Proyecto BIRF TF 51287 -AR MODELOS CLIMÁTICOS REGIONALES CIMA - CONICET -INFORME FINAL Octubre 2005
Informe Final ESTIMACIÓN DE ESCENARIOS REGIONALES DE CAMBIO CLIMÁTICO MEDIANTE EL USO DE MODELOS CLIMÁTICOS REGIONALES. 2da Comunicación Nacional de Cambio Climático, Proyecto GEF. BIRF PF 51286 AR. CIMA/CONICET B-9 Modelos Climáticos Regionales. 1. Introducción... 2 2. Metodología y tareas realizadas... 3 Las tareas realizadas se detallan a continuación:... 3 3. Resultados Obtenidos.... 4 a. Campos climáticos corregidos.... 4 b. Cambios en la climatología regional bajo los escenarios de emisión A2 y B2.... 5 4. Conclusiones... 17 5. Acceso a los datos obtenidos... 18 REFERENCIAS... 19 1
1. Introducción De acuerdo a los Objetivos, Metodología y Plan de Trabajos aprobados para la determinación de los escenarios regionales de Cambio Climático para la República Argentina, se presenta aquí el informe final de la Actividad B-9 que comprende las actividades totales llevadas a cabo para la obtención de los escenarios climáticos regionales, con base en los escenarios de emisiones SRES IPCC A2 y B2. Los escenarios actuales de emisiones son los provistos por el Informe especial del IPCC sobre escenarios de emisión (IPCC SRES: IPCC Special Report on Emissions Scenarios). Los escenarios SRES A2 y SRES B2 son definidos como sigue: A2: Supone un mundo heterogéneo, la preservación de las identidades locales, una alta tasa de crecimiento poblacional, un desarrollo económico regional, menor que en otras líneas narrativas. B2: Supone un mundo con énfasis en las soluciones locales, un aumento continuo de la población (menor que en A2) y niveles intermedios de desarrollo económico. La elección de estos escenarios de emisiones se hizo por cuánto los mismos no son extremos sino intermedios entre los escenarios propuestos. La figura siguiente muestra la evolución de los distintos escenarios IPCC SRES. Los escenarios A2 y B2 tienen una emisión creciente de CO2 intermedia entre los escenarios de emisiones A1F1 (el más extremo) y el B1 (la menor evolución). 2
2. Metodología y tareas realizadas Las tareas realizadas se detallan a continuación: 1.1 Se procedió a cuantificar la calidad del modelo AGCM elegido (HadAM3P), en su representación del clima actual en la región de estudio 1.2 Se realizó la evaluación del clima actual representado por el modelo climático regional (MCR) de uso en el CIMA, forzado por condiciones de borde perfectas (obtenidas de los reanálisis NCEP/NCAR). Haciéndose énfasis en la representación de las temperaturas extremas y precipitación, aunque estas variables no fueron excluyentes. 1.3 Se simularon las condiciones climáticas actuales mediante el uso del MCR, forzado por la información provista por el modelo AGCM (Modelo de Circulación General Atmosférico) propuesto para el presente trabajo. El período de esta simulación es de 10 años (1981-1990), representativo del clima actual correspondiente al período (1961-1990). Se hizo énfasis en la representación de temperaturas extremas y precipitación, aunque estas variables no han sido excluyentes. La elección del período de 10 años como representativo del clima actual da una idea razonable de los cambios en el clima medio, de acuerdo a Jones et al. (1997), quienes probaron que la longitud mínima necesaria para obtener una estimación de una señal de cambio climático es 10 años, ya que este período permite capturar alrededor de la mitad de la varianza de la respuesta verdadera del cambio climático regional. 1.4 En función de los resultados obtenidos en 1.2 y 1.3, se determinó el grado de confiabilidad de las simulaciones. 1.5 Se corrigieron los desvíos en el clima actual representado por el modelo, con respecto al clima observado. 1.6 Utilizando las condiciones del escenario SRES A2 del IPCC, se simularon las condiciones climáticas regionales correspondientes al clima futuro. El período 3
de la simulación fue de 10 años (2081-2090), representativo del clima futuro correspondiente al período (2071-2100). 1.7 Se determinaron los cambios con respecto al clima presente, tomando como base la década 1981-1990 que fue elegida como representativa del clima actual correspondiente al período (1961-1990). 1.8 Se evaluaron los escenarios regionales de cambio climático en términos de temperaturas extremas, precipitación y patrones de circulación atmosférica. 1.9 Idem para los puntos 1.7, 1.8 y 1.9 pero utilizando las condiciones del escenario SRES B2 del IPCC. 1.10 Se habilitó un sitio en Internet (http://2dacncc.cima.fcen.uba.ar), con la base de datos de los resultados obtenidos, siendo la misma accesible para su uso en trabajos de vulnerabilidad y mitigación, dentro del marco de la Segunda Comunicación. El acceso a la base de datos es restringido y se accede por nombres de usuario y claves a distribuir por la Unidad de Implementación del Proyecto (UIP). 1.11 Se hicieron tres presentaciones organizadas por la UIP, la primera de ellas sobre el uso de los modelos climáticos regionales para la determinación de cambios climáticos y las actividades propuestas para la obtención de los escenarios, la segunda y tercera presentación sobre los resultados obtenidos para la región de estudio bajo los escenarios de emisiones A2 y B2. La primera de estas dos presentaciones se realizó para los grupos de actividades de vulnerabilidad y la segunda para las actividades de mitigación. Las presentaciones fueron realizadas por el Director de la subcomponente B9, Dr. Mario N. Nuñez. 3. Resultados Obtenidos. a. Campos climáticos corregidos. En el Primer Informe se señalaron las diferencias sistemáticas del modelo (desvíos). Con el fin de eliminar estas diferencias sistemáticas en primer lugar se corrigieron los campos climáticos generados por el modelo regional MM5/CIMA, for- 4
zando sus resultados a converger a los campos medios observados mediante la técnica de la conservación de los valores medios, manteniendo los desvíos de los patrones climáticos generados por el modelo. Esta corrección permitió una representación del clima actual muy próxima a la representación obtenida a partir de los valores observados. Se eliminaron los desvíos en los resultados del modelo con respecto a las variables climáticas observadas usadas como control. Los campos climáticos corregidos, además de las temperaturas medias, fueron las temperaturas máximas y mínimas y precipitación. b. Cambios en la climatología regional bajo los escenarios de emisión A2 y B2. Se obtuvieron los mapas climáticos para variables de superficie y altura, de acuerdo a las proyecciones generadas por el modelo climático regional MM5/CIMA y se calcularon las diferencias con respecto al clima actual. Estas diferencias son de la década 2081-2090, con relación a la década 1981-1990. Sólo se presenta aquí, a modo de ejemplo, algunas de las variables climáticas generadas por el modelo, dado que toda la información disponible debe ser accesible a través del sitio generado en Internet y que ya fuera descrito en el informe anterior. El análisis de los campos térmicos y de precipitación para el clima futuro muestra una distribución espacial y temporal similar a la del clima presente, variando los valores absolutos de las variables climáticas. Pero la magnitud de los cambios esperados del clima se visualiza claramente con el análisis de los campos de diferencias del clima futuro, con respecto al clima actual. La Figura 1 muestra los campos medios, correspondientes a las diferencias antes señaladas, para el verano (DEF), invierno (JJA) de la temperatura media y los correspondientes valores anuales. El calentamiento anual es similar para ambos escenarios, aunque el A2 es más intenso. Se observa en las condiciones correspondientes al escenario más pesimista (A2) que, para la región, hay un marcado gra- 5
diente de cambio Norte - Sur con un aumento de la temperatura media anual de hasta +2.5 C Sur al sur de la latitud de 35 (al Sur de Mendoza, La Pampa, Provincia de Buenos Aires), con excepción de la región próxima a la Cordillera de Los Andes. Al Noroeste del país (San Juan, La Rioja y Catamarca) los aumentos proyectados alcanzarían hasta +4.0 C. Estos mismos valores se proyectan para Misiones, Corrientes y Norte de Entre Ríos. En el caso del escenario B2, aunque la distribución de calentamiento es similar al escenario A2, los valores máximos anuales sólo alcanzan a los +3,0 C al Norte de Argentina y a +4,0 C en Paraguay y Sur de Brasil. Al Noroeste del país (San Juan, La Rioja y Catamarca) los aumentos proyectados alcanzarían hasta +4.0 C. Estos mismos valores se proyectan para Misiones, Corrientes y Norte de Entre Ríos. En el escenario B2 el calentamiento es moderado en relación al escenario A2, con los mínimos proyectados para la Patagonia menores a +2,0 C. Los aumentos tienen variación estacional, correspondiendo los máximos aumentos proyectados al invierno, alcanzando valores comprendidos entre +5.0 C y +5.5 C en las regiones Noroeste y Noreste del país para el escenario A2. En el escenario B2 los aumentos se dan en el Norte de la región de estudio, alcanzando a +4,5 C. La Figura 2 (página 8) muestra los campos de diferencias medias para las estaciones de transición, otoño (MAM) y primavera (SON) de la temperatura media. Nuevamente las proyecciones presentan configuraciones similares para ambos escenarios, siendo el calentamiento más intenso en el caso del escenario A2. Para ambos escenarios los máximos se dan en primavera, siendo el calentamiento para esta estación el mayor a lo largo del año. Los valores máximos en el escenario A2 alcanzan a +6,0 C hacia el Norte de la región de estudio. 6
Figura 1. Cambios en la temperatura media de superficie para verano (arriba), invierno (centro) y anual (abajo) para los escenarios A2 (izquierda) y B2 (derecha). 7
Figura 2. Idem Figura 1 para otoño (arriba) y primavera (abajo). 8
Figura 3. Cambios en la precipitación media para verano (arriba), invierno (centro) y anual (abajo) para los escenarios A2 (izquierda) y B2 (derecha). Nota: Para verano e invierno los valores están dados en mm/día, siendo el total para cada estación la suma de los valores diarios para los 90 días de la estación. 9
La Figura 3 (página 9) muestra los campos correspondientes a las diferencias estacionales y anuales para la precipitación bajo los escenarios de emisiones SRES A2 y el B2 del IPCC. Anualmente, en general para el escenario A2, se proyecta un aumento de las lluvias (valores anuales) de hasta +200 mm para el Norte y Centro de Argentina hasta la Provincia de La Pampa, con excepción de la región próxima a la Cordillera de Los Andes, donde se proyectan pérdidas en las lluvias en comparación con los valores climáticos actuales de hasta -400 mm. Para el centro sur de San Juan y toda Mendoza (zona llana) y para la región Sur de la Patagonia y Tierra del Fuego, los cambios proyectados alcanzan hasta + 200 mm. En el caso del escenario B2, los valores son similares al del escenario A2, excepto que el aumento de las lluvias para la República Argentina abarca un área mayor que para el escenario A2. La variación estacional de los cambios proyectados para la precipitación (escenario A2) muestra los máximos aumentos para el verano en las Provincias de Mendoza y San Juan, alcanzando hasta +135 mm para la estación estival. Para la Provincia de Buenos Aires los máximos cambios proyectados se darían en otoño (Figura 4 en la página 11), alcanzando también a +135 mm. Las pérdidas mayores se proyectan para la primavera (Figura 4) en la región próxima a la Cordillera de Los Andes y con centro aproximado en la latitud de 40 Sur, alcanzando valores de hasta -180 mm en esa estación. En invierno (Figura 3), pérdidas en la precipitación de hasta -90 mm afectarían las provincias de Misiones, Corrientes y Entre Ríos. En primavera máximos valores negativos de hasta -90 mm para la estación se darían en Misiones, Corrientes, Norte de Entre Ríos y Norte y Centro de la Provincia de Buenos Aires. También para la primavera (Figura 4) se proyectan cambios en la precipitación de hasta -45 mm en la Patagonia. En el escenario B2 los cambios son similares con ligeras variaciones en la extensión de las áreas proyectadas con aumento o pérdida de la precipitación. 10
Figura 4. Idem Figura 3 para otoño y primavera. Nota: los valores están dados en mm/día, siendo el total para cada estación la suma de los valores diarios para los 90 días de la estación. Con el objeto de estimar los extremos medios en los cambios de la temperatura de superficie, la figura 5 (página 13) muestra los cambios medios para el verano (DEF), invierno (JJA) de la temperatura máxima y los correspondientes valores anuales. Para el escenario A2 hay un aumento de la temperatura máxima (valores anuales) que alcanza hasta +5.0 C en el Noroeste del país y hasta +4.5 C en la región comprendida por las provincias de Misiones, Entre Ríos, Corrientes, Formosa, Chaco, Santiago del Estero, Norte de Santa Fé y Norte de Córdoba. Los cambios proyectados para la Provincia de Buenos Aires estarían entre +2.0 C y +2.5 C y alcanzarían hasta +2.5 C en la Patagonia. Los valores son mayores en la región próxima a la Cordillera de Los Andes. En cambio, para el escenario B2, los cambios proyectados son menores al del escenario A2, aunque la configuración de los campos de cambio térmico es similar. En la evolución del ciclo anual, los máximos 11
valores se proyectan para la primavera (Figura 6, página 14), alcanzando hasta +6.0 en el Noreste del país en el caso del escenario A2. La figura 7 (página 15) muestra los cambios medios para el verano (DEF), invierno (JJA) de la temperatura mínima y los correspondientes valores anuales. En general los aumentos proyectados están comprendidos entre +4.0 C y +5.0 C para la región Noroeste y en el resto de país se proyectan aumentos comprendidos entre +2.5 C y +3.5 C (escenario A2). Nuevamente aquí, para el escenario B2, los cambios proyectados son menores al del escenario A2, aunque la configuración de los campos de cambio térmico es similar. Aquí también, al igual que para las temperaturas máximas, los máximos valores se proyectan para primavera (Figura 8, página 16) alcanzando hasta +5 C para el Noreste del país (escenario A2). 12
Figura 5. Cambios en la temperatura máxima de superficie para verano (arriba), invierno (centro) y anual (abajo) para los escenarios A2 (izquierda) y B2 (derecha). 13
Figura 6. Idem Figura 5 para otoño y primavera. 14
Figura 7. Cambios en la temperatura mínima de superficie para verano (arriba), invierno (centro) y anual (abajo) para los escenarios A2 (izquierda) y B2 (derecha). 15
Figura 8. Idem Figura 7 para otoño y primavera. 16
4. Conclusiones Los cambios climáticos destacados en el caso del escenario de emisiones A2 (que representa las condiciones más pesimistas) proyectados por el modelo regional MM5/CIMA estimadas para la década 2081-2090, son: Los mínimos aumentos en la Temperatura Media se proyectan para el verano y el otoño sobre la región de estudio (entre +2.5 C y + 3.5 C). Los máximos aumentos en la Temperatura Media se proyectan para el invierno y la primavera sobre la región de estudio (entre +2.5 C y + 5.0 C). Los principales aumentos en la precipitación se proyectan para el verano y el otoño. En el Oeste de la región de estudio y en la Pampa Húmeda las proyecciones alcanzan hasta +180 mm para las estaciones señaladas. Los meses de cambios máximos son Febrero, Marzo, Abril, Noviembre y Diciembre (no se muestran aquí los mapas, dado que los datos se encuentran en el sitio de Internet). Se destacan marcados cambios en la presión de superficie a lo largo de todo el año en las latitudes altas, producto de un desplazamiento de los anticiclones del Pacífico y Atlántico hacia el Polo Sur. Se proyecta una disminución del flujo de los oestes en niveles bajos (no se muestran los aquí los mapas, dado que los datos se encuentran en el sitio de Internet). La mayoría de los cambios climáticos proyectados mantienen las tendencias observadas en el clima presente: Aumento general de la precipitación y de la temperatura mínima (Ciappesoni, Fernández y Nuñez, 2005). 17
Los cambios climáticos destacados en el caso del escenario de emisiones B2 (que representa las condiciones más optimistas) proyectados por el modelo regional MM5/CIMA y estimados para la década 2081-2090, son: Los mínimos aumentos en la Temperatura Media se proyectan para el verano y el otoño sobre la región de estudio (entre +2.0 C y + 2.5 C). Los máximos aumentos en la Temperatura Media se proyectan para el invierno y la primavera sobre la región de estudio (entre +1.0 C y + 4.5 C). Los principales aumentos en la precipitación se proyectan para el verano y el otoño. En el Oeste de la región de estudio y en la Pampa Húmeda las proyecciones alcanzan hasta +45 mm para las estaciones señaladas. Los meses de cambios máximos son Febrero, Marzo, Abril, Noviembre y Diciembre (no se muestran aquí los mapas, dado que los datos se encuentran en el sitio de Internet). Al igual que en el escenario de emisiones A2, se destacan marcados cambios en la presión de superficie a lo largo de todo el año en las latitudes altas, producto de un desplazamiento de los anticiclones del Pacífico y Atlántico hacia el Polo Sur. Se proyecta una disminución del flujo de los oestes en niveles bajos (no se muestran los aquí los mapas, dado que los datos se encuentran en el sitio de Internet). 5. Acceso a los datos obtenidos. Los datos climáticos para el período 1981-1990, de acuerdo al modelo regional (clima base o corrida de control), como los cambios proyectados para la década 2081-2090 en sus valores medios diarios, mensuales y estacionales se facilitan a través de un sitio de Internet diseñado especialmente para permitir el acceso a los mismos (escenario de emisiones A2 y B2). Las variables disponibles son para superficie: temperatura media, temperatura máxima, temperatura mínima, precipitación y presión de superficie. Como variables representativas de la circulación de 18
la atmósfera, se puede acceder a las alturas del nivel isobárico de 500 hpa, las componentes del viento en niveles altos de la atmósfera (250 hpa) y en niveles bajos (850 hpa). La tabla 1 muestra la forma que se presenta la información en Internet. Además se puede acceder en la misma página a programas para el graficado de mapas, a partir de los datos ofrecidos. Por último, la página presenta también definiciones y ayuda para la obtención de la información. El acceso a la página es restringido. Nombres de Usuarios y Claves de Acceso son provistos por la UIP. REFERENCIAS Ciappesoni, H. H., A. E. Fernández y M. N. Nuñez, 2005: Impactos de la urbanización y de los cambios en el uso de la tierra en Argentina. CD Anales IX Congreso Argentino de Meteorología (CONGREMET IX), 9 páginas, ISBN 987-22411-0-4. Jones, R. G., J. M. Murphy, M. Noguer and A. B. King, 1997: Simulation of climate change over Europe using a nested regional climate model. Comparison of driving and regional model responses to a doubling of carbon dioxide concentration. Q. J. R. Meteorol. Soc. 123:265-292. 19
Plantel de profesionales que realizó el Proyecto B9. El presente proyecto fue llevado a cabo por los siguientes investigadores, profesionales y becarios del CIMA (CONICET/UBA): Dr. Mario N. Nuñez. Investigador Superior del CONICET y Director del CIMA. Director del Proyecto. Dra. Silvina Solman. Investigadora Adjunta del CONICET. Dr. Claudio Menéndez. Investigador Adjunto del CONICET. C. C. Alfredo Rolla. Profesional Principal del CONICET (área de informática). Lic. María Fernanda Cabré. Becaria Doctoral del CONICET. Dr. Mario N. Nuñez Director Subcomponente B9 20
Tabla 1 21
Final Report REGIONAL CLIMATE CHANGE SCENARIOS USING THE DINAMICAL DOWNSCALING TECHNIQUE 2nd National Communication on Climate Change Project GEF. BIRF PF 51286 AR. CIMA/CONICET B-9 Regional Climate Models Executive Summary Introduction. According to the Objectives, Methodology and Working Plan for regional climate change scenarios projection for Argentina; here is present as a Final Report the following results: A basic analysis is presented for a regional climate change simulations that were conducted by the Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera (CIMA) as a contribution to the Argentinean 2 nd National Communication of Climate Change project. For the driven global model HadAM3P, a 10-year control run and two 10-year scenario runs (based on the SRES A2 and B2 emission scenarios) were made with MM5 regional model. Main Results. There are few quantitative differences between both emission scenarios. The simulated changes are larger for the A2 than the B2 scenario, although with few qualitative differences. In the two scenario runs, the warming (Figure 1) in southern Brazil, Paraguay, Bolivia and northeastern Argentina are larger in winter and mainly in spring. In Paraguay, southern Brazil and northern Argentina the warming peaks in spring when it locally reaches 5.5 C in the simulation for the A2 scenario. The B2 simulation shows a general increase in precipitation in southern Brazil, Paraguay, Bolivia, Uruguay, northern Argen- 1
tina and northern Chile, with some decrease patches in precipitation southern Brazil, northern Chile, southern Peru, northwestern and northeastern Argentina and in the Patagonia (Figure 2). The A2 simulation shows a similar geographical pattern of the changes in precipitation, but with more extended areas with decrease in precipitation mainly in Chile. Both simulations show a general increase in precipitation in northern and central Argentina especially in summer and fall and a general decrease in precipitation in winter and spring. In fall the simulations agree on a general decrease in precipitation in southern Brazil. This reflects changes in the atmospheric circulation during winter and spring. Changes in mean sea level pressure show a cell of increasing pressure centered somewhere in the southern Atlantic Ocean and southern Pacific Ocean, mainly during summer and fall in the Atlantic and in spring in the Pacific. In relation to the pressure distribution in the control run, this indicates a southward extension of the summer mean Atlantic and Pacific subtropical highs (not shown). 2
Figure 1. Changes in DJF (summer), JJA (winter) and annual mean surface air temperature in A2 scenario (left) and in B2 scenario (right). 3
Figure 2. Changes in DJF (summer), JJA (winter) and annual mean precipitation in A2 scenario (left) and in B2 scenario (right). 4