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Modelacin del ClimaBenjamn Martnez Lpezbenmar@atmosfera.unam.mxBenjamn Martnez Lpez, Francisco Estrada Porra y Carlos Gay GarcaCentro de Ciencias de la Atmsfera, UNAM

1El sistema climtico

Modelos climticosMuy simples muy complicados

Desempeo de algunos modelos complicados(Modelos de circulacin general ocano-atmsfera acoplados) hielo marino, procesos suelo-atmsfera, etc.

Modelos climticos regionales

Trabajo en el CCA en estos temas2

El sistema climtico:sistema muy complejo e interactivo, compuesto por la atmsfera, la superficie terrestre, el hielo y la nieve, los ocanos, otros cuerpos de agua y los elementos vivos.3

INTERACCIONES ENTRE LOS SUBSISTEMASFLUJOS DE MASA, DE ENERGA Y MOMENTOEVOLUCIN TEMPORAL:Ecuaciones primitivas4Existen tres formas fundamentales para cambiar el equilibrio de radiacin de la Tierra:

cambiando la radiacin solar incidente (por ejemplo: mediante cambios en la rbita terrestre o en el propio Sol). cambiando la fraccin de la radiacin solar reflejada (denominada albedo;(por ejemplo, mediante cambios en la envoltura de las nubes, las partculas de la atmsfera o la vegetacin).modificando la radiacin emitida de onda larga desde la Tierra hacia el espacio (por ejemplo: mediante cambios en las concentraciones de gases de efecto invernadero). La radiacin solar es la fuente de energa del sistema climtico.5

6Balance (idealizado) de energa

Modelo simple para reducir un sistema complejo 7Cw (dT-dt) = E1 E2 - E3 for i=1:60; T(i+1)=T(i) + (dt/Cw)*(342 - alf*342 - 0.95*Sig*Tau*T(i).^4); end% dt ---- Paso en tiempo% To ---- Temperatura inicial (grados Kelvin)% Tau ---- Factor de efecto de invernadero% Sig ---- Constante de Stefan-Boltzmann% (W/(m2K4))% alf ---- Albedo% Cw ---- Capacidad Calorifica del sistema, cuyo% calor almacenado es igual a CwT, donde% T es el cambio de temperatura.8 T(i+1)=T(i) + (dt/Cw)*(342 - alf*342 - 0.95*Sig*Tau*T(i).^4);

0.6469

0.6460.81.0 T(i+1)=T(i) + (dt/Cw)*(342 - alf*342 - 0.95*Sig*Tau*T(i).^4);10

Temperature dependent albedo (reflectivity)11

evolution with slightly randomized transmissivityevolution from different initial valuesIntegration of a zerodimensional energy balance modelwith constant transmissivity and temperature dependent albedono noisewith noise12

Los modelos climticos se basan en principios fsicos bien establecidos y demuestran que reproducen caractersticas observadas de cambios climticos recientes y pasados.

Existe confianza considerable en que los modelos proporcionan estimaciones cuantitativas crebles del cambio climtico futuro, especialmente en escalas continentales y superiores.

La confianza en estos clculos es mayor para algunas variables climticas (por ejemplo, la temperatura) que para otras (por ejemplo, la precipitacin).13A pesar de todas sus limitaciones, los modelos acoplados ocano-atmsfera son modelos cuasi-realistas que constituyen las herramientas disponibles ms poderosas que tenemos para estudiar la respuesta del sistema climtico ante diversos agentes forzantes.14Las celdas de los modelos usados para estimar el cambio climtico tienen resoluciones espaciales, en el mejor de los casos, del orden de los 120 km

Esta resolucin espacial no resuelve las caractersticas regionales de nuestro pas y es necesario recurrir a los llamados Mtodos de Reduccin de Escala

Existen mtodos estadsticos, dinmicos y mixtos 15Climatologas de referencia para la temperatura y la precipitacin se tomaron de la base WorldClim

Valores climatolgicos para temperatura y precipitacin para el mes de septiembre 16

Campo de temperatura proveniente del modelo MirocHR 17

Campo de temperatura interpolado proveniente del modelo MirocHR 18

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menos=T20

+21

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23

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?25Criterios de decisin de cartografaConde et al.INE

Modelo de distribucin potencial 2050Pseudoeurycea galeanaeTomado de: Martnez-Meyer. Presentacin Coloquio Modelacin del clima Retos y Oportunidades (PINCC) Abril 201126Los modelos disponibles analizados reproducen regularmente la climatologa de temperatura media.

Veamos ahora su desempeo al simular la precipitacin27

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MIROCTacubayaECHAMEn los dos modelos (ECHAM5 y MIROC32-HIRES), la precipitacin muestra una evolucin en el siglo XX muy diferente a la que se registr en el Observatorio de Tacubaya o en Cuernavaca. Lo preocupante: las tendencias simuladas son contrarias a la tendencia observada.Cmo se simula la lluvia en el siglo XXI en la regin central de Mxico?31La incertidumbre asociada a las proyecciones climticas es grande, la cual, en parte, tiene su origen en los escenarios de emisiones, pero tambin es debida a la incapacidad de los modelos de simular correctamente la precipitacin.La falta de series largas de temperatura y precipitacin, que desgraciadamente es la regla en nuestro pas, elimina casi por completo la utilizacin de tcnicas estadsticas de reduccin de escala.Utilizar de modelos dinmicos regionales para la generacin de escenarios de cambio climtico de alta resolucin. 32

Observed precipitation and simulated precipitation from both regional models and global forcing models along a West-East transect of the State of Washington at 47.8N latitude. Terrain height is indicated by the thick grey line.Salath EP, Steed R, Mass CF, and Zahn P (2008) A high-resolution climate model for the U.S. Pacific Northwest: Mesoscale feedbacks and local responses to climate change. J Clim 21:5708-5726Regional Climate Model Projections for the State of WashingtonEric P Salath Jr1, L Ruby Leung2, Yun Qian2, and Yongxin Zhang11) JISAO Climate Impacts Group, University of Washington, Seattle, Washington2) Atmospheric Science and Global Change Division, Pacific Northwest National Laboratory,Richland, Washington33Referencia:

Marsland, S. J., H. Haak, J. H. Jungclaus, M. Latif and F. Roeske, 2003.The Max-Planck-Institute global ocean/sea ice model with orthogonalcurvilinear coordinates. Ocean Modelling, 5, 91127.The Max-Planck-Institute Global Ocean/Sea-Ice ModelMPI-OMModelo ocenico:MPI-OM fue utilizado en el AR4 acoplado con ECHAM5

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La configuracin mostrada de MPI-OM se us para estudiar las interacciones entre los mrgenes continentales europeos y el ocano Atlntico. EMPI-OM se acopl al modelo regional climtico REMO. Para la generacin de escenarios regionales para Mxico se usa la misma configuracin del modelo ocenico. 36

El modelo ocenico usa una malla curvilnea ortogonal, mayor resolucin en la zona del Pacfico ecuatorial y el Atlntico del Norte, zonas de gran importancia por ENSO y formacin de agua profunda, respectivamente.37

Utilizacin de modelos climticos regionalesModelo ocenico global (MPI-OM) acoplado a un modelo atmosfrico regional de alta resolucin (REMO).

Primera etapa:50 km de resolucin

Segunda etapa:10 km

Tercera etapa:Modelo atmosfricono hidrostticopara simulacionesusando una mallaespacial menor a los10 km. Temperatura a 2 mSimulacin con una duracin de algunos das en el cluster del CCA38ACTIVIDADES SUGERIDAS EN DIVERSOS PROYECTOS

Simular la climatologa en Mxico usando dos modelos climticos regionales de alta resolucin forzados con el mismo conjunto de condiciones de frontera provenientes de modelos globales con un buen desempeo sobre Mxico (mtricas) que sern usados en el AR5.

Estimar el valor agregado en las climatologas resultantes (sobre todo de precipitacin) al usar los modelos de alta resolucin con las diferentes condiciones de frontera.

La informacin que se obtendra sera muy valiosa y constituira un base slida para la generacin de escenarios dinmicos regionales de cambio climtico.

Estudiar procesos y entenderlos.39Gracias por su atencin

Benjamn Martnez Lpezbenmar@atmosfera.unam.mx

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