Ignacio Pisso

Research Institute for Global Change

Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology

CAC – Agosto 2010

Modelización numérica de la composición de la atmósfera de la

tierra

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 yde 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

● Discretización de las ecuaciones de la mecánica de fluidos

● Diversas escalas de tiempo (previsión meteorológica vs climatológica) y espacio (global vs. micro/meso-escala )

Modelos climaticos globales

● Una jerarquía de modelos de creciente complejidad

Elementos de un modelo del sistema atmósfera-océano

193

Contribution to the people and societyContribution to the people and society

Research on Research on Global ChangeGlobal Change

Research on Research on BiogeosciencesBiogeosciences

Principal Area of JAMSTECPrincipal Area of JAMSTEC

Research on Research on Earth EvolutionEarth Evolution

FundamentalFundamental Ocean-related Technology Ocean-related Technology and Developmentand Development

Understanding and Prediction of Global Change

Elucidating Earth Processes through the Oceans

Exploring Earth Systems through Biogeoscience

Advanced Marine Technology, Key National Technology, and Simulation Research and Development

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Deep sea cruising autonomous underwater vehicle: Urashima Deep-sea Drilling Vessel: Chikyu

Earth Simulator

Manned research submersible: Shinkai6500 A variety of research facilities

Achieved a world recordof 317km continuous cruising as an autonomous underwater vehicle in March 2005

The most maximum cruising depth in the world as a manned research

Largest scientific drilling vessel with the highest capabilities in the world

Ultrahigh-speed parallelsupercomputer

Its computational speed was improved by 3.2 times after new system was introduced in March 2009.

Technologies of obstacle avoidance sonar are applied for underwater acoustic camera.

Achieved 1,128 dives for 19 years since its first dive in June 1990 until March 2009.

Length ： 210mBeam ： 38mHeight ： 130mGross tonnage ： 57,087t

Achieved the world’s fastest computational speed from June 2002 to November 2004.

JAMSTEC’s World-Class TechnologiesJAMSTEC’s World-Class Technologies

Automatic Bottom Inspection and Sampling Mobile: ABISMO

Remotely Operated vehicle Hyper Dolphin

(3,000m water depth)

Remotely operated vehicle

Kaiko 7000 II(7,000m water depth)

DEEPBATH

6

※The world record is 10,902m at water depth, achieved in May 2009 by the “Nereus” of the Woods Hole Oceanographic Institution.

(300℃ and about 640 atmospheric pressure)

ありがとうございました。

Thank you

22

The Earth Science Museum

Supercomputer Bldg.Supercomputer Bldg.

Earth Simulator Research Bldg.

Frontier Research Bldg. / Conference Bldg.

The Earth Simulator Bldg.

Information Technology Bldg.

Yokohama Institute for Earth Sciences (YES)Yokohama Institute for Earth Sciences (YES)

１． Researcher/Engineer ： 320 （ incl. 30 from foreign countries)

２． Administration ： 80 　３． Other: 　　　　　 50 Total: approx.450 　　　　　　

Personnel in YES (number approx.)

● Meteorología, climatología, ciencias de la atmósfera ● La prediccion meteorologica vs climatologia● Asimilacion de datos, analisis y reanalisis vs 'free

running models'● 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 medidaCombinando 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

● 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 / 2009NEC 1280 122.40 131.07 TFlops