Cambio Climático GlobalBases Físicas e Impactos en Chile

Aguas AndinasSeptiembre 2007

René D. Garreaud y Mark Falvey

Departamento de GeofísicaUniversidad de Chile

Temario

1. Cambios en el siglo XX: Global /Regional

2. Bases Físicas del Cambio Climático

3. Pronóstico para mañana

© IPCC 2007: WG1-AR4 (2007)

© IPCC 2007: WG1-AR4 (2007)

∂Tsfc/∂t

Patterns of linear global temperature trends from 1979-2005 estimated at the surface (left) and for the troposphere (right) from surface to about 10 km altitude, from satellite records.

© IPCC 2007: WG1-AR4 (2007)

∂T/∂t 1979-2005

Lagunitas

Central Chile Temperatures

© IPCC 2007: WG1-AR4 (2007)

∂R/∂t

TENDENCIA DE LA PRECIPITACION ANUAL - 1950-2000

-200

-150

-100

-50

0

50

100

15030 32 33 34 35 37 38 39 40 42 45 53

Latitud Sur

mm

/10

años

Ref.: Quintana, 2004

• Semiarid climate• MAP ∼ 30-500 mm• σ(IA)/MAP ∼ 0.3 – 0.5• Strong ENSO Impact• No significant trend

Cambios absolutos en precipitación

• Rainy climate• MAP ∼ 1000-3000 mm• σ(IA)/MAP ∼ 0.1• Weak ENSO Impact• Significant drying trend

Figura 2. Tendencia de la precipitación anual expresada como el cambio porcentual por década (el porcentaje se evalúa con respecto al promedio de precipitación durante el periodo respectivo).

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54

1950 - 20001970 - 2000

Lat. (ºS)

Por

cent

ajeΔ

/PA

M

Cambios relativos en precipitación

Factores de cambio climático

• Factores internos: tectónica, volcanismo,...• Factores externos: actividad solar, meteoros,....

• Factores antrogénicos: Cambios en la composición de la atmósfera terrestre, uso de suelo, etc.

Balance Global de Energía del Planeta Tierra(promedio en latitud y longitud)

Gases InvernaderoH2O, CO2, CH4, N20

© IPCC 2007: WG1-AR3 (2004)

Efecto invernadero antrópicoSistema terrestre tiende al equilibrio

CO2 x 2 CO2 x 2

T = −18°C

S L236 236

S L236 232

S L236 236

S L236 236

CO2 x 2+ retroalimentación

H2O (+60%) Hielo/Albedo (+60%)

Nubes?Oceano?

TS = 15°C TS = 15°C ΔTS ~ 1.2K ΔTS ~ 2.5K

Durante el siglo XX el océano/biosfera ha capturado cerca del 40% del CO2 emitido…captura puede variar (± ?) con incremenento de T

Proyecciones Climáticas para el siglo XXI

i. Modelos atmosféricos

ii. Resultados Globales

iii. Resultados Regionales

X(t) = A·X(t-1) ·Y(t) + B·Z(t-1) + εx

Y(t)= C·X(t-1)·Y (t-1) + B·Z (t)+ εy

Z(t)= D·Z(t-1)·Y (t) + E·X(t-1) + εz

εx = εy = εz = 0

A, B, C, D: External parametersOrbital parameters, CO2 Concentration, SST (AGCM), Land cover

X, Y, Z: Time-dependent variablesPressure, winds, temperature, moisture,….

My first toy modelA system of coupled, non-linear algebraic equations

εx εy εz Random errorsSet to zero → Deterministic model

A=2

A=1

Two runs of the model, everything equal but parameter ANote the “Climate Change” related to change in A

Model results departs from reality after two-weeks because of “butterfly effect” (uncertainty in initial conditions) but they are still useful in a climatic

perspective and highly dependent upon external parameters

gFpVkfdtVd

R

vvvr

+−∇−=×+ρ1ˆ

SfcConvRADP QQQSTVt

++=−∇⋅+∂∂ ω)(

v

0=∂∂+⋅∇

pV ωv

pRT

pgz −=∂

∂ )(

Momentum eqn.

Energy eqn.

Mass eqn.

Idea gas law

Atmospheric circulation is governed by fluid dynamics equation + ideal gas thermodynamics

ECdt

dqv +−=

rr SEC

dtdq

+−+=

Water substanceeqns.

Δ lat

Δ lon

Δ z

Global Models (GCM)

Δlat ~ Δ lon ~ 1° - 3° Δz ~ 1 km Δt ~ minutes-hoursTop of atmosphere: 15-50 km

GCMs

Escenarios DesarrolloEconomico-Social

© IPCC 2007: WG1-AR4 (2007)

© IPCC 2007: WG1-AR4 (2007)

Regional Models (LAM, Mesoscale Models)

Δx ~ Δ y ~ 1-50 km Δ z ~ 50-200 m Δ t ~ secondsLx ~ L y ~ 100-5000 km Lz ~ 15 km LBC from GCMs

Main Problem: Garbage in – Garbage out

Δ z

Δ y

Δ x

Ly

Lx

Lz

Model:• PRECIS – UK

Single domain• Horiz. grid spacing. 25 km• 19 vertical levels• Lateral BC: HadAM every 6h• Sfc. BC: HadISST1 + Linear trend

Simulations• 1961-1990 Baseline• 2071-2100 SRES A2 y B2• 30 years @ 3 min → 4 months per

simulation in fast PC

Proyecto CONAMA – DGF/UCHhttp://www.dgf.uchile.cl/PRECIS

PRECIS-DGF Tfuturo - Tpresente

Futuro: 2071-2100 / Presente: 2071-2100

PRECIS-DGF Rfuturo / Rpresente

Futuro: 2071-2100 / Presente: 2071-2100

-750 -500 -300 -150 -50 +50 +150 +300 +500 [mm/100 years]

GFDL ECHAM HADAM PRECIS

A2-Baseline (from GCM and RCM) Observed 2000-1960

Cambios previstos en R ya parecen estar manifestandose

PRECIS-DGF Tfuturo - Tpresente

Futuro: 2071-2100 / Presente: 2071-2100

PRECIS-DGF Rfuturo / Rpresente

Futuro: 2071-2100 / Presente: 2071-2100

PRECIS-DGFAcomplamiento con modelos hidrológicos.

PRECIS-DGF Acomplamiento con modelos hidrológicos.

MAM JJA SON DEF

PRECIS-DGF - Promedios EstacionalesModelo hidrológico simple indica disminución de caudal promedio anual, pero aumento en invierno y fuerte disminución en verano-otoño sobre Chile central y centro norte.

ΔQ/Q y ΔP/P

P>30 mm: 62 / 50 P>30 mm & T>12°C: 18 / 35

PRECIS-DGF – Eventos ExtremosSobre Chile central disminuye precipitación media annual, pero tormentas cálidas aumentan al doble.

PRECIS-DGF - Eventos Extremos

Modelo hidrológico simple indica cierta disminución de caudales extremos diarios con bajo periodo de retorno pero un aumento de caudales extremos diarios con alto periodo de retorno

A2

BL

Periodo de Retorno (años)

Cau

dal (

unid

ades

arbi

traria

s)

Río Maule en Armerillo

Conclusiones

Existen manifestaciones del cambio climático asociado a los GI en las últimas décadas a lo largo del país.

Cambios proyectados son en algunos casos similares en magnitud y signo a los observados en las últimas décadas.

Recursos hídricos superficiales se verán afectados por disminución de precipitación y aumento de temperatura, tanto en su promedio anual, estacionalidad y eventos extremos.

PRECIS-DGF es una buena base de datos para análisis sectoriales, pero solo un comienzo….