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 Gracias!!pimbach@catie.ac.cr