Voldsomt vejr og nedbør/monsterregn

Transkript

1 Voldsomt vejr og nedbør/monsterregn Aksel Walløe Hansen Lektor (meteorologi og klima) Viceinstitutleder, undervisning Niels Bohr Institutet Dias 1

2 Voldsomt vejr, monsterregn (styrtregn/skybrud) og vand i overflod ligger højt på dagsordenen! Holbæk, December, 2013 Lyngbyvej 100, Juli 2, 2011 Sker det oftere? Skyldes det global opvarmning? Er det blot tilfældige begivenheder? Eller en konsekvens af den menneskeskabte infrastruktur? Dias 2

3 Dias 3

4 Konvektiv nedbør, ekstrem intens nedbør Aktuelt tilfælde: Genova Oktober 2014 Dias 4

5 Voldsomt vejr I form af individuelle begivenheder (timer døgn) >1000 km Ekstratroperne: orkaner Vind (30-40 m/s) km Tropiske område: Hurricanes km Overalt: Konvektive systemer <100m Overalt: Tornadoer, Skypumper Vind ( m/s) og nedbør Nedbør ( mm) Lokale oversvømmelser Vind ( m/s) Længerevarende situationer (uger måneder år) Tørke Ørkendannelse Våde perioder Kuldeperioder Hedebølger Dias 5 Oversvømmelser Infrastruktur påvirkes Stress på levende ting, natur generelt

6 Skalaer i atmosfæren Dias 6

7 Ekstrem nedbør: Den grundlæggende problemstilling I Danmark og i andre lande har vi i de sidste adskillige år oplevet tilfælde med kraftige nedbørssituationer: 1) kortvarige, men meget intense situationer (skybrud nævnes næsten hver uge i sommerperioden) (feks juli 2011, september 2014). ~100 mm på timeplan men over små arealer. 2) længerevarende perioder med mere eller mindre kontinuert nedbør. (feks Tjekkiet , England 2012, etc). ~ 100 mm på døgnplan, men over store arealer. Rationalet lyder ca sådan: 1) Atmosfæren/jordoverfladen varmes op, angiveligt pga stigende koncentrationer af drivhusgasser i atmosfæren 2) Varmer luft tillader højere vanddampskoncentrationer (for samme tryk): ved en atmosfæres tryk og 30 C kan der være op til 28 gram pr kg luft. For T ~ 20 C vokser det maksimale indhold ca 6%/C. 3) Både fordampning og nedbør øges (stærkere hydrologisk kredsløb) Dias 7

8 Temperatur udviklingen siden Global Dias temperaturudvikling 8 siden 1980

9 Nogle termodynamiske relationer Ideal gasligning p = ρr d T v Hydrostatisk Balance p/ z = gρ Første hovedsætning dq = cv dt + p dα dq = cp dt α dp Adiabatiske processer dq=0 Potentiel temperatur θ = Τ(p/p 0 ) κ, hvor κ = R/c p Termodynamisk diagram se figur Statisk stabilitet Dias 9 lapse rate versus adiabater

10 Vands kredsløb Vand, H 2 O, er den eneste substans, som kan forekomme naturligt i alle tre tilstandsformer: damp, flydende vand og is. Jorden er den eneste kendte planet med denne egenskab. Vand er vigtigt for livet, for klimaet og et utal af processer/aktiviteter i et moderne samfund. Vand i atmosfæren (damp og skydråber) virker som en stærk varme-isolerende substans. Dias 10

11 Nogle definitioner for vanddamp Vanddamps partialtryk, e måles normalt i hpa Ligevægtsdamptryk, e s e s (T) = 6.11*e K*(1/To-1/T) hpa For T ~ 20 C vokser e s 6%/C Vanddampsindholdet, w (g vanddamp/kg luft) varierer fra ca 1g/kg til 30 g/kg Relativ fugtighed, RH RH = w/w s = e/e s (givet i %) Dugpunkt, T d afkøling til mætning for fastholdt tryk Dias 11

12 Globale egenskaber, vanddamp og nedbør JULY JANUARY JANUARY Total precipitabelt vand: 2,5 cm/25 l/m 2 Variation ~ 0-7,5 cm Stigende ~1%/år Dias 12 Midlet globalt er nedbøren godt 2 mm/døgn, stigende ~2%/100 år

13 Nedbør falder typisk i 2 forskellige vejrtyper konvektiv regn Frontregn Dias 13

14 Frontregn Radar image Dias 14

15 Konvektive celler Dias 15

16 Konvektive celler, større og større Dias 16

17 Dias 17

18 Dias 18

19 En eksplosiv udvikling af konvektive celler 1 sek = 15 min i virkeligheden Dias 19

20 Regn kan dannes på mindre end en time i en fra starten klar atmosfære. Hvordan kan det ske? Dias 20

21 Kollision and opsamling Størrelsesfordeling Radius i mikrometer Antal partikler pr liter Hastighed i cm/sek Dias 21 Vækst rater: kollision/opsamling versus diffusion/kondensation

22 Intense nedbørssituationer, 1 Verdensrekorden: Texas, 109,2 cm/døgn NB! Den præcise definition af måleperioden er meget betydningsfuld. Dias 22

23 The precipitation seen from weather radars Dias 23

24 Type 2-eksempel, set fra Meteosat, 1 Dias 24

25 Rain fall and intensity, July 2, 2011 Dias 25

26 Radar estimates of total rainfall Dias 26

27 The weather situation, July 2, 2011, no. 2 Dias 27

28 Monsterregn, type 1 Elben, August, 2002 Sker det oftere? Skyldes det global opvarmning? Er det blot tilfældige begivenheder? Eller en konsekvens af den menneskeskabte infrastruktur? Dias 28

29 Type 1-eksempel: Elben, August 2002 Vejrsystemet var fastlåst i ca en uges tid, og det regnede og regnede i samme område. Tjekkiet, 2013, var af samme type. Dias 29

30 Type 1-eksempel: Elben, August 2002 Vejrsystemet var fastlåst i ca en uges tid, og det regnede og regnede i samme område. Tjekkiet, 2013, var af samme type. Dias 30

31 Ekstrem nedbør: Opsummering, voldsom nedbør Der er mange data, der viser øgende nedbørsmængder i de sidste årtier. Der er også stærke indikationer af, at dette kan relateres til global opvarmning. Også i de meget intense nedbørssituationer. De intense nedbørssituationer er forbundet med kontinentale luftmasser og såkaldt konvektiv instabilitet, typisk sommersituationer. De vedvarende situationer er forbundet med lavtryk, der næsten ikke flytter sig, Elben Den danske nedbørsrekord på 1 døgn er fra 1931 og skyldtes en sådan situation. Men der vil altid være tvivl: Hvis vi vil bevise disse begivenheders sammenhæng med global opvarmning, skal vi kunne relatere feks lavtrykkenes livscyklus til global opvarmning, hvilket er meget komplekst. Dias 31

32 Dias 32

33 Dias 33

34 Dias 34

35 Dias 35

36 Observationer Aksel Walløe Hansen, NBI: Vidunderlige vilde verden, januar 30, 2015 Dias 36

37 Konventionelle observationer, operationel analyse Aksel Walløe Hansen, NBI: Vidunderlige vilde verden, januar 30, 2015 SYNOP/METAR/SHIP: MSL Pressure, 10m-wind, 2m-Rel.Hum. DRIBU: MSL Pressure, Wind-10m Radiosonde balloons (TEMP): Wind, Temperature, Spec. Humidity PILOT/Profilers: Wind Aircraft: Wind, Temperature Note: We only use a limited number of the observed variables; especially over land. Dias 37

38 Satellit data, operationelle analyse Aksel Walløe Hansen, NBI: Vidunderlige vilde verden, januar 30, 2015 Sounders: NOAA AMSU-A/B, HIRS, AIRS, IASI, MHS Imagers: SSMI, SSMIS, AMSR-E, TMI Scatterometer ocean low-level winds: ASCAT Geostationary+MODIS: IR and AMV GPS radio occultations Ozone Dias 38

39 How ECMWF was established Start of operational activities 1978 Installation of first computer system (CRAY 1-A) 1979 Start of operations N48 grid point model 200km

40 Current system IBM Cluster Two identical systems for resiliency 1.5 Petaflops peak performance ( ) Operational Model - T1279 (16km) Ensemble Prediction System - T639 (31km) ~210km ~16km

41 Øgning af intens nedbør i USA Dias 41

42 Den globale tendens: Nedbøren, 1 file://localhost/users/akselwalloehansen/desktop/foredrag%20i%20s%c3%b8nderborg/data%20og%20billeder/fremtiden/animation.ogv.360p.web m Dias 42

43 Dias 43