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Cambio climático: bases físicas y escenarios
Pablo ImbachPCCC
2013 - CATIE
Contexto
Bases del CC y escenarios
• Cambio climático– Clima, cambio climático y forzamientos– Gases de efecto invernadero y su evolución
• Escenarios de CC sobre la superficie terrestre– CAM– SAM
Clima y tiempo
• Clima– Promedio del tiempo en un período (30 años, WMO)– Descripción estadística de la media y su variabilidad
• Cambio climático– Cambios la media o variabilidad del clima de manera persistente en el
tiempo (p.e. décadas)– Atribuído directa o indirectamente a las actividades humandas
• Variabilidad climática– Variaciones en el promedio u
otras estadísticas (p.e. desv. est., extremos) del clima
– Se debe a procesos internos dentro del sistema climático o variaciones en forzamientos externos naturales o antropogénicos
¿Cómo puede cambiar el clima?
AR5-Draft
Forzamiento radiativo
• Cambio neto entre la radiación incidente y saliente de la tierra en la tropopausa
• Wm-2 • Debido a un factor externo como
cambios en las concentraciones de CO2 o energia solar
• Se mide relativo al año 1750• Valor anual promedio• Se usa para comparar las fuentes
naturales o antropogénicas del CC• Se relaciona linealmente con el
cambio en la temperatura global promedio en la superficie
nubes y fenómenos del tiempo
http://www.espere.net/Germany/water/delayersde.html
Clima terrestre y forzamientos
• El motor del clima es la radiación solar (Rs)
• El balance de radiación se puede modificar:
1. Cambios en la fracción de la radiación reflejada albedo = f(nubes, cobertura del suelo, partículas en la atmósfera)
2. Cambios en la radiación entrante del sol
3. Cambios en la radiación de onda larga debido a cambios en GEI
AR5-draft
Albedo & Aerosoles
ECOCLIMAP
Fisher et al., 2008
Radiación solar• Las variaciones en la actividad solar
(manchas solares) sigue ciclos de 11 años
• Estos ciclos corresponden con cambios en el forzamiento radiativo de 0.2 W/m2
• Esto produce cambios de algunas décimas de grado en la temperatura media global
• El forzamiento radiativo antropogénico es likely que sea al menos cinco veces mayor que el debido a cambios en la radiación (AR4)
www.gcrio.orgwww.gcrio.org
Efecto Invernadero
• El balance anual neto energético es cero
•La atmosfera y la tierra absorben 240 W/m2 de la onda corta entrante y emiten lo mismo en onda larga
• Una parte de la energía de onda larga que emite la tierra es absorbida por la atmósfera e irradiada de nuevo hacia la tierra
• Los gases de efecto invernadero en la atmósfera son los causantes de este efecto
(1982-2001)
Albedo: “Retroalimentación”
• Positivos o negativos según su efecto en el cambio del forzamiento climático
• Retroalimentación hielo-albedo: calentamiento derrite nieve y glaciares -> disminuye el albedo -> aumenta el calentamiento ->
ObsMod
GEI y forzamiento radiativo
• El FR se estima en +1.6[-1.0,+0.8] Wm-2 - (+- 90% int. conf.)
• GEI de vida larga: CO2, CH4, N2O, halocarbonos (C+halógenos (Cl, Fl, Br, I)) y hexaflururo (SF6) han contribuido con un FR +2.63[±0.26]
• Gases más abundantes en la atmósfera: Oxígeno y Nitrógeno
• GEI más importantes: Agua y Dióxido de Carbono
• Nubes: tienen un efecto refrigerante (reflexión > absorción)
Patrón espacial de los forzamientos (naturales y antropogénicos) entre 1860 y 2000 (ch2p209)
GFDL CM 2.1 MIROC+SPRINTARS
- Aerosoles + albedo de nubes
-Efecto directo de aerosoles
Forzamiento radiativo
Pedroni, L.
Potencial de calentamiento
Forzamiento radiativo
Timescale: tiempo que duraría el efecto si las emisiones se detuvieran
Fuentes de emisiones de GEI
Natural
Humano
60% atmósfera40% plantas y océano
1990
2002
Si el 100% queda en la atmósfera
Airborne fraction
2000/05
Forzamiento radiativo:20 y 100 años
Tendencia actual
• Crecimiento anual promedio CO2: 90s: 3.2±0.1 GtC yr-1 2000-2005: 4.1±0.1 GtC yr-1
• Emisiones anuales CO2 por quema de combustibles y producción de cemento: 90s: 6.4±0.4 GtC yr-1 2000-2005: 7.2±0.3 GtC yr-1
• Remoción de la atmósfera en diferentes escalas de tiempo: 50% del aumento será removido en 30 años 30% en unas pocos siglos 20% varios miles de años
Emisiones: cambio de uso del suelo
Cambios recientes
Concentraciones históricas (600k yr)
Proxy de Temp.
Proxy de Hielo
Inte
rgla
cial
es c
alie
ntes
Concentraciones históricas y FR (20k yr)
Dióxido de Carbono-CO2 (2k yr)
+100ppm (36%)1750-1970: 50ppm1970-2000: 50ppm
Metano-CH4
• No se conocen las causas de la estabilización- “likely” que la estabilización de emisiones se deba a un equilibrio de la atmósfera en un período de emisiones totales constantes
• Fuentes- Naturales: humedales, arroz, rumiantes y quema de biomasa- Antropogénicas: minería de combustibles fósiles y su distribución
• Este equilibrio se podría cambiar con aumentos en las liberaciones de metano de humedales en climas más calientes y húmedos y disminuciones en zonas más cálidas y secas• No se esperan cambios en las concentraciones de OH (elimina metano de la atmósfera) debido a compensaciones por cambios en otros gases
∆
Annual meanSeasonal
N2O & Halocarbonos
• Fuentes de N2O:
• Agricultura (fertilizantes -> NO2), combustión de biomasa y océanos
• Zonas costeras de surgencia• Estuarios y ríos• Industrias (p.e. nylon)
• Fuentes de Halocarbonos:
• Industrias: refrigerantes
Aerosoles• Tipos:
– Sulfatos: combustibles (72%) , quema de biomasa (2%), volcanes (7%) y fitoplancton (19%)
– Carbono orgánico y negro: quema de combustibles fósiles y biomásicos– Polvos minerales: prácticas agrícolas (cosecha, labranza, sobrepastoreo),
cambios en las superficies de agua (Mar Aral y Caspio) y prácticas industriales (cemento)
• Efectos:– Directos: dispersan y/o absorben radiacion de onda corta y larga– Indirectos: modifican las propiedades físicas de las nubes y por lo
tanto las propiedades radiativas, cantidad y vida de las nubes
• Indirectos: efectividad como núcleo de condensación, tamaño de las gotas, altura
Aerosoles
CDNC: cloud droplet number concentrationLWC: liquid water content
Mediciones de GEI
Paleo-clima: métodos
• Paleobotánica: comparación de composición de especies y taxones conocidos en climas actuales con fósiles. Pólen fósil permite detectar cambios de hasta 1.5 C.
• Geoquímica: isótopos en fósiles, por ejemplo isótopos de oxígeno en corales permiten conocer cambios mensuales en salinidad y temperatura
• Dendroclimatología: records más cortos de hasta varios miles de años
• Records escritos (p.e. En China)• Ubicación de glaciares y dunas • Muestras de hielo en Antártida: hasta 1
millón de años• Sedimentos en lagos y océanos
Forzamiento radiativo por sector
Unger et al., 2010
• Cooling (aerosols):• biomass burning & industry• power compensates w/CO2• shipping has positive net effect
• Warming:• On-road (largest net)
• Animal husbandry & waste/landfills are the largest warming activities in the near term• At 2100:
• LLGHG become important: power & industry become strongly warming activities
• biomas burning becomes netural• Household fossil fuel & industry: same net effect
Efectos globales: temperatura
Ar4 wg1 ch3
Magnitud vs. Tasa de cambio
Human induced
Lovejoy y Hannah, 2005
Muchas [email protected]