Επίδραση των μεταβολών του φάσματος της ηλιακής ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια του 11-ετούς ηλιακού κύκλου με τη χρήση μοντέλων διάδοσης της ακτινοβολίας και Χημείας - Κλίματος
Creators: name: Χρυσάνθου, Ανδρέας Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Ενδεκαετής ηλιακός κύκλος
Επίδραση ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα
Μοντέλο κλίματος-χημείας
11-year solar cycle
Global Climate Chemistry Model
Solar irradiance in the atmosphere

description: Στην παρούσα εργασία σκοπός ήταν η σύγκριση διάφορων ηλιακών φασμάτων για την μελέτη του ενδεκαετούς ηλιακού κύκλου χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις από το συζευγμένο μοντέλο χημείας - κλίματος EMAC (ECHAM/MESSy) αλλά και με προσομοιώσεις της διάδοσης της ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα μέσω του λογισμικού libRadtran (line by line calculations). Η μελέτη επικεντρώνεται στα μεγέθη της θερμοκρασίας, τους ζωνικούς ανέμους, στην κατακρήμνιση, στην κατανομή του όζοντος, τις διαφορές στους ρυθμούς θέρμανσης καθ’ ύψος και τις διαφορές του μεταξύ της μέγιστης και ελάχιστης φάσης του Ήλιου. Τα παραπάνω μεγέθη είναι δείκτες της ηλιακής δραστηριότητας και διερευνάται ο βαθμός στον οποίο μπορούν να περιγράψουν το πως επιδρά η εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία στο κλίμα της Γης αλλά και με ποιόν τρόπο. Αναλύονται οι προτεινόμενοι τρόποι επίδρασης του ενδεκαετούς ηλιακού κύκλου στην ατμόσφαιρα και οι διάφοροι πιθανοί μηχανισμοί. Παρουσιάζεται μία πρώτη σύγκριση των ηλιακών φασμάτων με μοντέλα διάδοσης ακτινοβολίας και ειδικότερα συγκρίνονται οι υπολογισμοί των ρυθμών θέρμανσης έως και την μεσόσφαιρα με την βοήθεια του μοντέλου libRadtran για τα διάφορα ηλιακά φάσματα καθώς και τις διαφορές μεταξύ του ηλιακού μεγίστου και ελαχίστου. Επιπρόσθετα, περιγράφεται η μεθοδολογία για τις προσομοιώσεις με το μοντέλο χημείας κλίματος EMAC, συγκρίνεται η απόδοση του κώδικα υπολογισμού της διάδοσης ακτινοβολίας με αντίστοιχα line-by-line radiative transfer μοντέλα, έπειτα παρουσιάζεται η κλιματολογία του μοντέλου και τέλος, συγκρίνονται τα αποτελέσματα των διάφορων προσομοιώσεων για διάφορα ηλιακά φάσματα κατά το ηλιακό ελάχιστο. Συμπερασματικά, καταλήγουμε στην αναγκαιότητα ύπαρξης και δημοσίευσης ενός ενιαίου ηλιακού φάσματος που να λαμβάνει υπόψιν τις βαθμονομημένες δορυφορικές παρατηρήσεις της ολικής και φασματικής πυκνότητας ροής αλλά και να συμπεριλαμβάνει πληροφορίες από τις απευθείας παρατηρήσεις των solar proxies. Όσον αφορά τις προσομοιώσεις από το EMAC, αυτού του είδους οι προσομοιώσεις που εκτελέστηκαν δε μπορούν να δημιουργήσουν εσωτερικά την σχεδόν διετή κύμανση (QBO) στην οποία δύναται να μελετηθεί ευκολότερα το ηλιακό σήμα, ενώ οι προσομοιώσεις περιορίζονται φυσικά και από τη μη σύζευξη των ωκεανών. Θα πρέπει να πραγματοποιηθούν προσομοιώσεις που να περιλαμβάνουν ως ηλιακό forcing τον ενδεκαετή ηλιακό κύκλο και όχι απλά τα στιγμιότυπα του ηλιακού μεγίστου και ελαχίστου.
description: In this study, we compared various solar spectra for the study of 11-year solar cycle using simulations from EMAC (ECHAM/MESSy) Atmospheric - Chemistry model, but also with atmospheric radiative transfer code libRadtran (line by line calculations). The study is focused at the variables of temperature, zonal winds and the ozone concentrations, along with the differences of the vertical distribution of the heating rates in the atmosphere and it’s differences between the solar maximum and solar minimum. We also analysed the proposed ways of how the variability of solar irradiance within the 11-year solar cycle affects the atmospheric circulation and the various most likely mechanisms. More specifically, we are comparing the calculated heating rates with radiative transfer code libRadtran, between the solar max and the solar min for the solar spectra of NRLSSI, NRLSSI2, SATIRE-ST and the SOLID composite up to the mesosphere (0.01 hPa). We also present a comparative study of the ECHAM family radiative codes with libRadtran runs and FUBrad. As for the EMAC model runs, the climatology of the control run is compared to the SPARC (Stratospheric Processes and their Role in Climate) climatology and we also compare the various model runs for each solar spectra for their respective solar minimum. In summary, we conclude that, there is a need for a new solar spectral dataset that would include satellite observations both of the TSI and SSI along with information from solar proxies. It is very important to understand a future change in the solar output and its impacts, with a focus on the potential transition to lower solar activities (including a grand minimum at the end of the 21st century and its impacts on climate).