphere’s Temperature Profile - Geosciences

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يجوز إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


8.1 Interpolation distance

In general, the connection between the uncertainty curves of Figs. 3 and 4 and the cross-validation evidence are worth studying. Considering both the gap size and the distance from the observations at various altitudes gives rise to hard-to-manage curve plots and a multiplicity of results. For this reason, the subsequent analysis is based on the interpolation distance in seconds, which is denoted by د and given by the geometric mean of the temporal distances of all missing data from the closest observations ذ − and ذ + in the notation of Sect. 3.

Figure 10 depicts the cross-validation RMSEs of the linear interpolation as a function of interpolation distance by altitude, namely

where avg ( ⋅ | ALT , d ) is the average of all the cross-validation terms with altitude in the layer ALT and interpolation distance د . We note that, in order to have high sampling information for both low and high interpolation distances, the graph is obtained by merging the results obtained for μجي=10 and 30 s . We also note that, thanks to the geometric distribution used in the block-bootstrap procedure in Sect. 5, we are able to consider distances larger than 30 s. In particular, Fig. 10 only depicts interpolation distances up to 70 s . Indeed, the block bootstrap with an average distance of μجي=30 s provides little testing data at larger distances, especially at high altitudes. Of course, using the same approach, longer interpolation distances may be easily explored by generating testing sets with larger μجي .

Figure 10Each line shows the cross-validation RMSE of linear interpolation as a function of the interpolation distance (s) for a specific atmospheric layer in the range of 2–37 km . The interpolation distance ( x axis) is given by the geometric mean of the distances of all missing data from the closest good data, ذ − and ذ + . The graph is obtained my merging the block-bootstrap simulations with average gap sizes μجي=10 and 30 s .

In addition, Fig. 11 depicts the corresponding graph for the linear interpolation SE ( t ∗ ) = SE ( t ∗ | s , l , b ) , given by Eq. (8), and quadratically averaged over site س , launch ل , and bootstrap replication ب , namely

The corresponding graph for the GP–SE of Eq. (10) is not reported here because it gives very close results. Indeed, not only are the two interpolation methods exchangeable, as noticed above, but their SEs are also very close, with a mean absolute difference between the two of less than 0.005 K.

Figure 11Each line shows the linear interpolation SE as a function of the interpolation distance (s) for a specific atmospheric layer in the range of 2–37 km . The depicted SE is the quadratic average of Eq. (8) for each altitude and interpolation distance in the validation data set. The interpolation distance ( x axis) is given by the geometric mean of the distances of all missing data from the closest good data, ذ − and ذ + . The graph is obtained my merging the block-bootstrap simulations with average gap sizes μجي=10 and 30 s .

Figures 10 and 11 have similar increasing behaviour, but the average linear interpolation SE is generally smaller than the corresponding RMSE and approximately equal at the very short distance د=1 s . From Eq. (7), we expect that they differ by a quantity depending on the measurement error uncertainty, σϵ . Recalling Fig. 9, the latter is very small, and it is not enough to explain such a discrepancy. Indeed, Eq. (7) would hold exactly if (i) the used GP were a perfect model for our data, (ii) its coefficients Ψ were known exactly, and (iii) the cross-validation estimation of the RMSE were exact. The latter two conditions hold approximately due to the large data set used. Hence, the SE underestimates the “true” interpolation uncertainty, primarily due to the GP model approximation.

For the above reasons, we propose a bootstrap-corrected interpolation uncertainty estimate by merging the information of the single profile (س,ل) captured by the corresponding GP and the average offset of the uncertainty given by the RMSE:

In practice, the first summand, SE, must be computed for every single profile, while the term based on MSE may be implemented as a lookup table.


What Was Earth’s Temperature During Ice Age? Here’s Why Knowing It Matters Today

A team of researchers has determined how cold it really was during the ice age.

During the Last Glacial Maximum (LGM) 20,000 years ago, glaciers covered large parts of the planet including North and South America, Europe and Asia. It was a period that was studied extensively but scientists were not clear as to how cold it was then.

The researchers of a new study, published in the journal Nature, developed models that translate the data from ocean plankton fossils to sea-surface temperatures. Combining this data with climate models of the LGM, they were able to produce a "hindcast" of what the conditions were like at the time.

They found the average temperature during the LGM was 6 degrees Celsius (11 degrees Fahrenheit) cooler than that of today, with the places that experienced the most cooling being those in higher latitudes.

"In your own personal experience that might not sound like a big difference, but, in fact, it's a huge change," study co-author Jessica Tierney of the University of Arizona Department of Geosciences said in a news release.

It is important because it sheds light on how the planet reacts to carbon in the atmosphere. During the ice age, the carbon dioxide levels were at 180 parts per million (ppm) but today they are at 415 ppm, nearly double the carbon dioxode levels during the industrial revolution, which was at 280 ppm.

As the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) explains, the carbon dioxide levels today are higher than at any other point in the past 800,000 years and this is mostly because of the burning of fossil fuels.

According to the researchers, each time that atmospheric carbon doubles, there will be a 3.4 degree Celsius (6.1 degree Fahrenheit) increase in temperature.

"The Paris Agreement wanted to keep global warming to no larger than 2.7 F (1.5 C) over pre-industrial levels, but with carbon dioxide levels increasing the way they are, it would be extremely difficult to avoid more than 3.6 F (2 C) of warming," Tierney said. "We already have about 2 F (1.1 C) under our belt, but the less warm we get the better, because the Earth system really does respond to changes in carbon dioxide."

As a greenhouse gas, carbon dioxide absorbs and radiates heat. The greenhouse effect typically helps to keep the Earth warm so that annual global temperatures will not be below freezing. But the massive increase in atmospheric carbon dioxide significantly affects the Earth's temperature.

"Increases in atmospheric carbon dioxide are responsible for about two-thirds of the total energy imbalance that is causing Earth's temperature to rise," the NOAA explains.

Having a clearer picture of the Earth's past climates can help us further understand how the Earth reacts or will react to the changes that are already happening today.

During the Last Glacial Maximum or ice age, large parts f the world were covered in massive glaciers. Photo: Kerstin Riemer/Pixabay


شاهد الفيديو: طبقات الغلاف الجوي