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