Difference between revisions of "Topenie ľadovcov"
(Created page with "Pojem globálne otepľovanie označuje dlhodobé otepľovanie klimatického systému Zeme, ktoré sa pozoruje od predindustriálneho obdobia (od rokov 1850 až 1900) v dôsled...") |
|||
| (26 intermediate revisions by the same user not shown) | |||
| Line 1: | Line 1: | ||
| − | Pojem globálne otepľovanie označuje dlhodobé otepľovanie klimatického systému Zeme, ktoré sa pozoruje od predindustriálneho obdobia (od rokov 1850 až 1900) v dôsledku ľudskej činnosti, predovšetkým spaľovania fosílnych palív, ktoré zvyšuje množstvo skleníkových plynov v zemskej atmosfére, ktoré zachytávajú teplo. Tento pojem sa často používa zameniteľne s pojmom zmena klímy. <ref name = first > SHAFTEL, Holly <i> Overview: Weather, Global Warming and Climate Change. </i> Climate Change: Vital Signs of the Planet. https://climate.nasa.gov/resources/global-warming-vs-climate-change </ref> Hlavnou príčinou sú emisie skleníkových plynov, predovšetkým oxidu uhličitého (CO2) a metánu. Väčšina týchto emisií pochádza zo spaľovania fosílnych palív na výrobu energie. Ďalšími zdrojmi sú poľnohospodárstvo, výroba ocele, výroba cementu a úbytok lesov. <ref name = second> <i> Sector by sector: where do global greenhouse gas emissions come from? </i> Our World in Data, https://ourworldindata.org/ghg-emissions-by-sector </ref> Globálna hladina morí sa zvyšuje v dôsledku topenia ľadovcov, topenia ľadového príkrovu Grónska a Antarktídy a teplotnej expanzie otepľujúcej sa vody v oceánoch. Medzi rokmi 1993–2020 sa vzostup v čase zvyšoval a predstavoval v priemere 3,3±0,3 mm ročne. V priebehu 21. storočia by podľa odhadov IPCC mohla hladina morí pri scenári s veľmi vysokými emisiami stúpnuť o 61–110 cm. Zvýšené oteplenie oceánov hrozí odtrhnutím splazov antarktických ľadovcov, čo predstavuje riziko ďalšieho rozsiahleho topenia ľadovcov a možnosť až dvojmetrového vzostupu hladiny morí do roku 2100 pri vysokých emisiách.<ref name = third> <i> Contribution of Antarctica to past and future sea-level rise. </i> Nature, 2016-03-31, roč. 531, čís. 7596, s. 591–597, ISSN 0028-0836. DOI: https://dx.doi.org/10.1038%2Fnature17145. </ref> Klimatické zmeny viedli k desaťročnému zmenšovaniu a stenčovaniu arktického morského ľadu. | + | [[File:F4.png|left|1000px]] |
| + | |||
| + | Pojem globálne otepľovanie označuje dlhodobé otepľovanie klimatického systému Zeme, ktoré sa pozoruje od predindustriálneho obdobia (od rokov 1850 až 1900) v dôsledku ľudskej činnosti, predovšetkým spaľovania fosílnych palív, ktoré zvyšuje množstvo skleníkových plynov v zemskej atmosfére, ktoré zachytávajú teplo. Tento pojem sa často používa zameniteľne s pojmom zmena klímy. <ref name = first > SHAFTEL, Holly <i> Overview: Weather, Global Warming and Climate Change. </i> Climate Change: Vital Signs of the Planet. https://climate.nasa.gov/resources/global-warming-vs-climate-change </ref> Hlavnou príčinou sú emisie skleníkových plynov, predovšetkým oxidu uhličitého (CO2) a metánu. Väčšina týchto emisií pochádza zo spaľovania fosílnych palív na výrobu energie. Ďalšími zdrojmi sú poľnohospodárstvo, výroba ocele, výroba cementu a úbytok lesov. <ref name = second> <i> Sector by sector: where do global greenhouse gas emissions come from? </i> Our World in Data, https://ourworldindata.org/ghg-emissions-by-sector </ref> Globálna hladina morí sa zvyšuje v dôsledku topenia ľadovcov, topenia ľadového príkrovu Grónska a Antarktídy a teplotnej expanzie otepľujúcej sa vody v oceánoch. Medzi rokmi 1993–2020 sa vzostup v čase zvyšoval a predstavoval v priemere 3,3±0,3 mm ročne. V priebehu 21. storočia by podľa odhadov IPCC mohla hladina morí pri scenári s veľmi vysokými emisiami stúpnuť o 61–110 cm. Zvýšené oteplenie oceánov hrozí odtrhnutím splazov antarktických ľadovcov, čo predstavuje riziko ďalšieho rozsiahleho topenia ľadovcov a možnosť až dvojmetrového vzostupu hladiny morí do roku 2100 pri vysokých emisiách.<ref name = third> <i> Contribution of Antarctica to past and future sea-level rise. </i> Nature, 2016-03-31, roč. 531, čís. 7596, s. 591–597, ISSN 0028-0836. DOI: https://dx.doi.org/10.1038%2Fnature17145. </ref> Klimatické zmeny viedli k desaťročnému zmenšovaniu a stenčovaniu arktického morského ľadu. Zatiaľ čo pri oteplení o 1,5 °C sa očakáva, že roky bez ľadu budú vzácne, pri oteplení o 2 °C sa budú vyskytovať raz za tri až desať rokov. <ref name = fourth> ZHANG, Jinlun; LINDSAY, Ron; STEELE, Mike <i> What drove the dramatic retreat of arctic sea ice during summer 2007? </i> Geophysical Research Letters, 2008-06-11, roč. 35, čís. 11, s. L11505. DOI: https://dx.doi.org/10.1029%2F2008GL034005 </ref> | ||
| Line 5: | Line 7: | ||
=Definícia problému= | =Definícia problému= | ||
| − | Problém globálneho otepľovania je možné riešiť pomocou mnohých metrík pre zmierňovanie jeho následkov. Medzi najvýznamnejšie príčiny zmien teploty v kontexte globálneho otepľovania patria skleníkové plyny, slnečná a sopečná činnosť a zmeny na obežnej dráhe Zeme. Ako je pojednávané v úvode tohto reportu, do roku 2100 predpokladaná zvyšujúca sa hladina oceánov až do dvoch metrov v dôsledku vysokých emisií. Ide teda o problém, ktorý sa simulácia popisovaná v tomto reporte snaží riešiť. S potrebnými vstupnými dátami a informáciami je možné simulovať priebeh topenia ľadovcov v polárnej oblasti Arktídy. Ide o simuláciu topenia ľadovcov bez tundrového podkladu alebo zmrznutej pôdy. Autor teda simuluje ľadovce a kryhy Severného ľadového oceánu pokrytého stále sa roztápajúcimi morskými kryhami. Roztápanie týchto nepevninských ľadovcov má okrem zvyšujúcej sa hladiny svetových oceánov aj stratu/úbytok prirodzeného prostredia pre arktické endemitné druhy, ako je ľadový medveď a tučniaky. Okrem tohto zmena množstva vody v oceánoch spôsobí zmeny v intenzite, teplote a smere prúdenia morských prúdov. Autor simuluje postupné topenie ľadovcov a krýh o stanovených šírkach a hĺbkach, za pôsobenia stanoveného množstva jednotiek koncentrácie skleníkového plynu a zisťuje, ako dlho trvá postupné topenie všetkého ľadu. Výsledkom je priemerná teplota ľadov, množstvo a čas topenia. Na základe výsledkov je možné predvídať a predikovať budúci vývoj morských ľadovcov a pristúpiť tak k adekvátnym opatreniam pre mitigáciu tohto javu. Simulácia je použiteľná pre výskumníkov, Medzivládny panel pre zmenu klímy a tvorbu politických metrík vo vzťahu k riešeniu klimatickej krízy. | + | Problém globálneho otepľovania je možné riešiť pomocou mnohých metrík pre zmierňovanie jeho následkov. Medzi najvýznamnejšie príčiny zmien teploty v kontexte globálneho otepľovania patria skleníkové plyny, slnečná a sopečná činnosť a zmeny na obežnej dráhe Zeme. Ako je pojednávané v úvode tohto reportu, do roku 2100 môže byť predpokladaná zvyšujúca sa hladina oceánov až do dvoch metrov v dôsledku vysokých emisií. Ide teda o problém, ktorý sa simulácia popisovaná v tomto reporte snaží riešiť. S potrebnými vstupnými dátami a informáciami je možné simulovať priebeh topenia ľadovcov v polárnej oblasti Arktídy. Ide o simuláciu topenia ľadovcov bez tundrového podkladu alebo zmrznutej pôdy. Autor teda simuluje ľadovce a kryhy Severného ľadového oceánu pokrytého stále sa roztápajúcimi morskými kryhami. Roztápanie týchto nepevninských ľadovcov má okrem zvyšujúcej sa hladiny svetových oceánov aj stratu/úbytok prirodzeného prostredia pre arktické endemitné druhy, ako je ľadový medveď a tučniaky. Okrem tohto zmena množstva vody v oceánoch spôsobí zmeny v intenzite, teplote a smere prúdenia morských prúdov. Autor simuluje postupné topenie ľadovcov a krýh o stanovených šírkach a hĺbkach, za pôsobenia stanoveného množstva jednotiek koncentrácie skleníkového plynu a zisťuje, ako dlho trvá postupné topenie všetkého ľadu. Výsledkom je priemerná teplota ľadov, množstvo a čas topenia. Na základe výsledkov je možné predvídať a predikovať budúci vývoj morských ľadovcov a pristúpiť tak k adekvátnym opatreniam pre mitigáciu tohto javu. Simulácia je použiteľná pre výskumníkov, Medzivládny panel pre zmenu klímy a tvorbu politických metrík vo vzťahu k riešeniu klimatickej krízy. |
| Line 13: | Line 15: | ||
=Model= | =Model= | ||
| + | |||
| + | [[File:Ready2.gif|center|]] | ||
| + | |||
== Agenti a premenné == | == Agenti a premenné == | ||
| − | + | ==='''Ľady'''=== | |
| − | Ľady sú v tomto modeli agenty, reprezentované ako polárna čiapka (polar cap), ktoré pomaly v dôsledku | + | Ľady sú v tomto modeli agenty, reprezentované ako polárna čiapka (polar cap), ktoré pomaly v dôsledku pôsobenia okolných vplyvov v klimatických podmienkach menia svoje skupenstvo z pevného (ľad) na kvapalné (voda). Samotné ľady nadobúdajú stanovenú výšku a šírku, ktoré je možné regulovať a tým ovplyvňovať štádium pokročilosti globálneho otepľovania. U týchto agentov je sledované: |
| − | + | * Odkryté strany: | |
Ľady môžu mať podľa svojej polohy, veľkosti a orientácie odkryté svoje strany/hrany. Na základe odkrytosti strán sa odvíja ďalší postup, pôsobenie a teplota ľadu. | Ľady môžu mať podľa svojej polohy, veľkosti a orientácie odkryté svoje strany/hrany. Na základe odkrytosti strán sa odvíja ďalší postup, pôsobenie a teplota ľadu. | ||
| − | + | * Teplota: | |
Každý ľad ako agent má svoju vlastnú celkovú teplotu. | Každý ľad ako agent má svoju vlastnú celkovú teplotu. | ||
| − | + | * Okolie: | |
U každého agenta je sledované jeho okolie. Na základe odkrytých/zakrytých strán je stanovené množstvo a poloha okolitých agentov a ich následné interakcie. | U každého agenta je sledované jeho okolie. Na základe odkrytých/zakrytých strán je stanovené množstvo a poloha okolitých agentov a ich následné interakcie. | ||
| − | + | ==='''Uvažované premenné'''=== | |
Funkcie agentov a vlastnosti sú definované následovnými procedúrami: | Funkcie agentov a vlastnosti sú definované následovnými procedúrami: | ||
| − | + | * Orientácia: | |
Ak je agent v kvapalnom skupenstve a nachádza sa vedľa agenta v skupenstve pevnom (ľad), tak sa zmení jeho skupenstvo na pevné (zmrzne voda) ak nie, tak agent pláve/zostane bez špecifickej orientácie. | Ak je agent v kvapalnom skupenstve a nachádza sa vedľa agenta v skupenstve pevnom (ľad), tak sa zmení jeho skupenstvo na pevné (zmrzne voda) ak nie, tak agent pláve/zostane bez špecifickej orientácie. | ||
| − | + | * Ochladzovanie/otepľovanie: | |
| − | Nastaví teplotu agenta na teplotu všetkých susedných agentov, so zohľadnením podielu vplyvu koncentrácie skleníkového plynu na teplotu okolia a tým | + | Nastaví teplotu agenta na teplotu všetkých susedných agentov, so zohľadnením podielu vplyvu koncentrácie skleníkového plynu na teplotu okolia a tým vplýva na odhalené strany ľadových agentov a výšku krýh. |
| − | + | * Zmena skupenstva: | |
| − | Procedúra pre priradenie farby agentom, tvorba indexu v rozsahu 1 až 8 pre všetky farby úrovne agentov v procese topenia. Biela až všetky úrovne modrej predstavujú pevné skupenstvo, s rozdielnymi teplotami ľadu v závislosti na farbe. Čím | + | Procedúra pre priradenie farby agentom, tvorba indexu v rozsahu 1 až 8 pre všetky farby úrovne agentov v procese topenia. Biela až všetky úrovne modrej predstavujú pevné skupenstvo, s rozdielnymi teplotami ľadu v závislosti na farbe. Čím svetlejšia modrá, tým chladnejšie (viď index hist.). Farba cyan následne predstavuje kvapalné skupensvo vo vlastnom teplotnom rozsahu. |
| − | + | * Počet roztopených agentov | |
== Prostredie == | == Prostredie == | ||
| − | + | ||
| + | [[File:Par.png|center|]] | ||
| + | |||
| + | |||
| + | ==='''Základné nastavenie'''=== | ||
Pre základné nastavenie sú použité tieto parametre: | Pre základné nastavenie sú použité tieto parametre: | ||
| − | + | *Koncentrácia skleníkových plynov: | |
Uvažujeme priemernú globálnu atmosférickú koncentráciu skleníkového plynu oxidu uhličitého sledovanú zo satelitov, v jednotkách parts per 10 million v období od 2003 do 2022. Informácia prevzatá z datasetu poskytnutého climate.copernicus.eu. Predvolene je úroveň koncentrácie zvolená na súčasný priemer medzi mesiacmi jún-december pre arktické oblasti (408ppm = 40ppm*10^-1). | Uvažujeme priemernú globálnu atmosférickú koncentráciu skleníkového plynu oxidu uhličitého sledovanú zo satelitov, v jednotkách parts per 10 million v období od 2003 do 2022. Informácia prevzatá z datasetu poskytnutého climate.copernicus.eu. Predvolene je úroveň koncentrácie zvolená na súčasný priemer medzi mesiacmi jún-december pre arktické oblasti (408ppm = 40ppm*10^-1). | ||
| − | + | [[File:F3.png|center|600px]] | |
| − | |||
| − | + | *Počiatočná teplota ľadu, rozmery: | |
| + | V závislosti na geografii a úrovni pokročilosti globálneho otepľovania je regulovaná teplota ľadovcov a ľadových krýh (Ice Sheets) v Arktických oblastiach, a to podľa štúdie skúmajúcej štrukturálne vlastnosti ľadovcov. Táto štúdia rovnako kategorizuje ľadovce a ľadové kryhy na základe hĺbky a šírky, čo je možné rovnako regulovať v modeli. Podľa rovnakej štúdie je ponorené ľadové jadro teplotne na rozmedzí -15 až -20 stupňov celzia, a preto uvažujme teplotu -20 stupňov celzia a rozmer ľadov s výškou 35m a šírkou 91m, čím podľa spomínanej štúdie spadajú do strednej veľkosti. <ref name = fifth> WADHAMS, Peter <i> Iceberg - Antarctic Circumpolar Current, Coriolis Force, and Ice-Rafted Debris </i> Britannica https://www.britannica.com/science/iceberg/Iceberg-structure </ref> | ||
| + | |||
| + | *Teplota topenia: | ||
Pohybujeme sa v rozmedzí fyzikálnych zákonov, a preto bola teplota topenia ľadu ponechaná na hodnote vedeckého konsenzu, a teda 0 stupňoch celzia. | Pohybujeme sa v rozmedzí fyzikálnych zákonov, a preto bola teplota topenia ľadu ponechaná na hodnote vedeckého konsenzu, a teda 0 stupňoch celzia. | ||
| − | + | *Tvar a výsledky: | |
Pre resemblenciu polárnej čiapky vyobrazuje model kruh, no je možné toto upraviť spínačom, ako aj výsledky v histograme. | Pre resemblenciu polárnej čiapky vyobrazuje model kruh, no je možné toto upraviť spínačom, ako aj výsledky v histograme. | ||
=Výsledky= | =Výsledky= | ||
| − | Použitím spomínaných počiatočných parametrov dostávame jednoznačné výsledky, nad ktorými bude v nasledujúcej časti vedená diskusia | + | Použitím spomínaných počiatočných parametrov dostávame jednoznačné výsledky, nad ktorými bude v nasledujúcej časti vedená diskusia. |
== Premenné == | == Premenné == | ||
| − | + | ==='''Vývoj priemernej teploty ľadovcov počas priebehu simulácie'''=== | |
| − | Funkcia vývoja priemernej teploty ľadovcov so zvolenými parametrami má logaritmický postup, kedy sa od počiatočnej teploty ľadovcov v dôsledku topenia táto priemerná teplota postupne zvyšuje. Najrýchlejšie sa teplota zvyšuje v prvých 100 mesiacoch (uvažovaná jednotka času na základe hodnôt spomínanej štúdie pojednávajúcej o vývoji hladiny mora v | + | Funkcia vývoja priemernej teploty ľadovcov so zvolenými parametrami má približne logaritmický postup, kedy sa od počiatočnej teploty ľadovcov v dôsledku topenia táto priemerná teplota postupne zvyšuje. Najrýchlejšie sa teplota zvyšuje v prvých 100 mesiacoch (uvažovaná jednotka času na základe hodnôt spomínanej štúdie pojednávajúcej o vývoji hladiny mora v priebehu času <ref name = third> <i> Contribution of Antarctica to past and future sea-level rise. </i> Nature, 2016-03-31, roč. 531, čís. 7596, s. 591–597, ISSN 0028-0836. DOI: https://dx.doi.org/10.1038%2Fnature17145. </ref>). S uvažovanými parametrami dôjde k roztopeniu ľadovca v Arktickej oblasti za dobu 1191 mesiacov. |
[[File:ait.png|center|]] | [[File:ait.png|center|]] | ||
| − | + | ==='''Počet roztopených krýh'''=== | |
| − | + | Pri stanovených rozmeroch ľadovcov je počet uvažovaných krých 5060. Počet roztopených krýh nám zobrazuje vývoj postupu topenia krýh v čase. Okrem počiatku simulácie môžeme hovoriť o lineárnom raste roztopených krýh v priebehu spomínaných 1191 mesiacov do úplného roztopenia všetkých ľadov. | |
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | + | [[File:Np.png|center|]] | |
| − | |||
| − | + | ==='''Počet ľadov v závislosti na ich teplote počas topenia'''=== | |
| + | Histogram vyobrazuje farby stĺpcov korešpondujúce s farbami agentov a indexom teplôt v samotnom modeli a ich četnosť v priebehu simulácie. V dôsledku topenia sa mení dominantný stĺpec s rozmedzím teplôt -17 až -20 stupňov a klesá jeho trend v prospech teplejších ľadovcov, až sa trend vodných (roztopených) agentov zvyšuje s teplotným rozmedzím od 0 stupňov. Do 0 stupňov sa jednalo o skupenstvo pevné, od 0 o kvapalinu. | ||
| − | + | [[File:Hist.png|center|]] | |
| − | + | =Záver= | |
| + | V simulácii autor splnil svoj cieľ, ktorým bolo vytvoriť model podložený reálnymi dátami pre simuláciu priebehu roztápania ľadovej čiapky v dôsledku globálneho otepľovania. Pre zachovanie čo najvyššej vernosti realite, autor v modeli uvažuje detaily ako orientáciu ľadovcov a ich styk s ďalšími ľadovcami so zohľadnením ich teplôt a teplotnej výmeny. So stúpajúcou teplotou ľadovcov dochádza ich postupnému topeniu a zmene skupenstva na kvapalné. Autor dokonca uvažuje v modeli aj počty odkrytých strán ľadovcov, na ktoré majú susedné ľady vplyv. Autor simuluje (ak zvažujeme predvolené hodnoty parametrov) v rozmedzí roku 2023 až roku 2123, kedy očakáva z výsledku simulácie úplné roztopenie ľadovca v Arktických oblastiach. Táto skutočnosť by mala devastačné následky, a preto autor simulácie odporúča zvážiť výsledky modelu v kontexte green politík a zaviesť adekvátne metriky pre mitigáciu rizík. Počas tvorby simulácie sa autor stretol s prekážkami vo forme nedostupnosti potrebných dát a komplexnosti predstavovanej simulácie. V budúcnosti autor odporúča na model nadviazať modelom pre pevninské ľadovce na Južnom póle, prípadne rozšíriť súčasný model o ďalšie premenné a parametre. Práca v plnej miere splnila svoj cieľ a náležitosti kurzu na daný typ projektu. | ||
=Kód= | =Kód= | ||
| − | [[Media: | + | [[Media:Semv5.nlogo]] |
=Zdroje= | =Zdroje= | ||
Latest revision as of 22:59, 12 June 2023
Pojem globálne otepľovanie označuje dlhodobé otepľovanie klimatického systému Zeme, ktoré sa pozoruje od predindustriálneho obdobia (od rokov 1850 až 1900) v dôsledku ľudskej činnosti, predovšetkým spaľovania fosílnych palív, ktoré zvyšuje množstvo skleníkových plynov v zemskej atmosfére, ktoré zachytávajú teplo. Tento pojem sa často používa zameniteľne s pojmom zmena klímy. [1] Hlavnou príčinou sú emisie skleníkových plynov, predovšetkým oxidu uhličitého (CO2) a metánu. Väčšina týchto emisií pochádza zo spaľovania fosílnych palív na výrobu energie. Ďalšími zdrojmi sú poľnohospodárstvo, výroba ocele, výroba cementu a úbytok lesov. [2] Globálna hladina morí sa zvyšuje v dôsledku topenia ľadovcov, topenia ľadového príkrovu Grónska a Antarktídy a teplotnej expanzie otepľujúcej sa vody v oceánoch. Medzi rokmi 1993–2020 sa vzostup v čase zvyšoval a predstavoval v priemere 3,3±0,3 mm ročne. V priebehu 21. storočia by podľa odhadov IPCC mohla hladina morí pri scenári s veľmi vysokými emisiami stúpnuť o 61–110 cm. Zvýšené oteplenie oceánov hrozí odtrhnutím splazov antarktických ľadovcov, čo predstavuje riziko ďalšieho rozsiahleho topenia ľadovcov a možnosť až dvojmetrového vzostupu hladiny morí do roku 2100 pri vysokých emisiách.[3] Klimatické zmeny viedli k desaťročnému zmenšovaniu a stenčovaniu arktického morského ľadu. Zatiaľ čo pri oteplení o 1,5 °C sa očakáva, že roky bez ľadu budú vzácne, pri oteplení o 2 °C sa budú vyskytovať raz za tri až desať rokov. [4]
Definícia problému
Problém globálneho otepľovania je možné riešiť pomocou mnohých metrík pre zmierňovanie jeho následkov. Medzi najvýznamnejšie príčiny zmien teploty v kontexte globálneho otepľovania patria skleníkové plyny, slnečná a sopečná činnosť a zmeny na obežnej dráhe Zeme. Ako je pojednávané v úvode tohto reportu, do roku 2100 môže byť predpokladaná zvyšujúca sa hladina oceánov až do dvoch metrov v dôsledku vysokých emisií. Ide teda o problém, ktorý sa simulácia popisovaná v tomto reporte snaží riešiť. S potrebnými vstupnými dátami a informáciami je možné simulovať priebeh topenia ľadovcov v polárnej oblasti Arktídy. Ide o simuláciu topenia ľadovcov bez tundrového podkladu alebo zmrznutej pôdy. Autor teda simuluje ľadovce a kryhy Severného ľadového oceánu pokrytého stále sa roztápajúcimi morskými kryhami. Roztápanie týchto nepevninských ľadovcov má okrem zvyšujúcej sa hladiny svetových oceánov aj stratu/úbytok prirodzeného prostredia pre arktické endemitné druhy, ako je ľadový medveď a tučniaky. Okrem tohto zmena množstva vody v oceánoch spôsobí zmeny v intenzite, teplote a smere prúdenia morských prúdov. Autor simuluje postupné topenie ľadovcov a krýh o stanovených šírkach a hĺbkach, za pôsobenia stanoveného množstva jednotiek koncentrácie skleníkového plynu a zisťuje, ako dlho trvá postupné topenie všetkého ľadu. Výsledkom je priemerná teplota ľadov, množstvo a čas topenia. Na základe výsledkov je možné predvídať a predikovať budúci vývoj morských ľadovcov a pristúpiť tak k adekvátnym opatreniam pre mitigáciu tohto javu. Simulácia je použiteľná pre výskumníkov, Medzivládny panel pre zmenu klímy a tvorbu politických metrík vo vzťahu k riešeniu klimatickej krízy.
Metóda
Pre modelovanie simulácie bolo využité prostredie NetLogo, kde je možné skúmať a reprezentovať závislosti medzi agentmi, veličinami a adekvátne ich interpretovať.
Model
Agenti a premenné
Ľady
Ľady sú v tomto modeli agenty, reprezentované ako polárna čiapka (polar cap), ktoré pomaly v dôsledku pôsobenia okolných vplyvov v klimatických podmienkach menia svoje skupenstvo z pevného (ľad) na kvapalné (voda). Samotné ľady nadobúdajú stanovenú výšku a šírku, ktoré je možné regulovať a tým ovplyvňovať štádium pokročilosti globálneho otepľovania. U týchto agentov je sledované:
- Odkryté strany:
Ľady môžu mať podľa svojej polohy, veľkosti a orientácie odkryté svoje strany/hrany. Na základe odkrytosti strán sa odvíja ďalší postup, pôsobenie a teplota ľadu.
- Teplota:
Každý ľad ako agent má svoju vlastnú celkovú teplotu.
- Okolie:
U každého agenta je sledované jeho okolie. Na základe odkrytých/zakrytých strán je stanovené množstvo a poloha okolitých agentov a ich následné interakcie.
Uvažované premenné
Funkcie agentov a vlastnosti sú definované následovnými procedúrami:
- Orientácia:
Ak je agent v kvapalnom skupenstve a nachádza sa vedľa agenta v skupenstve pevnom (ľad), tak sa zmení jeho skupenstvo na pevné (zmrzne voda) ak nie, tak agent pláve/zostane bez špecifickej orientácie.
- Ochladzovanie/otepľovanie:
Nastaví teplotu agenta na teplotu všetkých susedných agentov, so zohľadnením podielu vplyvu koncentrácie skleníkového plynu na teplotu okolia a tým vplýva na odhalené strany ľadových agentov a výšku krýh.
- Zmena skupenstva:
Procedúra pre priradenie farby agentom, tvorba indexu v rozsahu 1 až 8 pre všetky farby úrovne agentov v procese topenia. Biela až všetky úrovne modrej predstavujú pevné skupenstvo, s rozdielnymi teplotami ľadu v závislosti na farbe. Čím svetlejšia modrá, tým chladnejšie (viď index hist.). Farba cyan následne predstavuje kvapalné skupensvo vo vlastnom teplotnom rozsahu.
- Počet roztopených agentov
Prostredie
Základné nastavenie
Pre základné nastavenie sú použité tieto parametre:
- Koncentrácia skleníkových plynov:
Uvažujeme priemernú globálnu atmosférickú koncentráciu skleníkového plynu oxidu uhličitého sledovanú zo satelitov, v jednotkách parts per 10 million v období od 2003 do 2022. Informácia prevzatá z datasetu poskytnutého climate.copernicus.eu. Predvolene je úroveň koncentrácie zvolená na súčasný priemer medzi mesiacmi jún-december pre arktické oblasti (408ppm = 40ppm*10^-1).
- Počiatočná teplota ľadu, rozmery:
V závislosti na geografii a úrovni pokročilosti globálneho otepľovania je regulovaná teplota ľadovcov a ľadových krýh (Ice Sheets) v Arktických oblastiach, a to podľa štúdie skúmajúcej štrukturálne vlastnosti ľadovcov. Táto štúdia rovnako kategorizuje ľadovce a ľadové kryhy na základe hĺbky a šírky, čo je možné rovnako regulovať v modeli. Podľa rovnakej štúdie je ponorené ľadové jadro teplotne na rozmedzí -15 až -20 stupňov celzia, a preto uvažujme teplotu -20 stupňov celzia a rozmer ľadov s výškou 35m a šírkou 91m, čím podľa spomínanej štúdie spadajú do strednej veľkosti. [5]
- Teplota topenia:
Pohybujeme sa v rozmedzí fyzikálnych zákonov, a preto bola teplota topenia ľadu ponechaná na hodnote vedeckého konsenzu, a teda 0 stupňoch celzia.
- Tvar a výsledky:
Pre resemblenciu polárnej čiapky vyobrazuje model kruh, no je možné toto upraviť spínačom, ako aj výsledky v histograme.
Výsledky
Použitím spomínaných počiatočných parametrov dostávame jednoznačné výsledky, nad ktorými bude v nasledujúcej časti vedená diskusia.
Premenné
Vývoj priemernej teploty ľadovcov počas priebehu simulácie
Funkcia vývoja priemernej teploty ľadovcov so zvolenými parametrami má približne logaritmický postup, kedy sa od počiatočnej teploty ľadovcov v dôsledku topenia táto priemerná teplota postupne zvyšuje. Najrýchlejšie sa teplota zvyšuje v prvých 100 mesiacoch (uvažovaná jednotka času na základe hodnôt spomínanej štúdie pojednávajúcej o vývoji hladiny mora v priebehu času [3]). S uvažovanými parametrami dôjde k roztopeniu ľadovca v Arktickej oblasti za dobu 1191 mesiacov.
Počet roztopených krýh
Pri stanovených rozmeroch ľadovcov je počet uvažovaných krých 5060. Počet roztopených krýh nám zobrazuje vývoj postupu topenia krýh v čase. Okrem počiatku simulácie môžeme hovoriť o lineárnom raste roztopených krýh v priebehu spomínaných 1191 mesiacov do úplného roztopenia všetkých ľadov.
Počet ľadov v závislosti na ich teplote počas topenia
Histogram vyobrazuje farby stĺpcov korešpondujúce s farbami agentov a indexom teplôt v samotnom modeli a ich četnosť v priebehu simulácie. V dôsledku topenia sa mení dominantný stĺpec s rozmedzím teplôt -17 až -20 stupňov a klesá jeho trend v prospech teplejších ľadovcov, až sa trend vodných (roztopených) agentov zvyšuje s teplotným rozmedzím od 0 stupňov. Do 0 stupňov sa jednalo o skupenstvo pevné, od 0 o kvapalinu.
Záver
V simulácii autor splnil svoj cieľ, ktorým bolo vytvoriť model podložený reálnymi dátami pre simuláciu priebehu roztápania ľadovej čiapky v dôsledku globálneho otepľovania. Pre zachovanie čo najvyššej vernosti realite, autor v modeli uvažuje detaily ako orientáciu ľadovcov a ich styk s ďalšími ľadovcami so zohľadnením ich teplôt a teplotnej výmeny. So stúpajúcou teplotou ľadovcov dochádza ich postupnému topeniu a zmene skupenstva na kvapalné. Autor dokonca uvažuje v modeli aj počty odkrytých strán ľadovcov, na ktoré majú susedné ľady vplyv. Autor simuluje (ak zvažujeme predvolené hodnoty parametrov) v rozmedzí roku 2023 až roku 2123, kedy očakáva z výsledku simulácie úplné roztopenie ľadovca v Arktických oblastiach. Táto skutočnosť by mala devastačné následky, a preto autor simulácie odporúča zvážiť výsledky modelu v kontexte green politík a zaviesť adekvátne metriky pre mitigáciu rizík. Počas tvorby simulácie sa autor stretol s prekážkami vo forme nedostupnosti potrebných dát a komplexnosti predstavovanej simulácie. V budúcnosti autor odporúča na model nadviazať modelom pre pevninské ľadovce na Južnom póle, prípadne rozšíriť súčasný model o ďalšie premenné a parametre. Práca v plnej miere splnila svoj cieľ a náležitosti kurzu na daný typ projektu.
Kód
Zdroje
- ↑ SHAFTEL, Holly Overview: Weather, Global Warming and Climate Change. Climate Change: Vital Signs of the Planet. https://climate.nasa.gov/resources/global-warming-vs-climate-change
- ↑ Sector by sector: where do global greenhouse gas emissions come from? Our World in Data, https://ourworldindata.org/ghg-emissions-by-sector
- ↑ 3.0 3.1 Contribution of Antarctica to past and future sea-level rise. Nature, 2016-03-31, roč. 531, čís. 7596, s. 591–597, ISSN 0028-0836. DOI: https://dx.doi.org/10.1038%2Fnature17145.
- ↑ ZHANG, Jinlun; LINDSAY, Ron; STEELE, Mike What drove the dramatic retreat of arctic sea ice during summer 2007? Geophysical Research Letters, 2008-06-11, roč. 35, čís. 11, s. L11505. DOI: https://dx.doi.org/10.1029%2F2008GL034005
- ↑ WADHAMS, Peter Iceberg - Antarctic Circumpolar Current, Coriolis Force, and Ice-Rafted Debris Britannica https://www.britannica.com/science/iceberg/Iceberg-structure
