El Sistema Climático

Marcelo Barreiro

Departamento de Ciencias de la Atmósfera

Instituto de Física

mar.bar.par@gmail.com

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)