Ecosistemas y Procesos del Litoral. Clima, cambio y variabilidad climática. Forzamientos y respuestas Discusión

Transcripción

1 Ecosistemas y Procesos del Litoral Seminario I: El Sistema Tierra y sus Escalas Clima, cambio y variabilidad climática. Variables instantáneas, tá básicas, y de estado td Forzamientos y respuestas Discusión

2 Ecosistemas y Procesos Litorales Los contenidos del curso están dirigidos a resaltar la importancia de los fenómenos y procesos ecosistémicos del litoral con la finalidad de propiciar i una mejora en los sistemas de toma de decisiones y optimizar la gestión integrada del litoral en el área CAMP Levante de Almería.

3 Cambio climático en el Pleistoceno Variaciones del NIVEL DEL MAR en el Pleistoceno Escala temporal: años Periodos interpluviales y glaciales de diferente duración

4 PARTE I La evolución de la costa VIII Universitat it t d Estiu d Eivissa i i Formentera 2007

5 Forzamientos astronómicos. Ciclos de Milankovitch. Afecta el flujo medio anual de energía incidente Variaciones en la excentricidad de la órbita terrestre alrededor del sol Variaciones de la oblicuidad del eje de rotación de la tierra Precesión orbital y variación del tiempo de ocurrencia los equinoccios i No cambian la radiación total recibida, pero afecta su distribución espacial y temporal Imbrie and Imbrie, 1979, Isotopic record of two Indian Ocean Cores

6 Nivel del mar en las dos últimas glaciaciones Carracedo et al. 2003

7 La salida de la glaciación Estabilización climática

8 La estabilización climática y su comportamiento Comportamiento general durante el ascenso durante la transgresión Una vieja disputa por entonces sólo científica Transgresión del Holoceno La inmensa mayoría de los científicos estuvieron de acuerdo con Shepard y Jelgersma. Unos cincuenta años después, sabemos que la hipótesis de Fairbridge era la correcta

9 Variabilidad milenaria en la estabilización Ciclos glaciales e interglaciales de escala cienmilenarios con oscilaciones diezmilenarias Cambios bruscos de temperatura en pocos siglos Ciclos de escala milenaria con oscilaciones seculares

10 Castros celtas, aprox 700 a.d.c. Fazouras Baroña

11 M t l i l I III Maremotos en los siglos I III Abandono en el siglo IV Baelo Claudia, primeros siglos de nuestra era

12 Algunas evidencias históricas Escala milenaria

13 Nº de manchas solares activas observadas cada mes Ciclos seculares y decadales

14 Variabilidad decadal en el comportamiento secular

15 Ciclos decadales en un ámbito secular NAO positiva NAO negativa

16 Con la definición de clima tradicional, desde hace 9000 años, aproximadamente, se conjetura que, 1. El clima en la Tierra está estabilizado (proceso estacionario) y su variabilidad temporal está asociada a forzamientos (de origen diverso: astronómico, variación del albedo terrestre y otros aún por dilucidar) con escala milenaria, secular, decadal y anual. 2. Esta variabilidad climática es heterogénea (en el espacio) e influye en la distribución regional de los diferentes tipos de clima, en la extensión de los casquetes polares y glaciares y en el nivel del mar, entre otros.

17 Clima y tiempo meteorológico Clima: Condiciones medias del tiempo en una región (espacio) obtenidas como el promedio en un tiempo suficientemente largo para que suavice la variabilidad sinóptica (del tiempo meteorológico). Estado climático de la atmósfera y del océano, es una descripción de su comportamiento normal (cualidades) y se obtiene promediando datos en varias décadas. Tipo de clima es el comportamiento normal en una determinada región de la corteza terrestre, de los océanos y de sus bordes. La descripción del tipo y del estado climáticos es discontinua, a puntos o intervalos. Entre ellos existe una amplia variabilidad

18 Se conoce, es una evidencia científica, que alrededor de estas condiciones normales los descriptores climáticos fluctúan con varias escalas temporales y espaciales. El clima de la Tierra es un proceso NO homogéneo y NO estacionario! El clima, por definición, es la ensemble average (el valor esperado) y para su determinación se necesita un conjunto de realizaciones obtenidas mediante observación (experimentación) en condiciones idénticas, por ejemplo datos de la SST en grupos de 50 años, , Qué menos que dos realizaciones para calcular una media!

19 Cuando el proceso es estacionario y homogéneo, el clima se puede estimar a partir de una única realización observada durante un tiempo suficientemente largo. anomalía media anual(c) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,2 0,4 0,6 0, Desgraciadamente NO es éste el caso! Anomalía Diferencia entre la temperatura media anual y 0,2 la temperatura media en el periodo Esta definición presupone que, los procesos climáticos son estacionarios en ese periodo y que su desviación (anomalía) proviene, exclusivamente, por las acciones externas en este caso, por la acción del hombre Presuponemos lo que queremos probar!

20 Cambio climático y variación del nivel del mar La evolución de la costa

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22 El ciclo anual: las estaciones Escala sinóptica: trayectoria borrascas, intensidad, duración número Borrasca: fenómenos asociados

23 El ciclo plurianual: 11 13años Escala sinóptica: trayectoria borrascas, intensidad, duración, número Ejemplo Guadalfeo

24 Escalas horizontales en la atmósfera (troposfera)

25 Aparquemos la variabilidad y el cambio climáticos Forzamiento atmosférico de la superficie del mar: Escalas semidiurna y sinóptica Marea Meteorológica Corrientes oceánicas: espiral de Ekman Meteomaremoto Ondas de borde: mar abierto y plataforma continental Oleaje y grupos de olas Ondas capilares Forzamiento astronómico del océano: escala semidiurna y semimensual lunar Marea Astronómica Forzamiento terrestre del océano: escala horaria Maremotos por movimientos sísmicos y deslizamientos

26 CIRCULACIÓN GLOBAL: escala planetaria (mensual-estacional)

27 Masas de aire y centros de baja presión Escala sinóptica (diariasemanal)

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29 GRADIENTE DE PRESIONES: PG FUERZA DE CORIOLIS: CF FUERZA CENTRÍFUGA: CGF TURBULENCIA MECÁNICA: TD

30 Capa límite atmosférica

31 150m 64m Serie temporal de la velocidad del viento en un estado atmosférico 12m Ráfagas turbulentas (segundos minutos): velocidad aleatoria (presión) Oscilaciones (5 10 minutos o más ) de presión y velocidad Velocidad media (media hora)variación lenta de la intensidad y la dirección

32 Características de los sistemas de baja presión 1. Movimiento lento: aprox km/h 2. Trayectoria aleatoria del centro de baja presión 3. Evolución lenta del sistema (una hora) 4. Descripción por estados. Secuencia de estados Viento geostrófico: PG+CF Viento de gradiente: PG+CF+CGF Viento superficial: PG+CF+CGF+TD

33 ATMOSPHERIC STATE: EQUILIBRIUM OF FORCES Geostrófico De Gradiente 1 P 1 P VV fv c 0 fv c s x x R 1 P 1 P UU fu c 0 fu c s y y R 0 0 Capa límite superficial Capa límite superficial de gradiente 1 P U fv c T x z 1 P V fu c T y z i i P U VV fv c T s x z R 1 P V UU fu c T s y z R i i 0 0

34 ATMOSPHERIC STATE DESCRIPTION U(z,T) Velocidad media de estado Serie temporal de al velocidad instantánea Dominio del tiempo Análisis estadístico Dominio de la fecuencia Espectro de energía

35 Variabilidad anual (condicionada por las estaciones) Secuencia de ciclos de buen tiempo y paso de borrascas Además fenómenos locales (tornados, ) Una borrasca es una secuencia de Velocidad media en z=10m estados atmosféricos Gradiente de presiones en z=0 Time (days) Curva de estados atmosféricos (meteorológicos)

36 Estados atmosféricos (meteorológicos) y borrascas Estado atmosférico (aprox. ½ a 1 hora de duración) 1. Velocidad, presión y tensión tangencial medias 2. Ondas atmosféricas: oscilaciones cuasi periódicas de (1), min 3. Turbulencia mecánica y convectiva: (ráfagas) desviaciones aleatorias de (1), secs to min Borrasca: secuencia de estados meteorológicos (aprox. varios días) Evolución espacial y temporal de la velocidad media, la presión media y la tensión tangencial en en la superficie del mar Anticiclón: secuencia de estados meteorológicos (aprox. varios días y semanas)

37 Variabilidad anual Masa Atlántica

38 Tipología de borrascas y trayectoria NORATLÁNTICAS SUDATLÁNTICAS ALISIAS MEDITERRÁNEAS

39 Ciclos decadales en un ámbito secular NAO positiva NAO negativa

40 Ciclos decadales en un ámbito secular Precipitac ción anual en la cuenca tos por año nº event año hidrológico año hidrológico

41 Ciclos atmosféricos forzados por la actividad solar y los movimientos relativos 1.Año meteorológico: estaciones, secuencia de ciclos de buen tiempo y paso de borrascas Las borrascas son sucesos raros : duración, intensidad, número de borrascas por año e intervalo entre ellas son variables aleatorias. 2.La ocurrencia de borrascas en una determinada latitud de la costa española depende de los ciclos plurianuales, años, índice NAO. 3.Los ciclos plurianuales varían en intensidad y duración en periodos de tiempo del orden de 100 años (de 7 a 9 ciclos plurianuales) 4.Los ciclos seculares siguen la pauta de los ciclos milenarios (1100 años) 5.Desde hace 9000 años, el clima en la Tierra se estabiliza y desde entonces transita.

42 Aparquemos la variabilidad y el cambio climáticos Forzamiento atmosférico de la superficie del mar: Escalas semidiurna y sinóptica Marea Meteorológica Corrientes oceánicas: espiral de Ekman Meteomaremoto Ondas de borde: mar abierto y plataforma continental Oleaje y grupos de olas Ondas capilares Forzamiento astronómico del océano: escala semidiurna, semimensual lunar Marea Astronómica Forzamiento terrestre del océano: escala horaria Maremotos por movimientos sísmicos y deslizamientos

43 Oscilaciones del mar Kinsman (1965), modified

44 2 El agua Atmósfera, hidrosfera, litosfera: un conjunto acoplado a escala global El motor: el Sol El agua. Recurso finito y probable causa de conflictos locales y mundiales

45 La ionización en la atmósfera modifica la nubosidad? El experimento SKY Los rayos cósmicos naturales nos llegaban a través del techo, y unas lámparas de luz ultravioleta jugaban el papel del Sol. Una cámara de 8 metros cúbicos con una combinación de gases igual a la de la atmósfera, que simulaba un aire tan limpio como el del Pacífico. Manteniendo sus concentraciones constantes, y cambiando sólo la ionización la abundancia de cargas eléctricas, en la cámara se produjeron los ladrillos básicos para la formación de nubes. La ionización en la atmósfera modifica la nubosidad, y con ello la cantidad de calor que alcanza la Tierra. Es un mecanismo muy efectivo que, sin apenas inversión de energía, cambia la temperatura global. Consecuencia Si la radiación cambia la nubosidad.. el clima es una consecuencia de cómo son las nubes Henrik Svensmarky and Eigil Friis-Christensen from Danish National Space Center, Copenhagen, Denmark

46 El papel de la actividad solar y la radiación cósmica 1. La idea básica es que la actividad solar puede hacer que aumente o disminuya la nubosidad, lo que a su vez tiene un efecto sobre el enfriamiento o el calentamiento de la superficie terrestre. 2. Los agentes intermediarios son los rayos cósmicos,,que provienen del medio interestelar, principalmente de las explosiones de las supernovas. 3. Las partículas cósmicas tienen que entrar en la heliosfera el espacio dominado porel sol a través del viento solar un plasma de electrones, núcleos atómicos y campos magnéticos que manan sin parar desde el Sol. 4. Si el viento solar es muy activo como ahora, no permite que muchos rayos cósmicos alcancen la Tierra. Esto significa que se formarán pocas nubes y el planeta estará más caliente. 5. Si el viento solar no es tan activo, pueden llegar más rayos cósmicos. Esto implica que habrá más nubes reflejando hacia fuera la luz del Sol, y el planeta permanecerá más frío. 300 Nº de manchas solares activas observadas cada mes De nuevo el forzamiento astronómico?

47 Actividad solar y rayos cósmicos (Svensmark) ares activas observadas cada mes De nuevo el forzamiento astronómico?

48 Variación de la Intensidad de los rayos cósmicos 2. A physical reconstruction of cosmic ray intensity since 1610 by Ilya G. Usoskin, Kalevi Mursula, Sami K. Solanki and Manfred Schu ssler, and Gennady A. Kovaltsov, presents solid evidence by way of polar Be10 counts, for a strong for a general declining trend in cosmic rays, that could in fact explain increasing recent temperatures.

49 Nubosidad e irradiancia combined effect from increasing radiance and decrease in low level cloud, could potentially explain over half the increase in temperature in the last 150 years: that s at least a 50:50 ratio of CRF vs GHG at least. One of Pallé s assumptions is climate sensitivity, the degree global temperature increases with an increase in solar radiance, of 0.5K/W/m2, less than midway in the IPCC range of 0.3 to 1 K/W/m2. A higher sensitivity would account for more centennial warming.

50 Variación global de la temperatura e intensidad del campo geomagnético terrestre Regional cosmic ray induced ionization and geomagnetic field changes by Kovaltsov and Usoskin examines regional effects on atmospheric ionization of the migration of the geomagnetic dipole axis over the last thousand years. The dipole migrated by 20 deg. of latitude and 180 deg. of longitude during the last 1000 years. This trajectory is compared with the cosmic ray flux (CRF) reconstructed from the cosmogenic isotope 14C from tree rings. They present a picture of climate effects for two regions, Europe and the Far East. The variations for Europe show the familiar profile (inverted) of a Medieval Warm Period, a Little Ice Age and general warming over the last 200 years to the present. The picture for the Far East is for generally increasing warmth from p g y g about 1200 to the present.

51 Cambio global de la temperatura e intensidd del campo geomagnético terrestre Global Temperature Change and Geomagnetic Field Intensity the close relationship between geomagnetic field strength, and rate of temperature change (warming in the N Hemisphere and cooling in the S Hemisphere). The effect of cosmic rays on the Earth s temperature by seeding low clouds, will be most apparent where the magnetic field is weakest. Maps of the geomagnetic field show an uncanny correlation with recent warming (UAH ):

52 Cambio climático y campo magnético polar Climate Change and the Earth s Magnetic Poles, A Possible Connection: Energy & Environment, Volume 20, Numbers 1-2, January 2009, by Kerton, Adrian K75-83(9). Analysis of the movement of the Earth s magnetic poles over the last 105 years demonstrates strong correlations between the position of the north magnetic, and geomagnetic poles, and both northern hemisphere and global temperatures. De nuevo el forzamiento Astronómico?

53 Ecosistemas y Procesos Litorales Seminario II: Morfodinámica del litoral Contenidos: Las oscilaciones del mar El nivel del mar: variabilidad y cambio El oleaje, plataforma continental interior y la zona de rompientes Procesos multiescala Discusión

54 Escalas horizontales en la atmósfera (troposfera)

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56 Aparquemos la variabilidad y el cambio climáticos Forzamiento atmosférico de la superficie del mar: Escalas semidiurna y sinóptica Marea Meteorológica Corrientes oceánicas: espiral de Ekman Meteomaremoto Ondas de borde: mar abierto y plataforma continental Oleaje y grupos de olas Ondas capilares Forzamiento astronómico del océano: escala semidiurna, semimensual lunar Marea Astronómica Forzamiento terrestre del océano: escala horaria Maremotos por movimientos sísmicos y deslizamientos

57 Respuestas a diversas escalas espacio temporales

58 Complejidad Sequence of random events long term, secular, millenary,... Sea oscillations coastal geomorphology and sediment supply others tides wind waves aquatic ecosystem nearshore transformation sediment dynamics multiple cascades of external and internal interacting forcings nearbed hydro dynamics surf zone hydro dynamics multiple feedback mechanisms feedback mechanisms estuaries and semi-enclosed sea dynamics nearshore morpho dynamics feedback mechanisms lagoons, saltmarshes barriers, deltas, spits inner shelf bars barrier beaches nearshore bars and cliffs coastal zone morpho dynamics

59 Nivel dlm del Mar 1. Forzamiento atmosférico: marea meteorológica (si resonante, meteomaremotos) 2. Forzamiento astronómico: marea astronómica 3. Forzamiento oleaje: variación del nivel medio 4. Forzamiento sísmico: maremotos

60 Marea astronómica a(f ) 2 non-linear components Semidiurnal components overtides N2 S2-M days N2-M days M2 S2

61 Jornada

62 Campos de viento y presión Evolución espacio-temporal Descripción por estados

63 Marea meteorológica: ecuaciones de gobierno Escala de estado (hora)

64 Marea meteorológica: barómetro invertido

65 Jornada

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67 Espiral de Ekman X Y

68 Espiral de Ekman en el océano: equilibrio Escala de estado (hora)

69 Meteomaremotos: generación por variaciones de la presión atmosférica Escala minutos/hora

70 Meteomaremoto y resonancia en dársenas y calas

71 METEOMAREMOTO Ondas inducidas por un terremoto Ondas inducidas por variaciones de la presión atmosférica

72 Meteomaremoto y resonancia