NAUKA O KLIMACIE MECHANIZMY DZIAŁANIA SYSTEMU KLIMATYCZNEGO ZMIANY KLIMATU W PRZESZŁOŚCI I OBECNIE WYD.3

1. WPROWADZENIE
1.1. KLIMATYCZNE KONTROWERSJE 1 METODA NAUKOWA
Stanowisko nauki na temat obecnej zmiany klimatu i jej przyczyn. Metoda naukowa, literatura recenzowana i wiarygodność informacji.
1.2. KLIMAT WCZORAJ I DZIŚ
Wprowadzenie: zmiany klimatu w przeszłości i obecna zmiana na ich tle - zmiany temperatury, stężeń gazów cieplarnianych.

2. MASZYNA KLIMATYCZNA
2.1. BILANS ENERGETYCZNY
Pojęcie bilansu energetycznego i konsekwencji zaburzenia równowagi energetycznej.
2.2. PROMIENIOWANIE
Przekaz energii przez promieniowanie. Ciało doskonale czarne, prawa Plancka, Stefana-Boltzmanna i Wiena. Własności absorpcyjno-emisyjne różnych rodzajów powierzchni, ciało doskonale szare. Cechy charakterystyczne promieniowania słonecznego i promieniowania termicznego Ziemi.
2.3. ALBEDO
Zdolność odbijania promieniowania przez ciało oraz jej znaczenie dla bilansu energetycznego planety.
2.4. TEMPERATURA EMISYJNA PLANETY
Równowaga energetyczna planety i określanie temperatury planety na podstawie obserwacji jej promieniowania.
2.5. EFEKT CIEPLARNIANY - MODEL SZYBY
Rozróżnienie temperatury emisyjnej i temperatury powierzchni Ziemi, efekt cieplarniany. Proste oszacowanie efektu cieplarnianego na podstawie tzw. modelu szyby.
2.6. TERMICZNA STRUKTURA ATMOSFERY
Struktura atmosfery ziemskiej i sposoby transportu energii w atmosferze. Zmiany temperatury wraz z wysokością. Rola pary wodnej.
2.7. ZMIANA STRUMIENIA PROMIENIOWANIA SŁONECZNEGO
Zmiany strumienia docierającego do Ziemi promieniowania słonecznego: ich przyczyny, wielkość i skale czasowe. Pojęcie wymuszenia radiacyjnego.
2.8. GAZY CIEPLARNIANE I ICH CECHA
Gazy cieplarniane - przegląd, mechanizm działania, występowanie w atmosferze.
2.9. WPŁYW GAZÓW CIEPLARNIANYCH NA WIDMO PROMIENIOWANIA ZIEMSKIEGO
Wpływ gazów cieplarnianych na widmo promieniowania termicznego planety, jej bilans radiacyjny i temperaturę powierzchni.
2.10. ZMIANY KONCENTRACJI GAZÓW CIEPLARNIANYCH A TRANSPORT ENERGII
Wpływ zmian koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze na widmo promieniowania długofalowego opuszczającego planetę i jej bilans radiacyjny. Ocieplanie troposfery i ochładzanie wyższych warstw atmosfery przy wzroście stężeń gazów cieplarnianych.
2.11. CHMURY
Rola chmur w kształtowaniu albedo planety i efekcie cieplarnianym. Wpływ promieniowania kosmicznego na zachmurzenie.
2.12. AEROZOL
Znaczenie aerozolu atmosferycznego w bilansie energii. Bezpośredni i pośredni efekt aerozolowy. Aerozole wulkaniczne.
2.13. BILANS ENERGETYCZNY ZIEMI
Regionalny bilans energii, transport energii z rejonów międzyzwrotnikowych do polarnych.
2.14. GLOBALNA CYRKULACJA ATMOSFERYCZNA I STREFY KLIMATYCZNE
Komórki cyrkulacji atmosferycznej: równikowa (Hadleya), polarna i strefy szerokości umiarkowanych (Ferrela). Prądy strumieniowe na granicach komórek. Lokalne efekty klimatyczne związane z rozmieszczeniem oceanów i lądów oraz rzeźbą terenu.
2.15. OCEANY
Rola oceanów w kształtowaniu klimatu. Cyrkulacja termohalinowa: podstawy działania, wpływ na klimat, konsekwencje zmian cyrkulacji dla klimatu. Krótkoterminowe oscylacje oceaniczne El Nino-La Nina, PDO, AMO.
2.16. SZYBKI CYKL WĘGLOWY
Rezerwuary i przepływy węgla w środowisku: atmosfera, oceany, biosfera, gleba, wieczna zmarzlina i hydraty metanu. Dwutlenek węgla i metan w szybkim cyklu węglowym.
2.17. SPRZĘŻENIA W SYSTEMIE KLIMATYCZNYM ZIEMI
Sprzężenia dodatnie i ujemne w ziemskim systemie klimatycznym: zmiany rozmiaru czap polarnych, zmiany zachmurzenia i działanie pary wodnej. Sprzężenia w szybkim cyklu węglowym w oceanach i na lądach.
2.18. WOLNY CYKL WĘGLOWY I TERMOSTAT WĘGLOWY
Wolny cykl węglowy: wulkany, wietrzenie skał, formowanie osadów węglanów. Działanie termostatu węglowego i jego rola w stabilizowaniu klimatu Ziemi.
2.19. IMPULS WĘGLOWY
Los szybko wyemitowanej do atmosfery dużej porcji dwutlenku węgla.
Wpływ na klimat, rozprzestrzenianie się po innych rezerwuarach węgla, procesy stopniowo usuwające nadwyżkę dwutlenek węgla z szybkiego cyklu węglowego.
2.20. CZUŁOŚĆ KLIMATU
Pojęcie czułości klimatu w różnych skalach czasowych. Rola sprzężeń zwrotnych. Metody określania czułości klimatu: modele komputerowe, badania paleoklimatyczne, pomiary instrumentalne. Podsumowanie.
2.21. CZUŁE PUNKTY SYSTEMU KLIMATYCZNEGO
Lodowce, lądolody, rafy koralowe, cyklony - podstawy funkcjonowania i wpływ zmiany klimatu.
2.22. PODSUMOWANIE

3. ZMIANA KLIMATU W HISTORII ZIEMI
3.1. EPOKI LODOWE
Cykle epok lodowych i ich mechanizm. Rola wymuszeń orbitalnych i sprzężeń w ziemskim systemie klimatycznym. Holocen. Zmiany poziomu morza podczas maksimum epok lodowych i interglacjałów.
3.2. DALEJ WSTECZ W CZASIE
Zmiany klimatu w kenozoiku. Rola termostatu węglowego i innych czynników.
3.3. PALEO-EOCEŃSKIE MAKSIMUM TERMICZNE (PETM)
Epizod hipertermiczny sprzed 56 milionów lat. Przebieg, przyczyny, następstwa i niepewności.
3.4. WIELKIE WYMIERANIA
Okresy wielkich wymierań w historii Ziemi - obserwacje, przyczyny, przebieg, konsekwencje. Rola wulkanów i ich emisji.
3.5. ZIEMIA-ŚNIEŻKA
Wejście Ziemi w stan (prawie?) całkowitego pokrycia lodem. Procesy prowadzące do wejścia i wyjścia z tego stanu.
3.6. PODSUMOWANIE

4. OBECNA ZMIANA KLIMATU
4.1. ŚWIAT PALIW KOPALNYCH
Emisje dwutlenku węgla w epoce przemysłowej: spalanie paliw kopalnych, wylesianie, produkcja cementu. Światowe źródła energii, rola ropy, węgla i gazu. Emisje dwutlenku węgla a zużycie energii i PKB. Globalne i regionalnie zmiany emisji.
4.2. ZABURZONY CYKL WĘGLOWY
Znaczenie antropogenicznych emisji dwutlenku węgla dla cyklu węglowego. Zmiany w cyklu węglowym: atmosfera, oceany, ekosystemy lądowe.
4.3. INNE GAZY CIEPLARNIANE
Obserwowane zmiany koncentracji metanu, tlenków azotu i gazów przemysłowych. Równoważnik emisji dwutlenku węgla. Zestawienie wpływu antropogenicznych źródeł emisji i gazów cieplarnianych na zmianę klimatu.
4.4. ZMIANA BILANSU RADIACYJNEGO ZIEMI
Wpływ antropogenicznych emisji gazów cieplarnianych, aerozoli (efekt bezpośredni i pośredni), zmian użytkowania terenu i innych czynników na bilans radiacyjny planety w zestawieniu z czynnikami naturalnymi. Obserwacje zmian widma i strumienia promieniowania długofalowego.
4.5. BILANS ENERGETYCZNY ZIEMI: GDZIE PRZYBYWA ENERGII?
Zmiany energii skumulowanej w ziemskim systemie klimatycznym: atmosfera, oceany, lądy, lodowce, pomiary in-situ i satelitarne. Bilans i nierównowaga radiacyjna.
4.6. FLUKTUACJE WZROSTU TEMPERATURY
Wpływ czynników szybkozmiennych na zmiany średniej temperatury globalnej: aktywność słoneczna, oscylacje oceaniczne, wulkany. Zestawienie czynników naturalnych i antropogenicznych.
4.7. OBSERWACJE I NIEKTÓRE KONSEKWENCJE ZMIANY KLIMATU
"Globalne ocieplenie" a "Zmiana klimatu". Wzrost temperatury i przesuwanie się stref klimatycznych, zmiany w Arktyce, lód morski wokół Antarktydy, topnienie lodowców i lądolodów, wzrost poziomu morza, zakwaszanie się oceanów, zmiany w występowaniu huraganów, spadek temperatury górnych warstw atmosfery, koszty gospodarcze.
4.8. KLIMATYCZNE KONTROWERSJE
W jakim stopniu antropogeniczne emisje gazów cieplarnianych, a w szczególności dwutlenku węgla ze spalania paliw kopalnych, są przyczyną obecnej zmiany klimatu. Przegląd dowodów i weryfikacja wcześniejszych prognoz klimatologów.
4.9. PODSUMOWANIE

5. PROGNOZA NA PRZMSZŁOŚĆ
5.1. ODPOWIEDŹ KLIMATU NA EMISJE GAZÓW CIEPLARNIANYCH
Oszacowanie ocieplenia wynikającego z wprowadzenia do szybkiego cyklu węglowego określonej ilości dwutlenku węgla. Kluczowe znaczenie emisji skumulowanej.
5.2. POTENCJALNA PULA EMISJI
Ilość możliwych do wydobycia i spalenia paliw kopalnych: rezerwy i zasoby.
5.3. SCENARIUSZE EMISJI I ZMIANM KLIMATU
Scenariusze emisji i zmiany klimatu - dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane. Budżet węglowy i jego rozmiar dla różnych scenariuszy.
5.4. ZMIANY W CYKLU WĘGLOWYM
Sprzężenia cyklu węglowego w obliczu ocieplenia klimatu: tajanie wieloletniej zmarzliny, efekt nawożenia roślin dwutlenkiem węgla, lasy tropikalne, hydraty metanu.
5.5. SKUTKI OCIEPLANIA SIĘ KLIMATU
Prognozowane skutki ocieplania klimatu: przesuwanie się stref klimatycznych, zmiany temperatury i opadów, wzrost poziomu morza, wpływ na bezpieczeństwo żywnościowe, wymieranie gatunków i inne. Punkty krytyczne systemu klimatycznego. Konsekwencje dla Polski. Perspektywy na nową epokę lodową.
5.6. CZARNE SCENARIUSZ
Czego możemy się spodziewać, kontynuując rozwój oparty na paliwach kopalnych: wpływ wysokich stężeń dwutlenku węgla na inteligencję, groźne dla życia temperatury, migracje i inne. Scenariusz wysokich emisji w kontekście dawnych zmian klimatu i wielkich wymierań. Scenariusz Wenus?
5.7. GEOINŻMNIERIA
Inżynieria klimatu w skali planetarnej. Technologie usuwania węgla z szybkiego cyklu węglowego: wychwyt i magazynowanie dwutlenku węgla, zalesianie, bioenergia z wychwytem dwutlenku węgla, biowęgiel, przyspieszenie oceanicznej pompy biologicznej, sztuczne drzewa, sztuczny termostat węglowy. Technologie zmniejszania strumienia energii słonecznej: przesłony w kosmosie, rozpylanie aerozoli w stratosferze, wybielanie chmur, zwiększenie albedo powierzchni Ziemi.
5.8. PRÓG 2ýC
Pochodzenie progu "niebezpiecznej zmiany klimatu". Przełożenie progu 2ýC na dostępny budżet węglowy. Ujemne emisje. Niezbędne zmiany w emisjach z energetyki i przemysłu oraz rolnictwa. Kwestia podziału budżetu węglowego.
5.9. Z POLSKIEJ PERSPEKTYWY
Polskie trendy emisji gazów cieplarnianych. Dotychczasowe redukcje. Kwestia polskich złóż węgla.
5.10. DROGA DO PRZESZŁOŚCI
Efektywność energetyczna i czyste źródła energii. Stosowanie zasady
"zanieczyszczający płaci". Wnioski końcowe.

6. MATERIAŁY DODATKOWE
6.1. HISTORIA BADAŃ KLIMATU
Badania klimatu od XVIII wieku do współczesności - ciągłość badań naukowych.
6.2. BADANIE KLIMATU - TERAŹNIEJSZOŚĆ I NIEDAWNA PRZESZŁOŚĆ
Metody badania klimatu: pomiary temperatury na lądach i homogenizacja danych, pomiary temperatury na oceanach i w ich głębinach, pomiary satelitarne, inne współczesne narzędzia i metody pomiarowe
6.5. BADANIE KLIMATU - PALEOKLIMAT
Metody badania dawnego klimatu: zapisy historyczne, zasięg lodowców, słoje drzew, izotopy, rdzenie lodowe, niebieski lód, resztki nieorganiczne w osadach oceanicznych, odwierty głębinowe, nacieki jaskiniowe, aparaty szparkowe, pyłki oraz pozostałości roślinne i zwierzęce na lądach, resztki organiczne w osadach oceanicznych, koralowce, paleozole i inne.
6.4. ŹRÓDŁA KONTROWERSJI W KWESTII ZMIANY KLIMATU
Zmiana klimatu jako wyzwanie społeczne, psychologiczne i gospodarcze. Przemysł sfabrykowanych wątpliwości. Tragedia wspólnego pastwiska. Psychologia zmiany klimatu. Dyskontowanie przyszłości.
6.5. MITY KLIMATYCZNE - INSTRUKCJA OBSŁUGI
Mechanizmy powstawania mitów klimatycznych. Przykłady mitów i sposoby ich wyjaśniania.
6.6. POCHŁANIANIE I EMISJA PROMIENIOWANIA PRZEZ GAZY
Podstawy fizyczne pochłaniania i emisji promieniowania przez gazy.
6.7. MODELE NUMERYCZNE
Podstawowe informacje o modelach klimatu: elementy składowe, zasady działania, ewolucja. Modelowanie pogody a modelowanie klimatu. Ograniczenia modeli i ich wiarygodność z punktu widzenia symulowania dawnego klimatu i jego przyszłych zmian.
6.8. ŹRÓDŁA DANYCH KLIMATYCZNYCH

ODPOWIEDZI DO ZADAŃ

BIBLIOGRAFIA

SPIS ILUSTRACJI