Vejledning til øvelserne | VG3

Projecter »

4131
Projekt
Vejledning til øvelserne

Områder med store havtemperaturforskelle, frontzoner, er meget interessante i jordens klimakredsløb, blandt andet fordi de danner skillefladen mellem havområder med kun ringe CO2 optag (subtropiske og tropiske) og områder med endog meget store CO2 optag (Arktiske), samtidigt med at her er stor atmosfærisk aktivitet og hyppige storme således at der effektivt udveksles CO2 mellem atmosfæren og havet.

Denne opgave handler om at identificere de aktuelle positioner af de omtalte frontzoner i datasættet opsamlet af Vædderens Ferry Box under Galathea 3 ekspeditionen. Desuden at give et gæt på hvilke af de tre beskrevne mekanismer, som ligger til grund for havets optag i dette område.

Ved at plotte de udregnede temperaturgradienter mod længde- og breddegrad kan vi identificere den geografiske position af frontzonen. Dernæst plotter vi ΔpCO2 værdier ligeledes mod længde- og breddegrader og undersøger om disse udviser store ændringer i samme område, som vi fandt temperaturfronten.

Gør de det, har vi påvist en sammenhæng mellem ΔpCO2 værdier og temperaturfronten (!) og vi kan derefter se nærmere på hvad som skaber denne sammenhæng.

I det følgende studerer vi data på etape 4, men en helt identisk undersøgelse med samme fysiske argumenter kan gennemføres på den sydlige halvkugle, eksempelvis på etape 12. Dvs. når du behersker analyseteknikerne, som du her præsenteres for, kan du anvende EXCEL til at lave undersøgelser andre steder på ruten og belyse dem udfra de mekanismer som her gennemgås for etape 4.

Rækkerne mellem 7293 og 8955 hører til turen mellem Kap Farvel og Azorerne, etape 4. Disse skal vi vælge når vi plotter, da det er her vi ønsker at undersøge havets CO2 optag, mere om dette finder du nedenfor.

Teori om temperaturfronter:
En temperaturfront i havets defineres ved et område hvor forskellen i havtemperatur per meter er størst. Forskellen i havtemperatur per meter eller tilbagelagt distance, r, kaldes en gradient og findes ved:

hvor

Hvor vandfart skal regnes i SI enheder d.v.s som m per sekund, m/s. I regnearket er vandfart opgivet som knob, dvs sømil per time og skal derfor omregnes til m/s.

Her får du de nødvendige data

Download Excel regneark fra skibets Ferrybox fra dette link
Microsoft Excel Worksheet

Sådan kommer du i gang med at arbejde med data! Vælg at arbejde i regnearkets Sheet 2 for at undgå at skulle se på for meget data ad gangen.

Hav-Temperaturforskellen.
Vi skal bruge en kolonne med forskelle i hav-temperaturen. Placer dig derfor i sheet 2 kolonne c som du giver overskriften ” Hav-Temperaturforskel”
ΔThav beregnes som Tt+1 – Tt hvor t betegner tiden. Således er ΔThav forskellen i hav temperatur over 5 minutter, og idet skibet jo sejler bliver de 5 minutter regnet om til an afstand r (se formel 1.1)
I Excel dokumentet findes data for havtemperatur, Hav Temp C, i Sheet 1 kolonne T.
Stil cursor i ”Kolonne C række 3” hvor der skrives:
”=(Sheet1!T3)-(Sheet1!T2)”
Herved fås forskellen i havtemperatur mellem 2 målepunkter dvs for 5 minutter da der er målt hvert 5. minut.
Marker herefter kolonne C række 3 og vælg kopi. Gå til Kolonne C række 4 og marker området hele vejen ned til 64893. Højreklik og vælg indsæt.

Tilbagelagt distance, r
Stil dig i næste kolonne D. Skriv overskrift ”Tilbagelagt distance, r”
Her skal du i første omgang omregne skibets fart fra knob til meter per sekund og derefter gange med den tid skibet har sejlet med fart så har du distancen, r som du skal bruge i formel (1.1).
Knob betyder Sømil i timen
Sømil =1852 m
Sekunder per time = 3600 sekunder
Således bliver omregningen fra sømil per time (Sømil/time) til meter/ 5 minut: (1852/3600)*(5*60)
Skibets fart i sømil findes i kolonne K2 i Sheet 1. Du skal derfor gøre følgende:
=IF(Sheet1!K2=0; 10000; (Sheet1!K2)*(1852/3600)*(5*60))
Her er indbygget en kontrol på om skibets fart er 0 hvilket den er, når der tages målinger. Vi er nødt til at lave en kontrol på om skibets fart er 0 ellers bliver den tilbagelagt distance 0 og vi kommer til at dividere med 0, når havets temperaturgradient skal beregnes.

Hav-Temperaturgradient
Nu er du klar til at beregne temperaturgradienten i havet. Dette gør du som følger. Stil dig i Celle (Sheet 2) C1 som gives navnet ” Hav-Temperatur forskel”. Herefter går du til celle C2 hvor der skrives:”=Sheet2!C3/Sheet2!D3”
Kopier og indsæt til hele kolonnen.

Gennemsnitlig Hav-temperaturgradient.
Vi tager middelværdien af de beregnede gradienter for at jævne lokale ekstremiteter ud - Det foreslås her at du vælger 20 målepunkter (200 minutter) og en måde at gøre det på i Excel kunne være følgende:
Gå til (Sheet 2) kolonne F1 som gives navnet ”
Gennemsnitlig hav temperaturgradient”
Herefter gås til (Sheet 2) kolonne F3 skriv følgende: “=AVERAGE(Sheet2!E3:Sheet2!E43)”
Kopier og indsæt til hele kolonnen.

Luft temperatur forskellen
Som for hav temperaturforskellen bare nu for forskellen i luftens temperatur.Gå til kolonne G som gives navnet ” Luft-Temperatur forskel” herefter gås til (Sheet 2) ”Kolonne G række 3” hvor der skrives:
” =Sheet1!E3-Sheet1!E2”

Luft-Temperaturgradient
Nu er du klar til at beregne temperaturgradienten i luften. Dette gør du som følger. Stil dig i Celle (Sheet 2) H1 som gives navnet ” luft-Temperatur forskel”. Herefter går du til celle H2 hvor der skrives:”=Sheet2!H3/Sheet2!D3”
Kopier og indsæt til hele kolonnen.

Gennemsnitlig Luft-temperaturgradient.
Vi tager middelværdien af de beregnede gradienter for at jævne lokale ekstremiteter ud - Det foreslås her at du vælger 20 målepunkter (200 minutter) og en måde at gøre det på i Excel kunne være følgende:
Gå til (Sheet 2) kolonne I1 som gives navnet ”
Gennemsnitlig luft temperaturgradient”
Herefter gås til (Sheet 2) kolonne I3 skriv følgende: “=AVERAGE(Sheet2!H3:Sheet2!H43)”
Kopier og indsæt til hele kolonnen.

Beregning af forskellen i partieltryk af CO2 i atmosfæren og i havet kaldet ΔpCO2
I regnearkets Sheet 3 finder du pCO2 målingerne for etape 4 og her laves der en yderligere kolonne som kaldes : ”Delta PCO2”. ΔpCO2 findes som forskellen mellem partial-trykket af CO2 i havet og i atmosfæren. Disse værdier findes i kolonnerne F og G med overskrifterne pCO2_hav (μ atm) og pCO2_atm (μ atm). For at beregne forskellen mellem partiel tryk i havet og i atmosfæren gøres følgende: Gå til kolonne I og skriv:
”=Sheet3!F2-Sheet3!G2”
Kopier funktionen til alle rækkerne.

Baggrund og motivation

Som det er beskrevet i to VirtuelGalathea3 projekter (se links til disse) er udvekslingen af CO2 mellem havet og atmosfæren en yderst kompleks størrelse, hvori der både indgår elementer

CO2 og klima

Drivhusgassernes tilstedeværelse i atmosfæren betyder at jordens middeltemperatur holdes varm.

Mekanismer bag havets CO2 optag

Vi har siden 1970 øget den del af emissionen af CO2 til atmosfæren fra menneskelige aktiviteter med 80%.

Den biologiske pumpe

Denne mekanisme betegnes ”Den biologiske pumpe”!

Temperatur pumpen

Jo koldere havet er, jo mindre CO2 på gasform kan det indeholde.

Tilførsel af dybvand

Dybvandet indeholder store mængder opløst CO2, som under højt tryk befinder sig på fast form.

Den atmosfæriske pumpe

Den atmosfæriske turbulens skabes af vinden.