SEXTO CONGRESO NACIONAL DE INVESTIGACIÓN EN

CAMBIO CLIMÁTICO

Francisco Estrada Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM

EL ORIGEN ANTROPOGÉNICO DE LA “PAUSA” EN EL

CALENTAMIENTO

EL BALANCE DE ENERGÍA DE LA TIERRA

71%

Radiación entrante

=

Radiación saliente

Temperatura

global de

equilibrio

El (des)balance de energía de la Tierra

Cualquier cambio en el sistema clima de la Tierra que afecte la cantidad

de energía que entra o sale del sistema altera el equilibrio radiativo y

puede causar que la temperatura se incremente o disminuya.

Estas influencias desestabilizadoras se conocen como forzamiento

climático o forzamiento radiativo.

http://earthobservatory.nasa.gov/Features/EnergyBalance/

GEI

Nat GEI +30ºC

de diferencia!

CAMBIO CLIMÁTICO COMO UN PROBLEMA ECONÓMICO

“…la falla de mercado más grande en la historia de la humanidad”

Greenhouse

gas externality

Concentrations/

Radiative

forcing

Changes in

climate

Differentiated

and unevenly

distributed

impacts

regions/generations

Economic activities

Detección y atribución de CC

Atribución de Impactos

Pro

yecc

ión d

e C

C e

Im

pact

os

(esc

ala

s)

Causa

s

Escenarios de CC/evaluación de

impactos (escala global)

Proyecciones y evaluación de

IV&A Regionales

La ciencia para

Toma de Decisiones

Atribución de

Cambio Climático

Evaluación de las contribuciones

antropogénicas y naturales

al cambio observado

Escenarios de cambio climático

Modelos de Evaluación

Integrada

Escenarios clima y

socioeconómicos.

Evaluación de impactos,

vulnerabilidad y adaptación

Evaluación de políticas y

documentos nacionales

Co

nse

cuencia

s

CAUSAS Y CONSECUENCIAS ECONOMICAS DE CAMBIO CLIMÁTICO

DETECCIÓN Y ATRIBUCIÓN DE CAMBIO CLIMÁTICO

¿Cuál es la importancia de las actividades

humanas en el calentamiento observado?

Global Trends of Measured Surface Air Temperature.

Reconstrucciones de la temperature global basadas en estaciones meteorológicas a nivel mundial

Estimación de tendencias

Enorme impacto en el Congreso de EUA

Base de datos de la NASA

HANSEN Y LEBEDEFF 1987 0.5ºC

-0.2ºC

0.35ºC

IPCC, 2007

Detección y atribución de cambio climático

Detección: Demostrar que el clima o un sistema afectado por el clima ha cambiado en algún sentido específico (estadísticamente significativa).

Mostrar la existencia de una señal no explicable por variabilidad natural

Atribución: Evaluación de las contribuciones relativas de factores causales múltiples para un cambio o evento (con un grado de confianza estadística).

Descomponer la señal en sus distintos componentes

DETECCIÓN Y ATRIBUCIÓN DE CAMBIO CLIMÁTICO EN MÉXICO

Reporte Mexicano de Cambio

Climático

• Primer esfuerzo para sintetizar el

conocimiento en cambio climático a

nivel nacional

• Capítulo sobre detección y

atribución de cambio climático

• Diversos estudios sobre detección con distintos niveles de rigor estadístico, calidad de bases de datos y escalas que dificultan tener una visión general para el país

• No existe ningún estudio de atribución de cambio climático en México

ATRIBUCIÓN: ENFOQUES FÍSICOS Y ESTADÍSTICOS Métodos Econométricos: Cointegración

Basados en observaciones; altamente dependientes en supuestos sobre propiedades de series de tiempo (e.g., Estrada et al., 2010)

Atribución con métodos físicos : contrafactual y optimal fingerprinting

Altamente dependientes del desempeño de los modelos (e.g., Curry and Webster, 2011; Kiehl, 2007; Kerr, 2007)

EXISTENCIA DE CAMBIOS ESTRUCTURALES EN TEMPERATURAS

• Estudios anteriores caracterizan erróneamente las temperaturas como I(1)

• Cointegración espuria, resultados no confiables

• Necesidad de métodos apropiados para relacionar temperaturas con

forzamiento radiativo

Gay C., F. Estrada, A. Sánchez, 2009. Global and hemispheric temperatures revisited. Climatic Change, 94:(3-4): 333-349.

Estrada F., Gay C., A. Sánchez, 2010. Reply to “Does temperature contain a stochastic trend? Evaluating conflicting results by

Kaufmann et al”. Climatic Change, 101(3-4): 407-414

ATRIBUCIÓN: ENFOQUES FÍSICOS Y ESTADÍSTICOS Métodos Econométricos: Cointegración

Basados en observaciones; altamente dependientes en supuestos sobre propiedades de series de tiempo (e.g., Estrada et al., 2010)

Atribución con métodos físicos : contrafactual y optimal fingerprinting

Altamente dependientes del desempeño de los modelos (e.g., Curry and Webster, 2011; Kiehl, 2007; Kerr, 2007)

CONFIANZA DEL IPCC EN ATRIBUCIÓN A CAUSAS HUMANAS

La mayor parte del calentamiento

observado es:

TAR: “likely” antropogénico (>66% probabilidad; IPCC, 2001)

AR4 “very likely” antropogénico (>90% probabilidad; IPCC-WGI, 2007)

AR5 “extremely likely” antropogénico (>95% probabilidad; IPCC, 2013a,b)

• It is extremely likely that human activities caused more than half of the observed increase in global mean surface temperature from 1951–2010.

• En el periodo 1951-2010 – GHG 0.5ºC to 1.3ºC

– OA -0.6ºC to 0.1ºC

– NF -0.1ºC to 0.1ºC

– NV -0.1ºC to 0.1ºC

IPCC (2007) AR4; IPCC (2013) AR5

ATRIBUCIÓN BASADA EN MÉTODOS FÍSICOS

•“without anthropogenic forcings winters in the United Kingdom colder

than 2009/10 would be 7–10 times (best estimate) more common”

•“Although anthropogenic forcings increase the likelihood of heat

waves in Moscow, the 2010 event is found to be very uncommon and

associated with a return time of several hundred years”

•“No reliable attribution assessment can be made for high-precipitation

events in Pakistan”

ATRIBUCIÓN DE VALORES EXTREMOS Y EVENTOS PARTICULARES

EVALUACIÓN DE PRONÓSTICO DE CORTO PLAZO About 0.2°C per decade would be expected if emissions

are within the range of the SRES scenarios. IPCC AR4

Even if all radiative forcing agents were held constant at year 2000 levels, a further warming would

occur in the next two decades at a rate of about 0.1°C per decade. IPCC AR4

Tasa de calentamiento observada

1998-2012: 0.05ºC por década

Alrededor de 111 simulaciones de 114 muestran una tendencia de calentamiento

mayor que la observada durante el periodo 1998-2012.

LA PAUSA EN EL CALENTAMIENTO

LA PAUSA EN EL CALENTAMIENTO 1998-??

“A few years ago you saw the hiatus, but it could be dismissed because it was well within the noise,”…“Now it’s something to explain.” Vecchi – Nature News (2014)

"If things continue as they have been, in five years, at the latest, we will need to acknowledge that something is fundamentally wrong with our climate models” von Storch – der Spiegel (2013)

Variabilidad natural subestimada, aerosoles, absorción de calor por el océano profundo (Atlántico y Sur), enfriamiento en el Pacífico, onda de estadio, variabilidad natural (PDO-ENSO), variabilidad solar, volcanes, retroalimentaciones del calentamiento (Océano Índico), forzamiento faltante…

LOS ESCÉPTICOS…

LOS FANÁTICOS…

ENFOQUE ALTERNATIVO PARA LA ATRIBUCIÓN DE CAMBIO CLIMÁTICO

Análisis de cambio estructural robusto para I(0) e I(1)

Pruebas de raíz unitaria con cambio estructural

Co-trending: similar a cointegración pero para tendencias determinísticas no-lineales

Caracterización de la tendencia común entre T y FR

Estrada, F., Perron, P. & Martínez-López, B., 2013. Statistically derived contributions of diverse human

influences to twentieth-century temperature changes. Nature Geoscience, 6:1050–1055.

Estrada, F. & Perron, P., 2014. Detection and attribution of climate change through econometric methods.

Boletín de la Sociedad Matemática Mexicana, 20(1):107-136.

Estrada, F., Perron, P., Gay-García & Martínez-López, B., 2013. A time-series analysis of the 20th century

climate simulations produced for the IPCC‟s fourth assessment report. Plos One, 8(3), e60017.

Estrada, F., Perron, P. & Martínez-López, B., 2013. Statistically derived contributions of diverse human influences to

twentieth-century temperature changes. Nature Geoscience (2013) doi:10.1038/ngeo1999.

•AMO gran influencia en G y NH, puede exagerar o enmascarar la tendencia

•AMO. Sin filtrar: G 1.7ºC/siglo, NH 2.8ºC/siglo; filtrando: ambas 1ºC/siglo

•Las temperaturas superficiales se ajustan rápidamente a cambios en el forzamiento radiativo (transient

response)

•Tendencia no-lineal común entre forzamiento radiativo y temperaturas (co-trending y co-quiebres)

VARIABILIDAD DE BAJA FRECUENCIA Y SEÑAL DE CC

Nuevo enfoque para evaluar la atribución de cambio climático utilizando herramientas econométricas recientes y conceptos de modelación del clima

Los forzantes del calentamiento observado

Estrada, F., Perron, P. & Martínez-López, B., 2013. Statistically derived contributions of diverse human influences to twentieth-century temperature

changes. Nature Geoscience (2013) doi:10.1038/ngeo1999.

0

4,000,000

8,000,000

12,000,000

16,000,000

20,000,000

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

GDP

0

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

CO2 emissions (Gt)

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

1880

1900

1920

1940

1960

1980

2000

RFCO2

W/m

20.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

1880

1900

1920

1940

1960

1980

2000

RFCO2

W/m

2

WWI, Great Depression, WWII

Montreal

Protocol

Changes in

agricultural

production

MODELO DE CLIMA DE DOS COMPARTIMENTOS

Climate transient

response

Climate sensitivity

Schwartz, S. E. Determination of Earth's transient and equilibrium climate

sensitivities from observations over the twentieth century: strong dependence on

assumed forcing. Surv. Geophys. 33, 745777 (2012).

Estrada, F., Perron, P. & Martínez-López, B., 2013. Statistically derived contributions of diverse human influences to

twentieth-century temperature changes. Nature Geoscience (2013) doi:10.1038/ngeo1999.

•0.25 W/m2 = amplitud del

ciclo solar

•15% del aumento total en

TRF desde 1880

•Alrededor de 0.1ºC de

diferencia en G (2010 hubiera

sido el año más caliente

registrado)

0.34 W/m2 con el efecto

indirecto de aerosoles

EFECTOS SOBRE EL FORZAMIENTO RADIATIVO TOTAL (TRF) Y LA TEMPERATURA GLOBAL

¿EXISTIÓ?, ¿EXISTE?

EVIDENCIAS DE LA PAUSA EN LA TEMPERATURA GLOBAL

NASA

HADLEY

BERKELEY

KARL

(NOAA)

Estrada F, Perron P (2016). Extracting and analyzing the warming trend in global and hemispheric temperatures. Journal of Time Series Analysis

Muestra 1880-2014

Si se añade 2015 la

“pausa” no puede ser

detectada en ninguna de las

series

TENDENCIA DE CALENTAMIENTO VS VALOR DE LA TEMPERATURA

Variabilidad natural y su efecto sobre la tendencia de

calentamiento:

Oscilación Multidecadal del Atlántico (AMO)

El Niño/Oscilación del Sur (ENSO)

Oscilación Decadal del Pacífico (PDO)

Oscilación del Atlántico Norte (NAO)

Erupciones volcánicas

Southern Annular Mode (SAM)

Oscilación Interdecadal del Pacífico (IPO) …

Métodos para reconstruir y ajustar mediciones

INTERPOLACIÓN Y CAMBIOS OBSERVADOS EN TEMPERATURA (IPCC AR5)

Las áreas en blanco indican datos incompletos o no disponibles. Se han calculado las tendencias solo para las cuadrículas con más del 70% de registros completos y más del 20% de disponibilidad de datos en el primer y último 10% del período de tiempo.

Las diferencias de cobertura reflejan principalmente el grado de interpolación utilizado por los proveedores de conjuntos de datos para representar las regiones carentes de datos, que pueden ir desde no considerar ninguna interpolación que supere la media de la cuadrícula (HadCRUT4) hasta interpolaciones sustanciales (GISS).

HIPÓTESIS DE LA PAUSA RELACIONADAS CON VARIABILIDAD NATURAL Y PROBLEMAS CON DATOS

Relacionadas con procesos acoplados océano-atmósfera y con el intercambio de calor entre océanos y atmósfera

Steinman et al. (2015): combinación de oscilaciones AMO-PDO en el HN que pudieron enmascarar la tendencia de calentamiento en la década pasada.

Kosaka and Xie (2013): El Niño 97-98 podría haber inducido un estado frío prolongado tipo La Niña en el Pacífico ecuatorial, disminuyendo la tasa de calentamiento de G.

Trenberth and Fasullo (2013): 30% del desbalance de energía está siendo absorbido por los océanos profundos

Meehl et al. (2011): PDO podría producir pausas con duración de décadas

Lin and Rind (2009): Menor actividad solar, sin embargo no puede explicar la pausa (Feulner and Rahmstorf, 2010)

Andersson et al. (2015): Actividad volcánica no está bien representada en modelos

Karl et al. (2015); Cowtan and Way (2014); Curry (2014): Pausa es artefacto producido por sesgos en los datos y por falta de cobertura en los polos y África

COTRENDING Y COMPONENTES PRINCIPALES (PCA) ROTADOS

Análisis de Componentes Principales:

Ciencias atmosféricas: separar tendencias y principales modos de variabilidad (e.g., Wilks, 2011; von Storch and Zwiers, 1999; von Storch and Navarra, 1999; Smerdon and Pollack, 2016; O’lenic and Livezey, 1988; Widmann and Schär 1997)

Reconstrucciones de clima y paleoclima (e.g., Mann et al., 1998; Luterbacher et al., 2002; Evans et al., 2002)

Econometría: pruebas y estimación de tendencias comunes tanto en el contexto de cointegración y cotrending (e.g., Bai, 2004; Maddala and Kim, 1998; Hatanaka and Yamada, 2003; Harris, 1997; Stock and Watson, 1998, 2002)

Aplicación:

Forzamiento radiativo (WMGHG, TRF, aerosoles estratosféricos), temperaturas global y hemisféricas, AMO, SOI, NAO, PDO

Estrada F, Perron P (2016). Extracting and analyzing the warming trend in global and hemispheric temperatures. Journal of Time Series Analysis (sometido)

RESULTADOS DE RPCA

IPO, SAM Diferencias en

reconstrucción de HS

entre NASA y Hadley Ciclo solar

PCI: TENDENCIA COMÚN

La pausa es fácilmente identificable en la tendencia de calentamiento una vez que la variabilidad natural ha sido removida

PC1+AMO = PAUSA NO DETECTABLE (N&H)

PC1+REC SUR = PAUSA NO DETECTABLE (N)

PC1+IPO/SAM SUR = PAUSA NO DETECTABLE (H)

PC1+VOLCANES = PAUSA NO DETECTABLE (H)

MENSAJES PRINCIPALES Calentamiento observado es dominantemente antropogénico

Existe una tendencia común entre el forzamiento radiativo y las temperaturas global y hemisféricas que puede rastrearse a los gases de efecto invernadero antropogénicos

Los procesos climáticos y socioeconómicos están más integrados de lo que se pensaba previamente

Parte de la pausa en el calentamiento tiene origen antropogénico

Los esfuerzos internacionales de mitigación pueden se efectivos en el corto plazo

Resultados de atribución del calentamiento observado son robustos a supuestos de series de tiempo

time

WW

I W

WII

Th

e G

rea

t Dep

ressio

n

Mo

ntre

al P

roto

co

l

Agric

ultu

ral p

rod

uctio

n A

sia

MENSAJES PRINCIPALES

La pausa es un fenómeno real que no puede ser explicado por la variabilidad natural ni por posibles sesgos en las mediciones de la temperatura, como se ha propuesto en la literatura.

La variabilidad natural y ajustes en los datos hacen más difícil que la pausa sea detectable

Es importante reconocer que la pregunta “¿existe una disminución en la tasa de calentamiento observada?” es distinta a “¿hay una desaceleración en las temperaturas observadas ”

La pausa en el calentamiento es principalmente de origen antropogénico

Gracias por su atención feporrua@atmosfera.unam.mx