Prácticas de Meteorología y Climatología

Transcripción

1 Introducción Prácticas de Meteorología y Climatología PRÁCTICA 1: MODELOS CLIMÁTICOS: CALENTAMIENTO GLOBAL El estudio de los efectos que un incremento de las emisiones de gases de efecto invernadero tendrán sobre el clima (aumento de temperatura, del nivel del mar, de la concentración de contaminantes, etc.) se suelen evaluar por medio de modelos matemáticos del clima programados en grandes ordenadores. El manejo de dichos modelos es muy complejo y requiere ordenadores muy potentes. Sin embargo, uno de los centros más prestigiosos en investigación sobre el cambio climático, el Climatic Research Unit ( ha desarrollado durante los últimos años una herramienta que permite experimentar con los diferentes escenarios de emisiones de manera sencilla: los programas MAGICC y SCENGEN, que se encuentran instalados en los ordenadores del aula de informática. Si se desea información completa sobre el modelo y el programa se puede obtener en la dirección: Figura 1 El programa MAGICC utiliza un modelo que simula el comportamiento del sistema acoplado tierra-atmósfera esquematizado en la figura 1. Considera cuatro subsistemas, atmósfera, capa de mezcla oceánica, océano profundo y superficie continental. En el modelo matemático se incluyen seis ciclos de gases de efecto invernadero (CO 2, CH 4, N 2 O, O 3 troposférico, CFCs y partículas en suspensión). El programa permite especificar las emisiones previstas de los diferentes gases de efecto invernadero durante los próximos años (escenario de emisiones) y tras ejecutar el programa, obtendremos el cambio esperado de la temperatura y el nivel del mar globales. Con el programa MAGICC, podemos calcular el incremento global de temperatura bajo diferentes escenarios de emisiones. Sin embargo, sólo obtendremos un único número para caracterizar a todo el mundo. Cuáles serán las diferencias entre distintas regiones? Cómo afectara ese incremento de temperatura a precipitaciones, vientos, nubosidad, etc.? Para esta labor, utilizaremos el programa SCENGEN, que parte del incremento de temperatura calculado por MAGICC y estima los cambios en varias variables climáticas sobre distintas regiones del mundo. Es decir, regionaliza los efectos del cambio climático. Funcionamiento del programa MAGICC Pulsar dos veces el icono en el escritorio, se abrirá una ventana como la de la Figura 2. El programa se maneja por medio de las opciones en la barra de tareas. File En esta opción sólo encontramos EXIT, para salir del programa ( y perder los resultados que hayamos obtenido!) Figura 2 1

2 Edit Podemos encontrar las tres opciones siguientes: a. Emission scenarios Los escenarios de emisiones son proyecciones, más o menos realistas de las emisiones futuras de diversos agentes contaminantes importantes en el clima. MAGICC incorpora por defecto algunos escenarios que se han venido usando en las conferencias mundiales sobre cambio global. Al pulsar sobre esta opción, se abre una ventana que permite utilizar simultáneamente dos escenarios de emisiones con el fin de comparar sus resultados directamente, un escenario de referencia (reference) y un escenario con una determinada política de restricciones que queramos comparar (policy). Podemos seleccionar entre una lista bastante abundante, tres de los escenarios que se suelen utilizar son 1 : IS92a. Se denomina business as usual. En dicho escenario se supone que las políticas de reducción de emisiones a lo largo del siglo XXI son las acordadas y en funcionamiento desde No se contemplan nuevas políticas de reducción en el futuro. IS92c. Es el lowest emission scenario. Es un escenario optimista. Supone que, a lo largo del siglo XXI se adoptan nuevas políticas de reducción, con incrementos de las energías nuclear y renovables. También supone que el crecimiento de la población mundial se estabiliza, e incluso desciende a partir de la mitad del siglo XXI. IS92e. Es un escenario pesimista, incorpora las emisiones más altas de CO 2 proyectadas dentro de un escenario realista. Generación de un escenario personalizado: El programa permite generar un escenario con las emisiones que deseemos. El procedimiento consiste en editar uno de los escenarios disponibles y cambiar los valores en la tabla que se presenta. Para no cambiar los escenarios preestablecidos y que estén disponibles para otros grupos de prácticas, se debe hacer antes una copia del escenario que se desee modificar y únicamente trabajar sobre esa copia. Ejemplo: Modificación del escenario IS92a: Dentro de la ventana EMISSION SCENARIOS seleccionar el IS92a, pulsar en COPY, se abrirá una ventana que nos pregunta qué nombre queremos darle a la copia, introducir el deseado (por ejemplo, practica grupo T3 y pulsar OK. Para modificar esa copia de trabajo, seleccionarla en la lista y pulsar EDIT, se abrirá la ventana con los valores de emisiones tabulados, modificar los que se desee y cuando se termina grabar los cambios con SAVE. Para hacer funcionar ese modelo, seleccionarlo como modelo policy o reference, según se desee. b. Model parameters Todos los modelos climáticos poseen una serie de ecuaciones de predicción de las que depende el resultado. En dichas ecuaciones, hay que especificar algunos parámetros (constantes). En ocasiones interesa probar el modelo cambiando esas constantes. MAGICC permite modificar cuatro de ellas: D n 80s: Es la estimación de la emisión neta de CO 2 desde el suelo (debidos a la vegetación). Es un parámetro que posee gran incertidumbre. La mejor estimación actual es una emisión de 1.1 Giga toneladas (el valor que aparece por defecto), aunque se estima que su valor puede variar entre 0.4 y 1.8 Gt. Aerosol Forcing: Cuantifica el efecto de los aerosoles (partículas en suspensión) sobre el equilibro radiativo del planeta. Se pueden modificar dos valores, el forzamiento debido a la reflexión directa de la luz en la superficie de las partículas (la que aparece como DIRECT, que por defecto se estima en -0.3 W/m 2 ) o a procesos indirectos, como la modificación en la dinámica de las nubes (INDIRECT, se estima actualmente en -0.8W/m 2 ). Observar que ambos efectos contribuyen a un enfriamiento de la atmósfera (signo negativo). Sensibilidad climática: Es un parámetro que especifica el aumento de temperatura que se experimentaría al duplicar la concentración de CO 2. Las mejores estimaciones lo sitúan entre 0.5 y 5.5ºC, el modelo por defecto lo estima en 2.5ºC. 1 Se puede encontrar más información sobre escenarios de emisiones en la dirección del Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC): 2

3 c. Output Years Permite cambiar el año al cual se referencian todas las medidas (por defecto 1990, es decir, todas las variaciones se expresarán como cambios respecto a los valores de 1990) y el intervalo de años para el que queremos los resultados (por defecto entre 1990 y 2100). RUN Con esta opción, pondremos el modelo en marcha con los escenarios de emisiones y parámetros especificados anteriormente. El programa tarda unos segundos en ejecutarse. VIEW: En esta opción podemos ver en formato gráfico o en tablas, todos los resultados del modelo, incluyendo los escenarios de emisiones, las previsiones de incremento de temperatura, etc. El programa permite representar simultáneamente la mejor estimación que da el modelo para el escenario de referencia (REFERENCE BEST) la correspondiente a la de política de emisiones adoptada (POLICY BEST), y sus rangos de incertidumbre (RANGE). En los gráficos anteriores siempre se usan los parámetros (D n 80, forzamiento aerosoles y sensibilidad climática) por defecto. En algunos gráficos tienes una opción REF USER y REF BEST, con estas opciones se representan el escenario de emisión de referencia y el político respectivamente con los parámetros definidos por el usuario en la sección MODEL PARAMETERS. Ejemplo: Si ejecutamos MAGICC con todos los parámetros por defecto y representamos la evolución esperada de concentraciones de CO2 obtendremos el gráfico de la figura 3. Funcionamiento del programa SCENGEN Figura 3 El programa MAGICC, resume en un solo número (el incremento de la temperatura global 2 ) el efecto del cambio climático. Con el programa SCENGEN, podemos regionalizar el efecto del incremento de temperatura y estimar el efecto que tendrá sobre otras variables (como viento, precipitación, etc.). Sólo se puede ejecutar SCENGEN a partir de MAGICC, tras haber ejecutado al menos un modelo. En el programa MAGICC se selecciona la opción SCENGEN, al hacerlo se abre una nueva ventana de presentación, se pulsa OK y aparece la pantalla de SCENGEN (figura 4) 2 En realidad también estima el incremento en el nivel del mar, pero este último es una consecuencia del calentamiento global. 3

4 Figura 4 En la parte superior de la pantalla aparecen varias opciones: CLIM SEN: Determina la sensibilidad climática que se aplicará en la regionalización. Es, como en el caso de MAGICC, un parámetro del modelo. Podemos seleccionar entre HIGH, MID y LOW (respectivamente un valor por encima, centrado o por debajo de la mejor estimación que da el IPCC) Con la opción USER, se puede seleccionar el valor personalizado que se haya introducido en el parámetro correspondiente de MAGICC (en Edit, Model Parameters, Climate Sensitivity de MAGICC). Esta última opción sólo podrá seleccionarse en el caso de que se haya introducido en MAGICC un parámetro de sensibilidad climática diferente al que aparece por defecto. MAGICC PARAMETERS: Permite seleccionar entre el conjunto de parámetros por defecto, o los definidos por el usuario en la sección correspondiente de MAGICC. Si se selecciona la sensibilidad climática USER descrita en el punto anterior, no puede seleccionarse la opción DEFAULT en esta. SCENARIO: Permite definir el escenario a regionalizar entre el de referencia (IS92a en la figura 4) o el definido por el usuario. Solo se puede permutar entre estos dos escenarios en SCENGEN. En esta sección también se puede especificar el periodo sobre el cual se calcularan las variaciones (es posible elegir entre el periodo o los años 1990 ó 2000). En principio, tiene más sentido hacerlo sobre el periodo de 30 años , las otras dos opciones se han incluido a efectos de comparación con los resultados que suele publicar el IPCC. Si en esta opción seleccionamos , significa que si obtenemos para el 2100 un incremento de temperatura de 2º en España, la temperatura será 2ºC más alta en el 2100 que la temperatura promedio observada entre INTERVAL Permite seleccionar el intervalo climático de 30 años para el cual se desean los resultados. SCENGEN calcula las variaciones medias esperadas en periodos de 30 años. En el ejemplo de la figura 4, el periodo para el que se calcularán los resultados es el (30 años). VARIABLE Hay tres sub-opciones, de arriba abajo (figura 4) son: 1. Change-Actual: Permite obtener bien el cambio de la variable que se desee sobre el periodo de referencia (change) o bien el valor absoluto de la variable (actual). Normalmente interesa el cambio de la variable. 4

5 2. Selección de variable (Temp en la figura 4): Permite seleccionar la variable sobre la que se calculará el efecto del calentamiento global Anual o estacional (Annual en la figura 4). Permite calcular el cambio de la variable seleccionada bien en promedio anual o solo para un mes o estación determinados. CGMs Si se pulsa sobre el botón Select CGMs se abre una ventana en la que podremos seleccionar el modelo de circulación general (Circulation General Model) que queramos usar en la regionalización. SCENGEN usa una base de datos con los resultados de modelos climáticos desarrollados por varios centros de investigación, en esta sección podemos seleccionar el modelo que deseemos, en general cada modelo da resultados ligeramente diferentes de los demás. Una forma de controlar la incertidumbre que origina la elección de modelo consiste en seleccionar unos cuantos y calcular el promedio, en esta ventana podremos seleccionar uno, varios o incluso todos los modelos, el resultado será el promedio de los modelos seleccionados. Ejemplo: Ejecución de SCENGEN Los cuatro botones de la parte superior derecha (figura 4) permiten ejecutar el modelo para la región que deseemos y guardar los resultados obtenidos. Select region: Selecciona el área donde obtendremos los resultados View Map: Presenta los resultados del modelo de regionalización con todas las opciones que se hayan seleccionado. Save Data: Graba los resultados en un fichero de datos (en general no es necesario). Save Image: graba la imagen con los resultados (no es necesario). Si ejecutamos MAGICC con todos los parámetros por defecto (es decir, tras arrancarlo únicamente pulsar en RUN para que se ejecute el modelo) y a continuación ejecutamos SCENGEN con todos los parámetros también por defecto, excepto que seleccionamos la región europea) obtenemos la figura 5. Figura 5 Observa como el incremento de temperatura es diferente para cada región en este caso concreto. 3 El número de variables que aparecen en esta lista depende del modelo de circulación general (CGM) que se seleccione con el botón Select CGMs 5

6 Puedes obtener el valor numérico exacto del cambio esperado en cara región colocando el cursor sobre el área que interese. En la figura 5 se ha colocado el cursor aproximadamente sobre Sevilla, el valor del incremento de temperatura para el periodo en esa zona aparece en el título del mapa, como un incremento de 1.2ºC (sobre la temperatura media del periodo ) con un rango de confianza entre 0.7 y 2ºC. Si se desea probar otro modelo, periodo o parámetros en SCENGEN, se pueden realizar sobre esa misma pantalla los cambios, pulsando de nuevo sobre el botón View Map para obtener los resultados. 6