el sistema climático
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El Sistema Climático
Marcelo Barreiro
Departamento de Ciencias de la Atmósfera
Instituto de Física
1. Introducción al sistema climático2. Balance energético global: (a) Balance de energía terrestre, (b) Temperatura de emisión de un planeta, (c) Efecto invernadero, (d) Distribución de insolación y transporte de energía, (e) Balance de energía en superficie3. Convección atmosférica y nubes: (a) Propiedades termodinámicas del aire seco (b) Balance hidrostático (c) Propiedades termodinámicas del aire húmedo (d) Estabilidad vertical (e) Procesos de formación de nubes4. Ciclo hidrológico: (a) Balance hídrico (b) Evaporación y transpiración (c) Variaciones anuales del balance hídrico5. Dinámica de la atmósfera: (a) Fuerzas en la atmósfera, (b) Teorema del espesor, (c) Balance geostrófico, (d) Viento térmico, (e) Aplicación a los océanos6. Circulación general: (a) Circulación general de la atmósfera, (b) Circulación general de los océanos, (c) Transporte de energía por atmósfera y océanos,7. Criósfera: (a) Características de hielos continentales y oceánicos, (b) Rol de los hielos en el clima,8. Variabilidad y cambio climático: (a) Forzantes astronómicos del clima, (b) Registro paleoclimático, (c) Variabilidad climática natural interanual a decaderial, (d) Influencia antropogénica,9. Modelización climática: (a) Modelos climáticos radiativo-convectivos, (b) Modelos de circulación general, (c) Modelos acoplados
Temario
Balance global de energía
¿Qué nos dice sobre el cambio climático?
Detección y atribución
Balance de energía en tope y superficie
En equilibrio la atmósfera emite la misma energía que recibe del sol.
Para un equilibrio
dado el planeta
adquiere una
Temperatura Teq
Ha cambiado el balance de energía en forma natural? Si, claro
- Forzantes externos- Dinámica interna
Balance de energía en tope y superficie
El clima varía en muchas escalas de tiempo y espacio. Así, encontrar la señal del CC no es fácil.
A nivel global es mas fácil encontrar la señal de CC, que a nivel regional/local.
¿Que señal debemos esperar? En equilibrio la atmósfera emite
la misma energía que recibe
del sol.
Balance de energía en el tope
El clima varía en muchas escalas de tiempo y espacio. Así, encontrar la señal del CC no es fácil.
A nivel global es mas fácil encontrar la señal de CC, que a nivel regional/local.
¿Que señal debemos esperar? Las actividades humanas han
generado un imbalance cercano
a 2.3 W/m2 en el balance radiativo
terreste.
¿De dónde sale?
2.3 W/m2
Forzantes climáticos
Gases de EfectoInvernadero
Aerosoles
Radiación solar
IPCC AR5
Forzantes climáticos
Gases de EfectoInvernadero
Aerosoles
Radiación solar
IPCC AR5
ΔQ=5.4 ln ([CO2]
[CO2]r)
Forzante radiativo
Forzantes climáticos
Gases de EfectoInvernadero
Aerosoles
Radiación solar
IPCC AR5
Forzantes climáticos
Gases de EfectoInvernadero
Aerosoles
Radiación solar
IPCC AR5
2.3 W/m2
Crecimientoexponencial en elforzante radiativo.
Evolución temporal de los forzantes radiativos
Crecimientoexponencial en elforzante radiativo.
ΔQ=5.4 ln ([CO2]
[CO2]r)
[CO2]=[CO2]r eα t
ΔQ=5.4α t
Aumento de T esproporcional a ΔQ
ΔT=λ ΔQ
→ ΔT=5.4 αλ t
Un aumento exponencial en [CO2] da lugar a un aumento lineal de T
Forzante radiativo ΔQasociado a aumentoen CO2:
Detección: Tendencia observada de temperatura en superficie
Aumento global de T > 1 C. Los cambios no son espacialmente uniformes
Sudamérica se ha calentado cerca de 0.8 C en el S. XX y es atribuíble en gran parte a la acciónhumana (IPCC AR5).
Atribución
Evolución“natural” simulada
Evolución simulada“natural+antrop”
Obs
+volcanes
Acuerdo de París
Acuerdo de París
Entró en vigoren 2016 al alcanzarfirmas del 55%
Se trata de llegara no mas de 1.5Cde calentamiento
Ya estamos en1 C por encima
Escenarios – Shared socioeconomic pathways (SSP)
Describen evoluciones alternativas de la sociedad a futuro en ausencia de nuevas políticas sobre CC mas allá de actuales
SSP1 y SSP5 son optimistas con respecto al desarrollo humano con inversiones importantes en educación y salud, crecimiento económico rápido e instituciones fuertes
SSP1 asume transición hacia desarrollo sostenible SSP5 asume economía fuertemente basada en combustibles fósiles
SSP3 y SSP4 son mas pesimistas: poca inversión en educación y salud, crecimiento rápido de la población y desigualdad. Sociedades muy vulnerables al cambio climático.
SSP3 asume países priorizan seguridad regional SSP4 asume que dominan desigualdades en los países
SSP2 es el caso intermedio
Escenarios
RCP8.5
RCP6.0RCP4.5
RCP2.6
SSP2-4.5 SSP3-7.0SSP5-8.5
La combinación deun SSP con un forzante radiativodado, permite determinar las medidas de mitigación requeridaspara llegar a esenivel de forzante, así como las medidasde adaptacion eimpactos en la evolucion de sociedadelegida.
ONeil et a 2016
SSP1-2.6
Escenarios de cambio climático
ONeil et a 2016
Escenarios
Evolución de Temperaturaglobal simulada
Para lograr acuerdo de Paris deberíamos seguir SSP1-1.9
ONeil et a 2016
Escenarios
Emisiones de CO2 implicadas
en cada escenarioEvolución de Temperatura
global simulada
Para lograr acuerdo de Paris deberíamos seguir SSP1-1.9 → Decarbonizar economíaal 2050.
ONeil et a 2016
Vamos mal...
Nature, 2019
COVID-19
Whatever, I like it warmer.
Ecosystems capacityAbrupt climate shifts
COVID-19 Cambio Climático
Balance de energía en superficie
¿Por qué debería haber cambios en las lluvias?
Un atmósfera cálida puede contener más vapor de agua
Balance de energía en superficie:
Rad . solar− Rad terrestre ≈ L∗Evaporacion
Δ(Rad solar−Rad terrestre) ≈ L∗Δ Evaporacion
→ Como hay un aumento de radiación hacia la superficie, se acelera el ciclo hidrológico→ cambia frecuencia de extremos de lluvia
Precipitación - tendencias
Se observan cambios en las precipitaciones a nivel global, con regiones que presentan un aumento y otras una disminución en el período.
Knutson & Zeng 2018
Observaciones
Precipitación - tendencias
Los modelos climáticos capturan la mayoría de los cambios de lluvia observados. En particular, el aumento sobre el sudeste de Sudamerica. ¿Es atribuíble a la acción humana?
Knutson & Zeng 2018
Observaciones Modelos
(mm/año)/decada
Las salidas de modelos climáticos con forzantes antropog+nat comparadas con aquellasque toman en cuenta solo forzantes naturales indican que parte del aumento de lluvias en sudeste de Sudamerica es debido a acción humana.
Knutson & Zeng 2018
Atribución
Cambios observados no son espacialmente uniformes
Precipitaciones Temperatura en superficie
Ni siquiera en Uruguay
Enero-Marzo Abril-Junio
Julio-Setiembre Octubre-Diciembre
Cambios en latemperatura mediade superficie
(1961-2015)
Ni siquiera en Uruguay
Enero-Marzo Abril-Junio
Julio-Setiembre Octubre-Diciembre
Cambios en las lluvias
(1961-2014)
Notar que en inviernoha habido una disminución en las lluviassobre todo al norte delRío Negro.En la otras estacionesdel año hay una tendenciapositiva.
La razón de la inhomogeneidad espacial en los cambios observados es que los cambios en el clima debido a un forzante radiativo también involucran cambios en la circulación atmosférica y oceánica.
Por lo tanto es necesario entender la circulación atmosférica y oceánica media y cómo podría cambiar ante un forzante radiativo asociado a la acción antropogénica.
Interacción contínua entre atmósfera y océano
El contraste de temperatura entre el ecuador y los polos pone a la atmósfera en movimiento pues debe transportar energía
Los vientos fuerzan el océano a través delesfuerzo tangencial y deflujos de calor creando las corrientes.
Las corrientes oceánicas cambian la distribución de temperatura de superficie del mar y hielos marinos influenciando a la atmósfera
Interacción contínua entre atmósfera y océano
El contraste de temperatura entre el ecuador y los polos pone a la atmósfera en movimiento pues debe transportar energía
Los vientos fuerzan el océano a través delesfuerzo tangencial y deflujos de calor creando las corrientes.
Las corrientes oceánicas cambian la distribución de temperatura de superficie del mar y hielos marinos influenciando a la atmósfera
Imposible separarel estudio de la Atmósfera del del océano en escalas climáticas
Si les interesa más información sobre VC y CC en Uruguay
Plan Nacional de Adaptación: NAP Costas: https://www.gub.uy/ministerio-ambiente/politicas-y-gestion/nap-costas-publicaciones-variabilidad-observada-proyeccion-del-clima-uruguay
Cómo sigue el curso...
5. Dinámica de la atmósfera: (a) Fuerzas en la atmósfera, (b) Teorema del espesor, (c) Balance geostrófico, (d) Viento térmico, (e) Aplicación a los océanos
6. Circulación general: (a) Circulación general de la atmósfera, (b) Circulación general de los océanos, (c) Transporte de energía por atmósfera y océanos,
7. Criósfera: (a) Características de hielos continentales y oceánicos, (b) Rol de los hielos en el clima,
8. Variabilidad y cambio climático: (a) Forzantes astronómicos del clima, (b) Registro paleoclimático, (c) Variabilidad climática natural interanual a decaderial, (d) Influencia antropogénica,
9. Modelización climática: (a) Modelos climáticos radiativo-convectivos, (b) Modelos de circulación general, (c) Modelos acoplados
Para la clase que viene...
Visitar el sitio web:
https://www.meted.ucar.edu/dynamics/thermal_wind_es/index.htm
donde se presentan todos los temas del item (5) del programa. Hacer el módulo, practicando con los ejercicios planteados (no llevan
calificación)