CAMBIO CLIMÁTICO CLIMA SITUACIÓN DE EQUILIBRIO DINÁMICO VARIABLES CLIMÁTICAS VARIABLES CÍCLICAS ELMIMANDO LA CICLICIDAD

Transcripción

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2 CAMBIO CLIMÁTICO Concepto de cambio climático Obtención de datos y técnicas paleoclimáticas Evidencias de cambio climático: *Paleoclimático *Actual: Calentamiento global. Modelo de balance de energía Mecanismos Causales de cambio climático *Parámetros orbitales *Manchas solares *Cambios en el albedo *Aumento de los gases de efecto invernadero: -GCMs y predicciones

3 CAMBIO CLIMÁTICO CLIMA SITUACIÓN DE EQUILIBRIO DINÁMICO VARIABLES CLIMÁTICAS VARIABLES CÍCLICAS ELMIMANDO LA CICLICIDAD VARIABLES ESTACIONARIAS (FLUCTUAN ENTORNO A UN VALOR CENTRAL) <X> ± σ X

4 CAMBIO CLIMÁTICO CONCEPCIÓN ESTADISTICA CAMBIO CLIMÁTICO ANOMALÍA CLIMÁTICA

5 CAMBIO CLIMÁTICO CONCEPCIÓN SISTÉMICA CLIMA Equilibrio dinámico como resultado de interacciones de los componentes del sistema climático CAMBIO CLIMÁTICO Variación que altera algún componente del sistema haciendo que tienda aun nuevo estado de equilibrio tras un proceso de transición.

6 CAMBIO CLIMÁTICO

7 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

8 OBTENCIÓN DE DATOS:TÉCNICAS PALEOCLIMÁTICAS

9 EVIDENCIAS PALEOCLIMÁTICAS

10 Clima del Pasado

11 CO 2 y Clima del Pasado T CO 2 Polvo

12 CONCLUSIONES SOBRE CAMBIOS CLIMÁTICOS DE ÉPOCAS GEOLÓGICAS Hace 1000 Millones de años se inició un enfriamiento debido a la actividad de los organismos fotosintéticos Hace varios 100 Millones de años se produjo un calentamiento debido a un incremento del efecto invernadero por emisiones de CO 2, con temperaturas 5 ºC mayores que las actuales. Hace 100 Millones de años se produjo un nuevo enfriamiento Durante el último millón de años se alternaron periodos glaciares e interglaciares con periodicidades del orden de años. Se detectan ciclos de menor magnitud con periodicidades de unos años.

13 CONCLUSIONES SOBRE CAMBIOS CLIMÁTICOS DE ÉPOCAS GEOLÓGICAS EVIDENCIA DE CAMBIOS CLIMÁTICOS NATURALES DIFERENTES CLIMAS DE LA TIERRA: PLANETA CÁLIDO GLACIACIÓN PERMENTE PERIODOS INTERGALCIARES LOS CAMBIOS AFECTAN MÁS A LAS LATITUDES ALTAS. LAS FASES GLACIARES COINCIDEN CON FASES DE ACTIVIDAD OROGÉNICA ACTUALMENTE NOS ENCONTRAMOS EN UN PERIODO INTERGLACIAR

14 Evidencias paleoclimáticas:variación de la temperatura en el pasado

15 HITOS DEL ACTUAL PERIODO INTERGLACIAR YOUNGER DRYAS BAJADA BRUSCA DE TEMPERATURA ( AÑOS ATRÁS) ÓPTIMO CLIMÁTICO POSTGLACIAR (HOLEOCENO) ( AÑOS ATRÁS) TEMPERATURA 3º SUPERIOR A LA ACTUAL. EDAD DE HIERRO ( AÑOS ATRÁS) MÁS FRÍO Y LLUVIOSO EN EUROPA CENTRAL, MÁS ÁRIDO EN EL MEDITERRANEO. ÓPTIMO CLIMÁTICO MEDIEVAL ( d.c) RECUPERACIÓN TÉRMICA PEQUEÑA EDAD DE HIELO ( ) BAJADA DE LAS TEMPERATURAS

16 Observaciones recientes de Cambio Climático Temperatura Media Globlal Promedio Global de Nivel del Mar Cobertura de nieve en el Hemisferio Norte

17 Crecimiento de la Temperatura Media Global a un ritmo creciente Los 12 años más cálidos: 1998,2005,2003,2002,2004,2006, 2001,1997,1995,1999,1990,2000 Period Rate ± ±0.018 Years /decade Aumento de la temperatura media de (0.74±0.18)ºC

18 Aumento de las olas de calor Ola de calor extrema Verano 2003 Europa

19 Disminución de la cubierta de nieve y del hielo marino del Ártico La cubierta nival de primavera muestra una disminución gradual del 5% durante la década de El área cubierta por hielo marino en el Ártico disminuye un 2.7% por decada (Verano:-7.4%/dec)

20 Distribución del Cambio

21 CAMBIOS EN EL NIVEL DEL MAR

22 Aumento del nivel del mar global El nivel del mar ha crecido entre 1961 y 2003 a un ritmo de (1.8±0.5) mm/año y entre 1993 y 2003 a un ritmo de (3.1±0.8) mm/año.

23 Variaciones observadas: indicadores hídricos

24 Variaciones observadas: indicadores térmicos

25 Observaciones directas de Cambio Climático reciente El calentamiento del sistema climático es inequívoco, tal y como evidencian las observaciones de aumento de la temperaturas globales medias del aire y los océanos, la extensión de la fusión de hielo y nieve, y la subida del nivel medio del mar.

26 Una Perspectiva Paleoclimática La información Paleoclimática apoya la interpretación de que el calentamiento de la última mitad de siglo es inusual en el marco de los 1300 años anteriores. La última ocasión en la que las regiones polares fueron significativamente más cálidas que en la actualidad durante un periodo extenso (hace unos años), las reducciones en el volumen de hielo polar produjeron subidas del nivel del mar de 4 a 6 metros.

27 CALENTAMIENTO GLOBAL Siguen acumulándose pruebas sobre el calentamiento de la atmósfera. en qué medida este calentamiento se debe a la actividad humana y en qué medida a causas naturales? cuál es la magnitud de las variaciones naturales del clima? Cómo explicar los patrones espacio-temporales observados? qué otros efectos implicará el calentamiento de la atmósfera? Las respuestas son obtenidas Análisis de datos Modelos climáticos

28 MODELO DE BALANCE DE ENERGÍA Ecuación del balance radiativo: donde CERO-DIMENSIONAL S = 1370 W/m 2 Constante solar. α = 0.3 Albedo. τ = 0.62 (ετ a ) Transmisividad de onda larga σ = 5.67 x 10-8 W/m 2 K 4 Cte de Stefan-Boltzmann. T e : Temperatura superficial de equilibrio. ( ) ( 1 α ) = τσt S 1 α Te = = 287K 4τσ T e = T e (S, α, τ) Si τ = 1 T e =255 K Efecto Invernadero natural T = 33K S 4 e

29 Modelo cero-dimensional * Dependencia respecto a la constante solar: 1 T 4 e 1 T e S = Te S 4 S S 1 Si S 0.1% T e 0.07 K * Dependencia respecto al albedo 1 T 1 4 e Te α = Te α 4 ( 1 α ) 1 α Si α 0.1% Τ e 0.03 K * Dependencia respecto a la transmisividad atmosférica 1 T 4 e 1 T e τ = Te τ 4 τ τ 2 Si τ 0.1% T e 0.07 K

30 MODELO CERO-DIMENSIONAL Incógnita:Temperatura global superficial media, T. La cantidad de energía que un sistema intercambia con el medio puede expresarse en función de la variación temporal de temperatura como dq dt dt = mc dt En términos de los flujos m: masa del sistema. c : calor específico del sistema. dq = R R R dt 4π T radiativos, ( ) 2 ( 1 α ) S R = 4 4 R = τσt ' A+ BT ( R R ) A = 204 W/m 2, B = 2.17 W/m 2 ºC R T = 6378 km radio terrestre T en K, T en ºC 2 4π R T dt = mc dt

31 HIPÓTESIS DEL MODELO Modelo cero-dimensional, no se tienen en cuenta procesos internos de transferencia de masa, momento o energía, variaciones con la latitud, longitud y altitud ni contrastes geográficos. La capacidad calorífica de los océanos es una buena aproximación de la capacidad calorífica del planeta. La masa de agua que interviene es la constituída por la capa de mezcla. No se considera el papel del océano profundo. C constante, no se consideran variaciones en los océanos. La radiación infrarroja saliente puede parametrizarse con un buen grado de aproximación como R =A+BT (T en ºC).

32 C = mc ρ d 4π R fc 4π R = 4 = 2 T 2 2 T π RT ρ dfc ρ = g cm -3 f = 0.7 d = 70m c = 4128 J K -1 kg -1 C ~ 2 x 10 8 J Km -2 densidad del agua del mar fracción de superficie terrestre cubierta por oceanos profunidad de la capa de mezcla calor específico del agua La capacidad calorífica de los océanos es mucho mayor que la de la atmósfera Igualando ambas expresiones, se obtiene la ecuación diferencial dt B S( 1 α) A + T = dt C 4C C Variable independiente: tiempo t Variable dependiente: temperatura superficial global T

33 R = S MODELO CERO-DIMENSIONAL (ninguna variación en latitud/longitud) ( 1 α ) 4 ( R R ) τσ 2 4π R T = mc 4 R = T' A+ BT dt dt mc d4 R fc C = ρ π ρdfc 4π R = 4 = 2 T 2 2 T πrt dt B S( 1 α) A + T = dt C 4C C A = 204 W/m 2, B = 2.17 W/m 2 ºC R T = 6378 km radio terrestre C 2 x 10 8 J/Km 2 T en ºC Variable independiente: tiempo t Variable dependiente: temperatura superficial global T

34 Solución de la ecuación si S, α, A son ctes. dt B S( 1 α) A + T = dt C 4C C T T 0 = T(t=0)=278 K e S ( 1 α) A = 287K 4B B T = T + ( T T ) e To=278 K To=298 K e 0 T 0 = T(t=0)=298 K e B t C T ( K ) t (años) T(K) t (años) T T e =287 K

35 Concepto de Forzamiento Radiativo El Forzamiento Radiativo mide la modificación del Balance de Energía del Sistema Tierra-Atmósfera cuando los factores que afectan el clima se ven alterados. Se mide en términos de densidad de flujo de energía, W m -2. Cuando un factor o grupo de factores producen un forzamiento positivo la energía del Sistema Tierra- Atmósfera aumenta y se produce un calentamiento del sistema. Por el contrario, si un factor o grupo de factores producen un forzamiento negativo la energía del Sistema Tierra-Atmósfera disminuye y se produce un enfriamiento del sistema.

36 CAUSAS DE LOS CAMBIOS CLIMÁTICOS CAUSAS EXTERNAS VARIACIONES DE LA FUENTE SOLAR (S) CAMBIOS ORBITALES TIERRA-SOL(S) CAUSAS INTERNAS COMPOSICIÓN ATMOSFÉRICA(A y B, α) NATURALEZA DE LA SUPERFICIE TERRESTRE (α) CIRCULACIONES ATMOSFÉRICA Y OCEÁNICA CAUSAS ANTROPOGÉNICAS COMPOSICIÓN ATMOSFÉRICA(A y B, α) NATURALEZA DE LA SUPERFICIE TERRESTRE (α)

37 Variaciones orbitales terrestres: Perturbaciones cíclicas de la órbita elíptica provocadas por la atracción gravitatoria del resto de los planetas del Sistema solar: (a) Excentricidad: eactual=0.017 emín=0.005, emáx=0.06, τe 105 años. (b) Oblicuidad: εactual=23.5º ψ mín=22.1º, ψ máx=24.5º, τε años. (c) Precesión: Fecha del perihelio Actual= 5 Enero, τp años. Teoría de Milankovitch: eras glaciares

38 Glaciaciones y Teoría de Milankovich

39 RESULTADOS Excentricidad: A mayor e, menor flujo anual incidente. e mín =0.005 S= 0.014%, e máx =0.06 S= -0.17% Cambios en ψ, P no influyen en la radiación total recibida, sólo en los gradientes superficiales y en la variabilidad estacional -Menor ψ menor estacionalidad: extensión de hielos en latitudes altas. - Cambio en P: variación en la intensidad de cambios estacionales. -Si S=S(t) α cte, A cte Contrastación (registros geológicos) Periodicidad de las glaciaciones es 10 5 años (la más importante), y años Sin embargo los modelos estiman que los cambios en ψ y P deben ser más importantes. Amplitud de la oscilación térmica (diferencia entre periodos glaciares e interglaciares) es 6 K por qué ha habido periodos sin glaciaciones?

40 ACTIVIDAD SOLAR Variaciones del campo magnético solar variaciones temporales en el número de manchas solares: Regiones de la fotosfera más oscuras y frías ( 4000 K). Tamaño medio km. Ocurren en pares o en complejos grupos. Persisten durante varios días o semanas. Aparecen entre el ecuador solar y los 40 de latitud. Están rodeadas de zonas de gran luminosidad (fóculas) A mayor actividad solar, mayor número de manchas y de radiación emitida. Periodicidad en el número de manchas solares observadas de 11 años. Promedio anual de manchas solares. N Año

41 MANCHAS SOLARES

42 Manchas solares y radiación solar emitida

43 MANCHAS SOLARES Los modelos estiman T 0.12 K con periodicidad del orden de 11 años. T-Te (K) 0,1 0 Influencia de la variabilidad solar. -0, Año Contrastación: * Numerosos registros climáticos muestran esta periodicidad. * Modelos más complejos muestran variaciones del orden de 0.16, 0.2 ó 0.45 K. Discusión: * Problema empírico, S error instrumental. * Física solar. * T error instrumental. *Periodos de baja actividad solar: Mínimo Maunder ( ).

44 Actividad Volcánica Actividad episódica. Los efectos climáticos de los aerosoles volcánicos dependen de varios factores: Volumen de material lanzado por la erupción. Latitud del volcán. Patrón de circulación estratosférica. Composición química del material (sulfatos) Tamaño de las partículas, distribución y vida media ( 2 años). Efecto radiativo: La nube de aerosoles volcánicos en la baja estratosfera aumenta el albedo efectivo del planeta, a través de la reflexión directa. α (0.29,0.35) Ej: Pinatubo (Junio1991) α Q = -Q o α -3.4 W/m2

45 Actividad Volcánica El MBE estima variaciones T -0.4 K de efecto temporal muy limitado Contrastación: En el estudio de los efectos climáticos del Pinatubo se han encontrado descensos de la temperatura del orden de 0.3 a 0.6 K, con una duración no superior a los dos años. DISCUSIÓN La naturaleza episódica e irregular de las erupciones hace prácticamente imposible la predicción. Sólo una sucesión continuada de erupciones volcánicas daría lugar a cambios perdurables ( Pequeña Edad de Hielo ). Dificultad en la caracterización (composición química, tamaño de las partículas) de la nube de aerosoles. Dependencia respecto a la circulación de la baja estratosfera para la difusión de la nube de aerosoles.

46 VARIACIONES EN ESCALAS GEOLÓGICAS

47 GASES DE EFECTO INVERNADERO vapor de agua. CO 2 CH 4 O 3 CFCs. Si [CO 2 ] τ (transmisividad) A T La concentración actual de CO 2 (354 ppmv) es un 25% superior a su valor pre-industrial.

48 CO 2 CH 4 Las concentraciones atmosféricas de CO 2 y CH 4 en 2005 superan ampliamente el rango natural de los últimos 650,000 años. Los incrementos en la era post-industrial no son de origen natural.

49 CO 2 CH 4 Las concentraciones atmosféricas de CO 2 y CH 4 en 2005 superan ampliamente el rango natural de los últimos 650,000 años. Los incrementos en la era post-industrial no son de origen natural.

50 Agentes humanos y naturales del Cambio Climático Concentraciones de CO 2, CH 4 y N 2 O -Superan ampliamente los valores preindustriales -Desde 1750 experimentan un marcado aumento debido a las actividades humanas -Antes de la era industrial el cambio es relativamente pequeño El forzamiento radiativo debido al incremento de las concentraciones de CO 2, CH 4 and N 2 O, y con mucha probabilidad el ritmo de aumento en forzamiento debido a estos gases desde 1750, no tienen precedente en los 10,000 años anteriores.

51 Rapidez de los cambios La rapidez de los cambios observados es inusual alta cuando se analizan los últimos años

52 Promedios Globales de Forzamiento Radiativo

53 DISCUSIÓN Resultados MBE: Τ 0.5 K en 100 años. T función creciente del tiempo Constrastación: La T media global ha crecido en 0.6 K desde Crecimiento uniforme (gran variabilidad interanual) Problemas Incertidumbres respecto a los niveles pre-industriales de CO 2 con un error asociado de Q ± 0.3 W/m 2 ( 16% del forcing supuesto desde 1860). Los resultados de otros modelos están comprendidos entre 0.5 y 1.0 K, según se considere o no la aportación de los CFCs Se desconoce con precisión el ciclo del carbono y otros gases de invernadero (manantiales, sumideros, tiempo de residencia en la atmósfera, etc.). El calentamiento debido al aumento de los gases de invernadero es del mismo orden de magnitud que las variaciones provocadas por causas naturales. T Sol ± 0.06 K Τ volcán 0.4 K

54 Indicaciones de los Modelos

55 Indicaciones de los Modelos La mayor parte de los cambios de temperatura en los últimos 50 años son atribuibles al Hombre Stott et al, Science 2000

56 Proyecciones Futuras. Escenarios. A1: Un mundo de rápido crecimiento económico con la rápida introducción de nuevas y más eficientes tecnológias A2: Un mundo muy heterogéneo con énfasis en los valores familiares y en las tradiciones locales. B1: Un mundo menos materialista con la introducción de tecnologías límpias B2: Un mundo con énfais en soluciones Locales a la sostenibilidad económica y Medioambiental. IS92a business as usual escenario (1992)

57 ESCENARIOS DE EMISIONES DEL IPCC: B1, B2, A1, A2 Cambio en las emisiones de CO 2 procedentes de fuentes enegéticas y/o industriales para el año 2100, varía desde una disminución del 4% (B1), a un aumento del 320% (A2). [CO ] = 370 ppmv B1: [CO ] = 550 ppmv A2: [CO ] = 830 ppmv El efecto del [CO 2 ] sobre el cambio climático global depende de la sensibilidad climática: Baja (1.5ºC) Media (2.5ºC) Alta (4.5ºC) B1-bajo: escenario con menores emisiones combinado con el de menor sensibilidad. A2-alto: escenario con emisiones más altas combinado con el de mayor sensibilidad. 1980* 1990* T T CO2 T Nivel del CO2 T Nivel del CO2 T Nivel del (ºC) (ºC) (ppmv) (ºC) mar (cm) (ppmv) (ºC) mar (cm) (ppmv) (ºC) mar (cm) B1-bajo B2-med A1-med A2-alto * Indica década CAMBIOS CALCULADOS RESPECTO AL PROMEDIO

58 Escenarios de emisión y concentraciones resultantes

59 ESCENARIOS DE EMISIÓN Escenarios A: Aumentos de la emisión de gases invernadero Escenarios B: control de las emisiones IS92a: niveles de emisión de 1992

60 PREDICCIO- NES DE LOS GCMS Cambio en la temperatura media anual de relativo a 1990 Media Global (2085)=3.1ºC (A2)

61 Se prevé un incremento global en la precipitación con áreas más húmedas y otras más secas Cambio en la precipitación media anual: 2071 to 2100 relativo to 1990

62 PROYECCIONES DE LOS GCMS Se prevé que la temperatura superficial media global aumente durante el siglo XXI

63 Temperatura Precipitación PROYECCIO- NES DE LOS GCMS Diferencias regionales y estacionales en el calentamiento sobre tierra para A2 y B2

64 El nivel medio del mar se prevé que aumente durante el siglo XXI

65 Se prevé un aumento en la ocurrencia de sucesos extremos Cambios previstos durante el siglo XXI Temperaturas máximas más altas, más días cálidos y más olas de calor, sobre prácticamente todas las áreas terrestres (Alta probabilidad) Temperaturas mínimas más altas, menos días fríos y con heladas y menos olas frías, sobre prácticamente todas las áreas terrestres (Alta probabilidad) Sucesos de precipitación más intensos sobre muchas áreas (Alta probabilidad) Aumento de sequías estivales sobre la mayor parte del interior continental para latitudes medias (Probable) Aumento de la intensidad del viento y precipitación en los ciclones tropicales (Probable) Ejemplos de impactos Aumento de la mortalidad de ancianos en áreas urbanas Daños en las cosechas Aumento del estrés en el ganado Más plagas y enfermedades Pérdida de algunos cultivos Deslizamientos de tierras y aludes Daños a la propiedad e incremento de los costos de los seguros Reducción de la productividad de zonas de pastos, aumento de fuegos Decrecimiento de energía hídrica Daños a diferentes sistemas ecológicos y socioeconómicos.

66 Cambios observados en la Península Ibérica Respecto a (13.1ºC) Respecto a (257 mm)

67 Cambios Globales y en la Península Ibérica observados (hasta 1998) y calculados ( ) según los cuatro escenarios B1, B2, A1, A2

68 Cambios previstos en la Temperatura media anual respecto para periodos de 30 años centrados en 2020, 2050, 2080 según los escenarios B1, B2, A1, A2

69 Cambios previstos en la Precipitación media anual respecto para periodos de 30 años centrados en 2020, 2050, 2080 según el escenario A1-medio

70 Agentes humanos y naturales del Cambio Climático La comprensión de las influencias sobre el clima del calentamiento y enfriamiento antropogénico ha mejorado desde el Tercer Informe Sobre el Cambio Climático, con el resultado de que existe un nivel de confianza muy alto de que el efecto neto globalmente promediado de las actvidades humanas desde 1750 ha sido de calentamiento, con un forzamiento radiativo de +1.6 [+0.6 a +2.4] W m -2.

71 Atribución Los cambios observados son Observations All forcing consistentes con las respuestas esperadas a los forzamientos inconsistentes con explicaciones alternativas Solar+volcanic

72 Las emisiones de gases de efecto invernadero y aerosoles de origen antropogénico continúan alterando la atmósfera de forma que son esperables efectos sobre el clima. Las concentraciones de gases de efecto invernadero y su forzamiento radiativo han seguido aumentando por la acción del hombre. Los aerosoles antropogenicos tienen una vida media corta y producen fundamentalmente un forzamiento radiativo negativo. Los factores naturales han tenido una pequeña contribución al forzamiento radiativo durante el s. XX. La confianza en los modelos de predicción ha aumentado. Podemos afirmar con gran seguridad que la mayor parte del calentamiento observado durante los últimos 50 años se debe a las actividades humanas.

73 Las emisiones de gases de efecto invernadero y aerosoles de origen antropogénico continúan alterando la atmósfera de forma que son esperables efectos sobre el clima. Las influencias humanas seguirán produciendo cambios en la composición atmosférica durante el siglo XXI. Para todos los escenarios de emisiones futuras analizados en el marco del IPCC se prevén aumentos de la temperatura global y del nivel del mar. Los cambios climáticos producidos por el hombre serán persistentes durante siglos. Deben de continuarse las actividades que permitan resolver las carencias en información y comprensión del fenómeno del cambio climático.