Máster en Cambio Global
UIMP-CSIC
Factores externos e internosque determinan el clima
Climent RamisUIB
Tema 2
Clima:Rasgos característicos de las condiciones ambientales
(p. e. temperatura y precipitación)en intervalos de tiempo ‘largos’
• No sólo valores medios: variabilidad espacial ytemporal
• Percepción a través de la atmósfera
• Tratamiento estadístico adecuado de series largasinstrumentales (homogéneas) de las variablesmeteorológicas
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 deesos flujos
• Externas• Variabilidad galáctica
– Actividad solar, incluidas manchas solares
– Movimiento relativo Tierra-Sol (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
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
• Externas– Actividad solar, incluidas
manchas solares
– Movimiento relativo Tierra-Sol (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
Friis-Christensen, E. y K. Lassen, Science (1991)
• Externas– Actividad solar, incluidas
manchas solares
– Movimiento relativo Tierra-Sol (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
Milutin Milanković
Este fue el primer factor que se tuvo en cuenta. En1842el matemático francésJoseph Adémarpostuló que la precesión del eje terrestre
llevaría a una precesión de losequinocciosy solsticiosque los harían desplazarse a lo largo de la órbita coincidiendo unas veces cerca delafelioy otras
delperihelio. Esto es debido a que el cambio en la dirección del eje de rotación causa una variación delpunto Arieso corte del ecuador y la eclíptica y por tanto cambia el inicio de la primaveray
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 recibiráun 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 másocéanoy es conocido el efecto del mar en suavizar las máximas y elevar las mínimas.
El segundo factor importante lo tuvo en cuenta el inglésJames Crollbasándose en los cálculos manuales deUrbain Le Verrier.
Se trata de la variación en la forma de la orbita debida a la atracción del resto de planetas delSistema 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 variacionesocurre 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 100.000años.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 del3 de enero, mientras el afelio es alrededor del4 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 efectoalbedorealimentaría 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.
FueMilutin 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 explicaciónde la teoría de Milankovitch
Nevertheless, verification of a causal link between theorbital forcing factors and the climatic response is farfrom 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. Thiswould be the result of eccentricity variations in theEarth’s orbit, which alone account for the smallestinsolation changes. Secondly, it is not clear whychanges in climate appear to be global. A priorireasoning 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 growthof ice sheets during glaciations occurring in the Arctic
and Antarctic. It is now widely believed that thecirculation of the oceans provides the forcing factor
for synchronisation
El problema de la falta de un ciclo de 400.000 añosEl problema de la falta de un ciclo de 400.000 añosreside 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 transiciónes un término que se refiere a un importante cambio enla 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 devariación 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
• Externas– Actividad solar, incluidas
manchas solares
– Movimiento relativo Tierra-Sol (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
Algunes catàstrofes del passat poden haverestat 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.
• Externas– Actividad solar, incluidas
manchas solares
– Movimiento relativo Tierra-Sol (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
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
• Externas– Actividad solar, incluidas
manchas solares
– Movimiento relativo Tierra-Sol (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 Tierra-Sol (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
Vientos sobre el Océano Pacífico
CIRCULACIÓN OCEÁNICA GLOBALENFRIAMIENTO
CORRIENTE
SUPERFICIAL
CÁLIDA
AGUAS
INTERMEDIAS
CÁLIDA Y MENOS SALINA CORRIENTE CIRCUMPOLAR ANTÁRTICA
Hadley Centre
• Externas– Actividad solar, incluidas
manchas solares
– Movimiento relativo Tierra-Sol (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 Tierra-Sol (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 Tierra-Sol (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
Papel de las nubes
Nubes altas
Permiten fácilmente elpaso de la radiación solarpero no de la terrestre
Contribución positiva alefecto invernadero
Nubes bajas y medias
No permiten el paso dela radiación solar. Menosenergía disponible
Contribución negativa alefecto 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 anualcon periodicidades dominantes de 100 y 400 mil años
b) La oblicuidad, en el gradiente meridiano anual medio, puederepresentar 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 influyeen la insolación estacional. En latitudes altas explicaría variaciones delorden del 15 % con una periodicidad de unos 20 mil años
d) La combinación de los tres tendría un efecto de hasta un 30 % enlatitudes altas
60º N
Berger (1991)
Efectos combinados más próximos
•Hace unos 10 mil años
Solsticio de verano en elperihelio y oblicuidadgrande
Temperatura media,como mucho, 1 ºCsuperior a la actual
•Hace unos 23 mil años
Oblicuidad cerca delmínimo y solsticio deverano en el afelio
Los hielos crecían haciael último máximo glacial
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