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Tema 2
Factores externos e internos
que determinan el clima
Máster en Cambio Global
UIMP-CSIC
Climent Ramis
UIB
Clima:
Rasgos característicos de las condiciones ambientales
(p. e. temperatura y precipitación)
en intervalos de tiempo ‘largos’
• No sólo valores medios: variabilidad espacial y
temporal
• Percepción a través de la atmósfera
• Tratamiento estadístico adecuado de series largas
instrumentales (homogéneas) de las variables
meteorológicas
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 de
esos flujos
Cualquier causa que modifique un flujo,
modifica el clima
• Externas
• Variabilidad galáctica
– Actividad solar, incluidas
manchas solares
– Movimiento relativo TierraSol (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
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
Cualquier causa que modifique un flujo,
modifica el clima
• Externas
– Actividad solar, incluidas
manchas solares
– Movimiento relativo TierraSol (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
Friis-Christensen, E. y K. Lassen, Science (1991)
Cualquier causa que modifique un flujo,
modifica el clima
• Externas
– Actividad solar, incluidas
manchas solares
– Movimiento relativo TierraSol (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
Milutin Milanković
Este fue el primer factor que se tuvo en cuenta.
En 1842 el matemático francés Joseph Adémar postuló que la precesión del eje terrestre
llevaría a una precesión de los
equinoccios y solsticios que los harían desplazarse a lo largo de la órbita coincidiendo unas veces cerca del afelio y otras
del perihelio. Esto es debido a que el cambio en la dirección del eje de rotación
causa una variación del punto Aries o corte del ecuador y la eclíptica y por tanto cambia el inicio de la primavera y
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 recibirá
un 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 más
océano y es conocido el efecto del mar en suavizar las máximas y elevar las mínimas.
El segundo factor importante lo tuvo en cuenta el inglés James Croll
basándose en los cálculos manuales de Urbain Le Verrier.
Se trata de la variación en la forma de la orbita debida a la atracción del resto
de planetas del Sistema 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 variaciones
ocurre 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 100.000 años.
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 del 3 de enero, mientras el afelio es alrededor del 4 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 efecto albedo realimentaría 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.
Fue Milutin 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 explicación
de la teoría de Milankovitch
Nevertheless, verification of a causal link between the
orbital forcing factors and the climatic response is far
from 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. This
would be the result of eccentricity variations in the
Earth’s orbit, which alone account for the smallest
insolation changes. Secondly, it is not clear why
changes in climate appear to be global. A priori
reasoning 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 growth
of ice sheets during glaciations occurring in the Arctic
and Antarctic. It is now widely believed that the
circulation of the oceans provides the forcing factor
for synchronisation
El problema de la falta de un ciclo de 400.000 años
El problema de la falta de un ciclo de 400.000 años reside 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 transición es un término que se refiere a un importante cambio en
la 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 de
variación 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
Cualquier causa que modifique un flujo,
modifica el clima
• Externas
– Actividad solar, incluidas
manchas solares
– Movimiento relativo TierraSol (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
Algunes catàstrofes del passat poden haver
estat 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.
Cualquier causa que modifique un flujo,
modifica el clima
• Externas
– Actividad solar, incluidas
manchas solares
– Movimiento relativo TierraSol (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
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
Cualquier causa que modifique un flujo,
modifica el clima
• Externas
– Actividad solar, incluidas
manchas solares
– Movimiento relativo TierraSol (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 TierraSol (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
Vientos sobre el Océano Pacífico
CIRCULACIÓN OCEÁNICA GLOBAL
ENFRIAMIENTO
CORRIENTE
SUPERFICIAL
CÁLIDA
AGUAS
INTERMEDIAS
CÁLIDA Y MENOS SALINA
CORRIENTE CIRCUMPOLAR ANTÁRTICA
Hadley Centre
Cualquier causa que modifique un flujo,
modifica el clima
• Externas
– Actividad solar, incluidas
manchas solares
– Movimiento relativo TierraSol (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 TierraSol (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 TierraSol (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
Papel de las nubes
Nubes altas
Nubes bajas y medias
Permiten fácilmente el No permiten el paso de
paso de la radiación solar la radiación solar. Menos
pero no de la terrestre
energía disponible
Contribución positiva al Contribución negativa al
efecto invernadero
efecto 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 anual
con periodicidades dominantes de 100 y 400 mil años
b) La oblicuidad, en el gradiente meridiano anual medio, puede
representar 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 influye
en la insolación estacional. En latitudes altas explicaría variaciones del
orden del 15 % con una periodicidad de unos 20 mil años
d) La combinación de los tres tendría un efecto de hasta un 30 % en
latitudes altas
60º N
Berger (1991)
Efectos combinados más próximos
•Hace unos 10 mil años
•Hace unos 23 mil años
Solsticio de verano en el Oblicuidad cerca del
perihelio y oblicuidad mínimo y solsticio de
grande
verano en el afelio
Temperatura
media, Los hielos crecían hacia
como mucho, 1 ºC el último máximo glacial
superior a la actual