TEMA 9. EL CLIMA: ELEMENTOS Y FACTORES

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1 TEMA 9. EL CLIMA: ELEMENTOS Y FACTORES Definición de clima. Sistema Climático. Componentes del sistema climático. Mecanismos de acoplamiento. Realimentaciones. Modelos climáticos. Estadística en climatología. 1 DEFINICIÓN DE CLIMA Tiempo: estado instantáneo de las variables meteorológicas. Se refiere al estado de atmósfera en plazos cortos (horas a días). Esta sujeto a una gran variabilidad. <X> X Clima: comportamiento medio de las variables meteorológicas a lo largo de un periodo largo de tiempo. Cuantifica el estado medio y la variabilidad a lo largo de este periodo. Es el resultado de hacer una análisis estadístico del tiempo. Importa no solo la media sino también su variabilidad (desviación estándar). La Organización meteorológica mundial establece un periodo de referencia de 30 años (actualmente ). 2 1

2 DEFINICIÓN DE CLIMA En resumen: 1. Condiciones medias del tiempo en una región homogénea a lo largo de un periodo de tiempo largo tomado como referencia (30 años: ). 2. El clima puede cambiar en escalas de décadas a miles de años. 3. Se suelen tomar unos estadísticos estándar de temperatura y precipitación para establecer y clasificar el clima. 3 DEFINICIÓN DE CLIMA: TEMPERATURA Temperatura media mensual (estacional) 1. Promedio de la temperatura media y mínima diaria. 2. Promedio de esas temperaturas a lo largo de un mes concreto. 3. Promedio de los 30 meses de los años correspondientes. Temperatura máxima/mínima mensual (estacional) 1. Promedio de la temperatura máxima/mínima diaria. 2. Promedio de esas temperaturas a lo largo de un mes concreto. 3. Promedio de los 30 meses de los años correspondientes. Temperaturas media, máxima y mínima anual. Promedio mensual de los valores anteriores. Rango de temperatura: ídem de lo anterior pero partiendo de la diferencia máximamínima diaria. 4 2

3 DEFINICIÓN DE CLIMA: PRECIPITACIÓN Precipitación mensual (estacional). 1. Precipitación acumulada a lo largo del mes. 2. Promedio precipitación a lo largo de los 30 meses de los años correspondientes. Precipitación anual. 1. Suma de los valores mensuales. 2. Promedio de los valores anuales a lo largo de los 30 años. Climograma: Representación esquemática clima. Normalmente: temperatura y precipitación mensuales. 5 Sistema climático Entrada Sistema climático: máquina climática Salida Clima: valor medio 6 3

4 COMPONENTES DEL SISTEMA CLIMÁTICO Atmósfera Hidrosfera Atmósfera Criosfera Litosfera Biosfera ATMÓSFERA EL MÁS INESTABLE DENSIDAD BAJA FÁCIL MOVILIDAD EL MÁS IMPORTANTE PAPEL ESENCIAL EN EL EQUILIBRIO ENERGÉTICO CONTROLA LA RADIACIÓN ENTRANTE Y SALIENTE PRINCIPAL MEDIO DE TRANSFERENCIA DEL CALOR MÁQUINA TÉRMICA 8 4

5 HIDROSFERA Aguas disponibles en la tierra: mares, ríos, pantanos, subterráneas. 9 HIDROSFERA ENORME VOLUMEN EL 2º MÁS IMPORTANTE Suministro de agua para el ciclo hidrológico GRAN ALMACEN DE CALOR GRAN INFLUENCIA TERMOREGULADORA SOBRE EL CLIMA CAPACIDAD CALORÍFICA DEL AGUA ALTA FENÓMENO DE LA CONTINENTALIDAD Y OCEANIDAD TRANSPORTE DE CALOR DESDE LAS REGIONES ECUATORIALES A LAS POLARES CORRIENTES MARINAS 5

6 CRIOSFERA BAJA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA PAPEL DESTACADO Excelente aislante impidiendo pérdidas de calor ALBEDO ALTO REDUCE LA RADIACIÓN ENTRANTE T BAJAS EN LAS ZONAS AFECTADAS CONTRIBUYE A LA ESTABILIZACIÓN DE LA ATMÓSFERA CERCA DEL SUELO IMPIDIENDO LOS PROCESOS CONVECTIVOS VARIACIONES TEMPORALES CUBIERTA DE NIEVE: Componente más variable LITOSFERA Sustrato solido de la tierra en continua evolución. 12 6

7 LITOSFERA INTERVIENE SOBRE EL CLIMA SUMINISTRANDO PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN ALBEDOS DISTINTOS INTERACCIÓN CON LA ATMÓSFERA ENERGÍA MASA INFLUYE EN EL BALANCE DE Almacena poco calor CALOR Y HUMEDAD Cambia deprisa la T superficial del aire Balance local de energía Evapotranspiración fase de vapor de agua HETEROGENEIDAD Reflectividad (lluvia y nieve Conductividad y partículas sólidas) Ciclo del Carbono BIOSFERA Conjunto de animales y plantas sobre el planeta. Desde escala microscópica a macroscópica, en la tierra y el mar. 7

8 BIOSFERA BALANCE DEL CO2 PAPEL FUNDAMENTAL DE LA BIOMASA PRODUCCIÓN DE AEROSOLES BALANCE QUÍMICO CON OTROS GASES ANIMALES HOMBRE VARIACIONES EN EL CLIMA Por medio de la comida y el hábitat AGRICULTURA GANADERÍA INDUSTRIA CONSTRUCCIONES URBANAS 15 MECANISMOS DE ACOPLAMIENTO. Los susbsistemas del Sistema climático están acoplados. Cuando hay cambios en uno repercuten en el otro. 16 8

9 CICLO HIDROLÓGICO Mecanismos de acoplamiento. 17 CICLO ESTACIONAL DEL CO 2 : ACOPLAMIENTO ATMÓSFERA BIOSFERA 350 CO 2 Mixing Ratio (ppm) at Mauna Loa Monthly Mean CO 2 Mixing Ratio Time La atmósfera responde a la biosfera en escalas de meses. 18 9

10 CICLO GLOGAL DEL CARBONO 19 MECANISMOS DE ACOPLAMIENTO. Acoplamiento físico Acoplamiento químico 20 10

11 Intercambio de energía océano-atmósfera: Evaporación: La evaporación es proporciona a: 1. T superficie agua - T capa superficial viento. 2. Velocidad del viento. cesión de energía del océano a la atmósfera. Intercambio de momento: cesión de energía de la atmósfera (viento) al océano. Intercambio de momento es proporcional a la velocidad del viento. Tiempo respuesta diferentes partes del sistema climático Tiempo de equilibrio, respuesta o ajuste que tiene el sistema para volver a su estado inicial después de una perturbación. Los tiempos de respuesta varían de un sistema a otro, e incluso dentro del propio sistema

12 Mecanismos de acoplamiento: Tiempos de respuesta. Tiempo de equilibrio, respuesta o ajuste que tiene el sistema para volver a su estado inicial después de una perturbación. Los tiempos de respuesta varían de un sistema a otro, e incluso dentro del propio sistema. FUERZAS RADIATIVAS Estratosfera 1 año Troposfera 1 semana Capa límite planetaria 1 día Capa mixta 2-7 meses Hielo del mar (cubierta de témpanos) Días-100 años Superficie de nieve-hielo 1día Litosfera-biosfera Lagos 11 días Fondo del mar 300 años Glaciares 300 años Capas de hielo 3000 años Fuerzas tectónicas/geotérmicas/antropogénicas REALIMENTACIÓN. Los subsistemas del Sistema climático están acoplados. Cuando hay cambios en uno repercuten en el otro. El acoplamiento puede ser de varios tipos

13 REALIMENTACIÓN +/- +/- realimentación Forzamiento inicial + incremento de la variable - Decremento de la variable variable Proceso de acoplamiento 25 REALIMENTACIÓN NEGATIVA (FEEDBACK) X se incrementa Acoplamiento negativo: X decrece si Y se incrementa X - Se llega al equilibrio Tras una perturbación Atenuación del proceso Y + Acoplamiento positivo: Y se incrementa si lo hace X 26 13

14 REALIMENTACIÓN POSITIVA (FEEDBACK) Acomplamiento positivo: X se incrementa más aún X se si lo hace Y incrementa X + Tras una perturbación El sistema se descontrola Amplificación del proceso Y + Acoplamiento positivo: Y se incrementa si lo hace X Nota: El razonamiento anterior es valida también para decrementos 27 REALIMENTACIÓN. Equlibrio inestable Equilibiro estable Equilibrio inestable SI CRECE LA POBLACIÓN DE LOBOS DISMINUYE LA DE CONEJOS. QUÉ TIPO DE ACOPLAMIENTO ES? PERO SI DECRECE LA POBLACIÓN DE CONEJOS DECRECE LA DE LOBOS, QUE TIPO DE ACOPLAMIENTO ES? HAY REALIMENTACIÓN ENTRE LA POBLACIÓN DE LOBOS Y LA DE CONEJOS? DE QUÉ TIPO? 28 14

15 TEMP-ALBEDO HIELO CAMBIOS EN EL CLIMA: GLACIACIÓN Realimentación positiva Desestabilización clima - Albedo T Forzamiento inicial: + Menor insolación en + el hemisferio norte. Más hielo - 29 Realimentación negativa: radiación infrarroja temperatura Realimentación negativa estabilización clima - + Radiacion infrarroja Temperatura saliente caumenta Forzamiento Inicial: + Radiacion solar O efecto invernadero

16 REALIMENTACIÓN. Retroalimentación positiva Descenso de la temperatura global de la superficie Menor energía disponible para la fusión y el calentamiento Menor fusión del hielo y la nieve Incremento del albedo superficial Aumento de las superficies del hielo y nieve Incremento de la 31 precipitación de nieve RETROALIMENTACIONES Retroalimentación positiva hielo-albedo T nieve/hielo albedo T T nieve/hielo albedo T Retroalimentación efecto invernadero-vapor de agua T evaporación efecto invernadero T T evaporación efecto invernadero T Retroalimentación positiva efecto invernadero-vapor de agua: (nubes cumuliformes) NUBES Retroalimentación negativa albedo: (nubes estratiformes) 32 16

17 MODELOS CLIMÁTICOS Gases y aerosoles radiativamente activos Tipos de nubes Precipitación Flujos de momento y calores sensible y latente Escorrentia Hielo Capas oceánicas superficiales Biosfera Hielo AlmacenamientoPenetración de calor y estacional humedad y diurna Intercambio vertical entre capas de momento, calor y humedad. Intercambio horizontal entre columnas de momento, calor y humedad. Orografía, vegetación y características de la superficie incluidas en cada celda de la rejilla. Precipitación a escala de la rejilla. Intercambio vertical entre capas de momento, calor y sal por difusión, convección y afloramiento. Intercambio horizontal entre columnas por difusión y advección. a g r e g a c i ó n d i s g r e g a c i ó n Modelo de circulación general Modelo climático regional Hidrología Vegetación Topografía Sistemas sociales MODELOS CLIMÁTICOS Tierra Océanos 34 17

18 MODELOS CLIMÁTICOS La complejidad de los modelos climáticos ha aumentado en las últimas décadas. La hipótesis físicas adicionales incorporadas se muestran gráficamente para los diferentes rasgos del mundo modelado 35 Estas figuras muestran la evolución de la resolución de Europa. Se puede ver como la resolución horizontal aumenta desde el primer informe hasta el actual. 5 informe (FAR) La resolución vertical pasa desde una sola capa para el océano y 10 para la atmósfera hasta alrededor de 30 para ambos

19 Anomalías Prec. Andalucia Últimos 500 años 37 Eventos extremos: periodo de retorno Se usa, por ejemplo, para establecer la probabilidad de un evento extremo (riada, hola decalor,etc)sobrelabasedeunasecuenciade datos larga en el tiempo. El periodo de retorno T = 1/p en años, equivale al inverso de la probabilidad p con la que observamos que nuestra variable x supera un cierto umbral. Por ejemplo, si p = 0.01, el periodo de retorno seria de T = 100 años. Dos interpretaciones para el periodo de retorno T: 1. Tiempo que hay que esperar entre dos ocurrencias del fenómeno extremo. 2. Número medio de eventos que ocurre en un periodo de T años

20 Cambio climático Cambios en las distribuciones: media y variancia Cambio en la frecuencia de ocurrencia de Fenómenos extremos 39 20