Tema 2
Factores externos e internos que determinan el clima
Máster en Cambio Global UIMP-CSIC
Climent Ramis UIB
Clima: Rasgos característicos de las condiciones ambientales (p. e. temperatura y precipitación) en intervalos de tiempo ‘largos’
• No sólo valores medios: variabilidad espacial y temporal • Percepción a través de la atmósfera • Tratamiento estadístico adecuado de series largas instrumentales (homogéneas) de las variables meteorológicas
La ciencia del cambio climático
Aquello que condiciona el clima
Comparando el conocimiento con evidencias
La ciencia del cambio climático
Aquello que condiciona el clima
El clima queda determinado por los flujos de energía y de agua entre distintas partes del planeta • Necesidad de explicar detalles concretos de esos flujos
Cualquier causa que modifique un flujo, modifica el clima • Externas • Variabilidad galáctica – Actividad solar, incluidas manchas solares – Movimiento relativo TierraSol (excentricidad, precesión de los equinoccios, oblicuidad: Milankovitch) – Impacto meteorito o cometa
• Internas – Efecto invernadero – Desigual distribución del balance de energía – Dinámica interna del sistema (vientos, corrientes, realimentaciones, ...) – Cambio de composición – Aerosoles – Nubes
Variabilidad galáctica • Movimiento del sistema solar alrededor del centro de la galaxia (330 millones de años) • Variaciones del medio interestelar • Posible influencia en las edades del hielo
Cualquier causa que modifique un flujo, modifica el clima • Externas – Actividad solar, incluidas manchas solares – Movimiento relativo TierraSol (excentricidad, precesión de los equinoccios, oblicuidad: Milankovitch) – Impacto meteorito o cometa
• Internas – Efecto invernadero – Desigual distribución del balance de energía – Dinámica interna del sistema (vientos, corrientes, realimentaciones, ...) – Cambio de composición – Aerosoles – Nubes
Friis-Christensen, E. y K. Lassen, Science (1991)
Cualquier causa que modifique un flujo, modifica el clima • Externas – Actividad solar, incluidas manchas solares – Movimiento relativo TierraSol (excentricidad, precesión de los equinoccios, oblicuidad: Milankovitch) – Impacto meteorito o cometa
• Internas – Efecto invernadero – Desigual distribución del balance de energía – Dinámica interna del sistema (vientos, corrientes, realimentaciones, ...) – Cambio de composición – Aerosoles – Nubes
Milutin Milanković
Este fue el primer factor que se tuvo en cuenta. En 1842 el matemático francés Joseph Adémar postuló que la precesión del eje terrestre llevaría a una precesión de los equinoccios y solsticios que los harían desplazarse a lo largo de la órbita coincidiendo unas veces cerca del afelio y otras del perihelio. Esto es debido a que el cambio en la dirección del eje de rotación causa una variación del punto Aries o corte del ecuador y la eclíptica y por tanto cambia el inicio de la primavera y por tanto el ángulo que forma con la línea de los ápsides o momento en que la Tierra en su traslación alrededor del Sol alcanza el perihelio y el afelio. Adémar pensó que esto explicaría la última glaciación que terminó hace 10.000 años (la precesión terrestre tiene un período de 25.800 años). Cuando el punto Aries se alinea con la dirección de la línea de los ápsides de la órbita de la Tierra (perihelio), un hemisferio tendrá una diferencia mayor entre las estaciones mientras el otro hemisferio tendrá las estaciones más benignas. El hemisferio que está en verano en el perihelio recibirá un aumento en la radiación solar, pero ese mismo hemisferio estará en invierno en el afelio y tendrá un invierno más frío. El otro hemisferio tendrá un invierno relativamente más caluroso y el verano más fresco. Cuando el punto Aries es perpendicular a la línea de los ápsides los hemisferios norte y sur tendrán los contrastes similares en las estaciones. En la actualidad el verano del hemisferio sur ocurre durante el perihelio y su invierno durante el afelio. Así las estaciones del Hemisferio Sur deben tender a ser algo más extremas que las estaciones del Hemisferio Norte. Este efecto queda en parte compensado por el hecho de que el norte tiene más Tierra y el sur mucho más océano y es conocido el efecto del mar en suavizar las máximas y elevar las mínimas.
El segundo factor importante lo tuvo en cuenta el inglés James Croll basándose en los cálculos manuales de Urbain Le Verrier. Se trata de la variación en la forma de la orbita debida a la atracción del resto de planetas del Sistema Solar. La forma de la órbita de la Tierra, varía de ser casi circular (excentricidad, baja de 0,005) a ser ligeramente elíptica (excentricidad alta de 0,058) y tiene una excentricidad media de 0,028. El componente mayor de estas variaciones ocurre en un período de 413.000 años. También hay ciclos de entre 95.000 y 136.000 años, siendo el ciclo más conocido de unos 100.000 años. La excentricidad actual es 0,017 y por tanto la diferencia entre el mayor acercamiento al Sol (perihelio) y la mayor distancia (afelio) es sólo 3,4% (5,1 millones de km) . Esta diferencia supone un aumento del 6,8% en la radiación solar entrante. El perihelio ocurre actualmente alrededor del 3 de enero, mientras el afelio es alrededor del 4 de julio. Cuando la órbita es muy elíptica, la cantidad de radiación solar al perihelio sería aproximadamente 23% mayor que en el afelio. Según Croll los periodos de gran excentricidad serían "eras glaciales" mientras que los momentos de órbita casi circular como el actual serían "épocas interglaciales". El hecho es que la insolación global una vez más permanecería constante pero no así la de cada hemisferio por separado. Según Croll el efecto albedo realimentaría los inviernos crudos y los hielos avanzarían pero esta hipótesis se reveló incompleta cuando se demostró que durante la última glaciación, hace tan solo 10.000 años, la excentricidad de la órbita terrestre era casi igual que la actual.
Fue Milutin Milanković quien propuso por primera vez su influencia
Esta precesión del eje sigue un ciclo de aproximadamente 41.000 años. Cuando la inclinación aumenta a 24,5º, los inviernos son más fríos y los veranos son más calurosos. Cuando la inclinación es menor (22,1 grados), los inviernos son más apacibles y los veranos más frescos
Para Milankovic no eran los inviernos rigurosos sino los veranos suaves los que desencadenan un período glacial
http://www.youtube.com/watch?v=gkIxtS_NAXI
Problemas en la explicación de la teoría de Milankovitch Nevertheless, verification of a causal link between the orbital forcing factors and the climatic response is far from being proved, and significant problems remain. Firstly, Figure 2.2 shows that the strongest signal in the observational data is the 100,000 year cycle. This would be the result of eccentricity variations in the Earth’s orbit, which alone account for the smallest insolation changes. Secondly, it is not clear why changes in climate appear to be global. A priori reasoning indicates that the effects of precession would cause opposite responses in each hemisphere. In fact, climate change is synchronised between Southern and Northern Hemispheres, with a growth of ice sheets during glaciations occurring in the Arctic and Antarctic. It is now widely believed that the circulation of the oceans provides the forcing factor for synchronisation
El problema de la falta de un ciclo de 400.000 años El problema de la falta de un ciclo de 400.000 años reside en que las variaciones de la excentricidad tienen un ciclo de 400.000 años. Ese ciclo no se ha encontrado en el clima. Si las variaciones de 100.000 años tienen un efecto fuerte, las variaciones de 400.000 también deberían descubrirse
Las observaciones muestran que el comportamiento del clima es mucho más intenso que las variaciones calculadas El problema de la transición El problema de la transición es un término que se refiere a un importante cambio en la frecuencia de variación del clima sucedido entre 1 a 3 millones de años atrás. En aquella época el clima tenía un periodo dominante de 41.000 años, similar al ciclo de variación de la oblicuidad. Después y durante el último millón de años, esto cambió a un ciclo de 100.000 años similar a las variaciones periódicas de excentricidad
Cualquier causa que modifique un flujo, modifica el clima • Externas – Actividad solar, incluidas manchas solares – Movimiento relativo TierraSol (excentricidad, precesión de los equinoccios, oblicuidad: Milankovitch) – Impacto meteorito o cometa
• Internas – Efecto invernadero – Desigual distribución del balance de energía – Dinámica interna del sistema (vientos, corrientes, realimentaciones, ...) – Cambio de composición – Aerosoles – Nubes
Algunes catàstrofes del passat poden haver estat causades per meteorits, com l'extinció dels dinosaures del Cretaci, fa 65 milions d'anys, provocada per la caiguda d'un asteroide d'uns 10 km de diàmetre. O, al menys, així ho creuen alguns astrònoms.
Cualquier causa que modifique un flujo, modifica el clima • Externas – Actividad solar, incluidas manchas solares – Movimiento relativo TierraSol (excentricidad, precesión de los equinoccios, oblicuidad: Milankovitch) – Impacto meteorito o cometa
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EFECTO INVERNADERO La energía visible procedente del sol pasa a través del cristal y calienta el suelo
La energía calorífia procedente del suelo es parcialmente reflejada por el cristal y parte queda atrapada dentro del invernadero
Hadley Centre
Cualquier causa que modifique un flujo, modifica el clima • Externas – Actividad solar, incluidas manchas solares – Movimiento relativo TierraSol (excentricidad, precesión de los equinoccios, oblicuidad: Milankovitch) – Impacto meteorito o cometa
• Internas – Efecto invernadero – Desigual distribución del balance de energía – Dinámica interna del sistema (vientos, corrientes, realimentaciones, ...) – Cambio de composición – Aerosoles – Nubes
Cualquier causa que modifique un flujo, modifica el clima • Externas – Actividad solar, incluidas manchas solares – Movimiento relativo TierraSol (excentricidad, precesión de los equinoccios, oblicuidad: Milankovitch) – Impacto meteorito o cometa
• Internas – Efecto invernadero – Desigual distribución del balance de energía – Dinámica interna del sistema (vientos, corrientes, realimentaciones, ...) – Cambio de composición – Aerosoles – Nubes
Vientos sobre el Océano Pacífico
CIRCULACIÓN OCEÁNICA GLOBAL ENFRIAMIENTO
CORRIENTE SUPERFICIAL CÁLIDA
AGUAS INTERMEDIAS
CÁLIDA Y MENOS SALINA
CORRIENTE CIRCUMPOLAR ANTÁRTICA Hadley Centre
Cualquier causa que modifique un flujo, modifica el clima • Externas – Actividad solar, incluidas manchas solares – Movimiento relativo TierraSol (excentricidad, precesión de los equinoccios, oblicuidad: Milankovitch) – Impacto meteorito o cometa
• Internas – Efecto invernadero – Desigual distribución del balance de energía – Dinámica interna del sistema (vientos, corrientes, realimentaciones, ...) – Cambio de composición – Aerosoles – Nubes
Cualquier causa que modifique un flujo, modifica el clima • Externas – Actividad solar, incluidas manchas solares – Movimiento relativo TierraSol (excentricidad, precesión de los equinoccios, oblicuidad: Milankovitch) – Impacto meteorito o cometa
• Internas – Efecto invernadero – Desigual distribución del balance de energía – Dinámica interna del sistema (vientos, corrientes, realimentaciones, ...) – Cambio de composición – Aerosoles – Nubes
Cualquier causa que modifique un flujo, modifica el clima • Externas – Actividad solar, incluidas manchas solares – Movimiento relativo TierraSol (excentricidad, precesión de los equinoccios, oblicuidad: Milankovitch) – Impacto meteorito o cometa
• Internas – Efecto invernadero – Desigual distribución del balance de energía – Dinámica interna del sistema (vientos, corrientes, realimentaciones, ...) – Cambio de composición – Aerosoles – Nubes
Papel de las nubes Nubes altas
Nubes bajas y medias
Permiten fácilmente el No permiten el paso de paso de la radiación solar la radiación solar. Menos pero no de la terrestre energía disponible Contribución positiva al Contribución negativa al efecto invernadero efecto invernadero
La ciencia del cambio climático
Comparando el conocimiento con evidencias
Efecto de los parámetros orbitales sobre la insolación a) La excentricidad influye, menos de un 2 ‰, en el valor medio anual con periodicidades dominantes de 100 y 400 mil años b) La oblicuidad, en el gradiente meridiano anual medio, puede representar hasta un 10 % de la variación estival en altas latitudes. Periodicidad de unos 40 mil años c) La precesión de los equinoccios modulada con la excentricidad influye en la insolación estacional. En latitudes altas explicaría variaciones del orden del 15 % con una periodicidad de unos 20 mil años d) La combinación de los tres tendría un efecto de hasta un 30 % en latitudes altas
60º N
Berger (1991)
Efectos combinados más próximos •Hace unos 10 mil años
•Hace unos 23 mil años
Solsticio de verano en el Oblicuidad cerca del perihelio y oblicuidad mínimo y solsticio de grande verano en el afelio Temperatura media, Los hielos crecían hacia como mucho, 1 ºC el último máximo glacial superior a la actual
