Radiative-convective model for one-dimensional cloudy sky atmosphere
Bir boyutlu, bulutlu atmosfer için ışınım-taşınım modeli
- Tez No: 286187
- Danışmanlar: PROF. DR. NEVİN SELÇUK, YRD. DOÇ. DR. GÖRKEM KÜLAH
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 75
Özet
Atmosfer koşullarında sıcaklık ve konsantrasyon dağılımlarının tahmin edilmesine duyulan giderek artan gereksinim; zamana bağlı kütle, devinirlik, enerji ve madde korunum denklemlerinin çözümünü gerçekleştirecek yöntemlerin geliştirilmesini gerektirmiştir. Atmosferik ışınım çözümü gerçekleştirilecek sistemler bütününün en temel unsurudur. Bundan dolayı atmosferik ışınım modelleri iklim modellerinden ayrı olarak geliştirilmiştir.Atmosferin doğru modellenmesi ortamın ışınım özelliklerinin güvenilir değerlendirilmesini ve atmosferik modellerin zamana bağlı çok boyutlu problemi tanımlayan denklemlerle birlikte ışınım ısı transfer denkleminin doğru çözülmesini gerektirmektedir. Bu amaca ulaşmak için yerküre-atmosfer sisteminin bulutsuz ve bulutlu atmosfer için bir boyutlu ışınım-taşınım modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen kodun ışınım kısmı Santa Barbara DISORT (Belirli Yönler Yöntemi Işınım Transferi) Atmosferik Işınım Transferi (SBDART) yöntemine entegre edilmiş toplam eksponentli ışınım özellikleri hesaplama yönteminden oluşturulmuştur.SBDART'ın öngörülerinin doğruluğu bulutsuz 1-Boyutlu atmosferde uzun dalga boyu aralığında (3.33-100µm) LBLRTM'in çözümleri ile karşılaştırılarak belirlenmiştir. SBDART'ın çözümlerinin öngörme doğruluğu ve hesaplama zamanı açısından optimize edilmesi için program değişik dalga boyu aralıkları ve akı sayısı için çalıştırılmış ve en uygun dalga boyu aralığının değişken dalga boyu aralığı, akı sayısının ise sekiz olduğu sonucuna varılmıştır.Daha sonra SBDART ışınım-taşınım modeli ile birlaştirilmiş ve kodun bulutsuz ve bulutlu atmosferde CO2 konsantrasyonunun değişimine iklimin hassasiyeti incelenmiştir.CO2 konsantrasyonunun bugünkü değerinden (387 ppm) iki katına çıkarılması durumunda yerküre yüzey denge sıcaklığı artışının bulutsuz ortamda 4.2 K, bulutlu ortamda ise 2.1 K olduğu sonucuna varılmıştır. Yerküre yüzey denge sıcaklığı'na ulaşmak için bulutsuz ve bulutlu atmosfer koşullarında geçen süre sırasıyla yaklaşık olarak 2000 ve 6000 gündür. Bahsi geçen sıcaklık artışları bu süreçler içinde yalnızca CO2 konsantrasyonundaki artış göze alınarak elde edilmiş, iklim değişikliği üzerinde sıcaklık artşını arttırıcı ya da azaltıcı etke yapabilecek diğer etkenlerin değişmediği varsayılmıştır.Bu tez çalışmasında geliştirilen kodun değerlendirilmesi sonucunda, kodun, yerküre-atmosfer sisteminin 1-boyutlu ışınım-taşınım modellenmesi için güvenle kullanılabileceğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Recent emphasis on the prediction of temperature and concentration fields in the atmosphere has led to the investigation of accurate solution methods of the time-dependent conservation equations for mass, momentum, energy and species. Atmospheric radiation is the key component of this system. Therefore, atmospheric radiation models were developed in isolation from the climate models.The time-dependent multi-dimensional governing equations of atmospheric models must be solved in conjunction with the radiative transfer equation for accurate modeling of the atmosphere. In order to achieve this objective, a 1-D Radiative-Convective Model for Earth-Atmosphere System (RCM4EAS) was developed for clear and cloudy sky atmospheres. The radiative component of the code is Santa Barbara DISORT (Discrete Ordinate Radiative Transfer) Atmospheric Radiative Transfer (SBDART) integrated with exponential sum-fitting method as the radiative property estimation technique.The accuracy of SBDART was tested by comparing its predictions of radiative fluxes with those of Line-by-Line Radiative Transfer Model (LBLRTM) for 1-D longwave (3.33-100 µm) clear sky atmosphere and a good agreement was obtained.A parametric study aiming at finding the optimum parameters to be used as input in SBDART regarding the wavelength increment and order of approximation was also carried out. Variable wavelength and eight streams were selected as optimum parameters for the accuracy and computational efficiency.The code was then coupled with a 1-D Radiative-Convective Model (RCM) to obtain the time dependent code, (RCM4EAS), which was applied to the investigation of the sensitivity of climate to changes in the CO2 concentration for clear and cloudy sky conditions.CO2 sensitivity analyses revealed that doubling the CO2 concentration in the earth?s atmosphere from its present value (387 ppm) results in an increase in equilibrium surface temperature of 4.2 K in the clear sky atmosphere as opposed to 2.1 K in cloudy sky atmosphere with typical cloud physical parameters. It is worth noting that times required to reach equilibrium surface temperatures are approximately 2000 and 6000 days for clear and cloudy sky atmospheres, respectively and these temperature increases are calculated assuming that all the other parameters except CO2 concentration remain unchanged within these time periods. Therefore, it should be noted that these temperature increases reflect only the effect of CO2 doubling and excludes the effect of other forcings which might positively or negatively affect these temperature increases.Overall evaluation of the performance of the code developed in this thesis study indicates that it can be used with confidence in 1-D radiative-convective modeling of the earth-atmosphere systems.
Benzer Tezler
- Yolcu taşıtlarının iklimlendirilmesi
Air conditioning of passenger vehicles
MERT BATIRAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERİDUN ÖZGÜÇ
- Havalı kollektörle ısıtma ve ekserji analizi
Heating with the solar air collector and its exergy analysis
MUSTAFA ALTUNBAŞ
- Termaller ve cumuluslerde meteorolojik parametrelerin ölçülmesi, analizi ve konvektif yapının modellenmesi
Measurements and analysis of the meteorological parameters in thermals and cumulus clouds and modelling of the conventive structure
ZAFER ASLAN
- Radiative-convective model for one-dimensional longwave clear sky atmosphere
Bir boyutlu, uzun dalga, bulutsuz hava koşulu için ışınım-taşınım modeli
GÜZİDE AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN SELÇUK
YRD. DOÇ. GÖRKEM KÜLAH