Modelización numérica de la composición de la atmósfera de la tierra

Modelización numérica de la
composición de la atmósfera de la
tierra
Ignacio Pisso
Research Institute for Global Change
Japan Agency for Marine-Earth Science and
Technology
CAC – Agosto 2010
Composicion de la atmosfera
Inhomogeneidad de los
componentes menores,
como los gases de efecto
invernadero, en todas las
escalas.
La atmósfera: estructura vertical
●
●
Capa límite planetaria,
tropósfera y estratósfera
Notorios cambios en la
temperatura debidos a
las fuentes de calor
Circulacion de gran escala
El viento a gran escala
●
Circulación general:
convección/inyección
tropical, circulación
estratosférica
Por qué se mueve asi?
●
Dinámica, 'forzaje externo'
●
La rotación de la tierra... Coriolis
●
●
●
La radiación del sol y de la tierra y los gradientes de
temperatura y de presión
Absorción y emisión: el “color” del aire
La composición determina la dinámica (no
solamente que lo respiramos)
La composición, la que determina la
dinámica
Hay literalmente miles de gases en proporciones infimas pero no despreciables
Que efecto tienen?
El camino de la radiacion solar:
●
Emision
●
Absorcion
●
Reemision
●
etc...
Algunos problemas ambientales
conectados con la atmosfera
conectados pero diferentes
La calidad del aire
(la contaminacion influye mas, en la capa
limite atmosférica cerca de la superficie)
●
La polucion del aire es vieja como la civilizacion
●
Polución industrial, a veces mas peligrosa
●
Smog en el siglo XIX-XX
●
Lluvia acida
●
Aerosoles (e.g. humo de quema de pastizales y
bosques, volcanes, polvo del sahara...)
Thomas Midgley, Jr.
Inventor de las
naftas con plomo y
de los CFC entre otras
cosas
No se le ocurria que podriamos llegar
a modificar sustancialmente la composicion de la atmosfera global
El ozono estratosférico: el escudo
contra la radiacion ultravioleta
●
●
●
●
Fotoquímica Chapman
1930
70's Molina y los CFC
1987 'smoking gun', y
el protocolo de
Montreal
Recuperacion y nuevas
amenazas
El efecto invernadero
Sin el cual la tierra estaria bajo cero...
Absorcion de radiacion por los gases
de efecto invernadero
●
Aun mas complicado...
Modelos numéricos
●
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Discretización de las
ecuaciones de la
mecánica de fluidos
Diversas escalas de
tiempo (previsión
meteorológica vs
climatológica) y espacio
(global vs. micro/mesoescala )
Modelos climaticos globales
●
Una jerarquía de
modelos de creciente
complejidad
Elementos de un modelo del sistema
atmósfera-océano
Principal Area of JAMSTEC
Understanding and
Prediction of Global
Change
Research on Global Change
Elucidating Earth
Processes through
the Oceans
Research on Earth Evolution
Contribution to the people and society
Research on Biogeosciences
Exploring Earth
Systems through
Biogeoscience
Fundamental Ocean-related Technology
and Development
Advanced Marine
Technology, Key National
Technology, and
Simulation Research and
Development
19
3
JAMSTEC’s World-Class Technologies
Deep sea cruising autonomous underwater vehicle: Urashima
Deep-sea Drilling Vessel: Chikyu
Achieved a world record
of 317km continuous
cruising as an autonomous
underwater vehicle in March 2005
Largest scientific drilling
vessel with the highest
capabilities in the world
Length ： 210m
Beam ： 38m
Height ： 130m
Gross tonnage ： 57,087t
Technologies of obstacle avoidance
sonar are applied for underwater
acoustic camera.
Automatic Bottom Inspection and Sampling Mobile: ABISMO
Earth Simulator
Ultrahigh-speed parallel
supercomputer
Achieved the world’s fastest
computational speed from June
2002 to November 2004.
Its computational speed was
improved by 3.2 times after
new system was introduced in
March 2009.
※The world record is 10,902m at water
depth, achieved in May 2009 by the “Nereus”
of the Woods Hole Oceanographic Institution.
Manned research submersible: Shinkai6500
A variety of research facilities
The most maximum cruising
depth in the world
as a manned research
Achieved 1,128 dives for 19
years since its first dive in June
1990 until March 2009.
Remotely operated vehicle
Remotely Operated vehicle
Kaiko 7000 II
Hyper Dolphin
(7,000m water depth)
(3,000m water depth)
DEEPBATH
(300℃ and about 640
atmospheric pressure)
20
6
ありがとうございました。
Thank you
Yokohama Institute for Earth Sciences (YES)
Earth Simulator Research Bldg.
The Earth Simulator Bldg.
Frontier Research Bldg. /
Conference Bldg.
Supercomputer Bldg.
Information Technology Bldg.
The Earth Science Museum
Personnel in YES (number approx.)
１． Researcher/Engineer ： 320 （ incl. 30 from foreign countries)
２． Administration ：
80 ３． Other: 50
Total:
approx.450 22
●
Meteorología, climatología, ciencias de la atmósfera
●
La prediccion meteorologica vs climatologia
●
Asimilacion de datos, analisis y reanalisis vs 'free
running models'
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Química atmosférica vs composicion
●
Modelos meso-escala (conveccion, nubes...)
●
Todos apuntan a describir el movimiento de un
fluido
Parte II: Transporte lagrangiano y
composicion
●
Adveccion y difusion turbulenta: influencia en el
transporte intercontinental de polucion
●
Potenciales de destruccion de ozono estratosferico
●
Flujos de emision y determinacion de fuentes
Modelos lagrangianos
●
●
Seguir la
trayectoria del
viento
Convenientes
para estudiar
medidas
experimentales
CO: data
CO: data
(JGR - Pisso et al. 2009)
Modelo global: alta difusion
Modelo lagrangiano representa
los gradientes on los bordes
de la pluma.
Estimacion cuantitativa del
borde (dinamico): el
exponente de Lyapunov
Results: (JGR - Pisso et al. 2009)
CTM coarser resolution,
plume smeared out
Resolution of the gradients at
the borders of the plume
because the representation
trajectory separation.
Quantitative estimate of the
border of the plume
(dynamical): Lyapunov
exponents
In situ measurements
Millones de puntos de medida
Combinando los datos con las trayectorias
la base de datos se hace dificil de manejar...
Trajectorias con tiempo positivo: prediccion de impacto estratosferico
de emisiones en superficie
Esperanza de vida en meses del aire inyectado a traves
de la tropopausa
Potencial de destruccion de ozono dependiente de la localizacion de la fuente
Estimacion de las emisiones de CO2 de Tokio
Conclusiones
●
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Estudiar la composición del aire es interesante y
relevante para varios problemas
La perspectiva lagrangiana extiende el campo de lo
modelizable
Metodo estocastico extendido a capas mas bajas
afectadas por conveccion. En el presente aplicacion
a la capa limite planetaria
:
Usa ES OS, basado en SUPER-UX,el Unix para
supercomputadoras de arquitectura NEC SX. It is a
port of System V Release 4.2MP (SVR4.2MP), but
includes many features adopted from BSD and Linux,
along with some additional proprietary features
specific to a supercomputing environment.
SUPER-UX supports the Supercomputer File System
(SFS).
Earth Simulator - SX-9/E/1280M160 / 2009
NEC 1280 122.40 131.07 TFlops