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Prácticas de Meteorología y Climatología
PRÁCTICA 1: MODELOS CLIMÁTICOS: CALENTAMIENTO GLOBAL
Introducción
El estudio de los efectos que un incremento de las emisiones de gases de efecto invernadero
tendrán sobre el clima (aumento de temperatura, del nivel del mar, de la concentración de contaminantes,
etc.) se suelen evaluar por medio de modelos matemáticos del clima programados en grandes
ordenadores. El manejo de dichos modelos es muy complejo y requiere ordenadores muy potentes. Sin
embargo, uno de los centros más prestigiosos en investigación sobre el cambio climático, el Climatic
Research Unit (http://www.cru.uea.ac.uk/) ha desarrollado durante los últimos años una herramienta que
permite experimentar con los diferentes escenarios de emisiones de manera sencilla: los programas
MAGICC y SCENGEN, que se encuentran instalados en los ordenadores del aula de informática. Si se
desea información completa sobre el modelo y el programa se puede obtener en la dirección:
http://www.cru.uea.ac.uk/~mikeh/software/
Figura 1
El programa MAGICC utiliza un modelo
que simula el comportamiento del sistema acoplado
tierra-atmósfera esquematizado en la figura 1.
Considera cuatro subsistemas, atmósfera, capa de
mezcla oceánica, océano profundo y superficie
continental. En el modelo matemático se incluyen
seis ciclos de gases de efecto invernadero (CO2,
CH4, N2O, O3 troposférico, CFCs y partículas en
suspensión). El programa permite especificar las
emisiones previstas de los diferentes gases de efecto
invernadero durante los próximos años (escenario
de emisiones) y tras ejecutar el programa,
obtendremos el cambio esperado de la temperatura
y el nivel del mar globales.
Con el programa MAGICC, podemos
calcular el incremento global de temperatura bajo
diferentes escenarios de emisiones. Sin embargo,
sólo obtendremos un único número para
caracterizar a todo el mundo. ¿Cuáles serán las
diferencias entre distintas regiones? ¿Cómo afectara
ese incremento de temperatura a precipitaciones,
vientos, nubosidad, etc.?
Para esta labor, utilizaremos el programa SCENGEN, que parte del incremento de temperatura
calculado por MAGICC y estima los cambios en varias variables climáticas sobre distintas regiones del
mundo. Es decir, regionaliza los efectos del cambio climático.
Funcionamiento
MAGICC
del
programa
Pulsar dos veces el icono
en el escritorio,
se abrirá una ventana como la de la Figura 2. El
programa se maneja por medio de las opciones
en la barra de tareas.
File
En esta opción sólo encontramos
EXIT, para salir del programa (¡y perder los
resultados que hayamos obtenido!)
Figura 2
1
Edit
Podemos encontrar las tres opciones siguientes:
a. Emission scenarios
Los escenarios de emisiones son proyecciones, más o menos realistas de las emisiones futuras de
diversos agentes contaminantes importantes en el clima. MAGICC incorpora por defecto algunos
escenarios que se han venido usando en las conferencias mundiales sobre cambio global.
Al pulsar sobre esta opción, se abre una ventana que permite utilizar simultáneamente dos escenarios
de emisiones con el fin de comparar sus resultados directamente, un escenario de referencia (reference) y
un escenario con una determinada política de restricciones que queramos comparar (policy). Podemos
seleccionar entre una lista bastante abundante, tres de los escenarios que se suelen utilizar son1:
−
−
−
IS92a. Se denomina “business as usual”. En dicho escenario se supone que las políticas de
reducción de emisiones a lo largo del siglo XXI son las acordadas y en funcionamiento desde
1992. No se contemplan nuevas políticas de reducción en el futuro.
IS92c. Es el “lowest emission scenario”. Es un escenario optimista. Supone que, a lo largo del
siglo XXI se adoptan nuevas políticas de reducción, con incrementos de las energías nuclear y
renovables. También supone que el crecimiento de la población mundial se estabiliza, e incluso
desciende a partir de la mitad del siglo XXI.
IS92e. Es un escenario pesimista, incorpora las emisiones más altas de CO2 proyectadas dentro
de un escenario realista.
Generación de un escenario personalizado:
El programa permite generar un escenario con las emisiones que deseemos. El procedimiento
consiste en editar uno de los escenarios disponibles y cambiar los valores en la tabla que se presenta. Para
no cambiar los escenarios preestablecidos y que estén disponibles para otros grupos de prácticas, se debe
hacer antes una copia del escenario que se desee modificar y únicamente trabajar sobre esa copia.
Ejemplo: Modificación del escenario IS92a:
Dentro de la ventana “EMISSION SCENARIOS” seleccionar el IS92a, pulsar en
“COPY”, se abrirá una ventana que nos pregunta qué nombre queremos darle a la copia,
introducir el deseado (por ejemplo, “practica grupo T3” y pulsar OK. Para modificar esa copia
de trabajo, seleccionarla en la lista y pulsar EDIT, se abrirá la ventana con los valores de
emisiones tabulados, modificar los que se desee y cuando se termina grabar los cambios con
SAVE. Para hacer funcionar ese modelo, seleccionarlo como modelo “policy” o “reference”,
según se desee.
b. Model parameters
Todos los modelos climáticos poseen una serie de ecuaciones de predicción de las que depende el
resultado. En dichas ecuaciones, hay que especificar algunos parámetros (constantes). En ocasiones
interesa probar el modelo cambiando esas constantes. MAGICC permite modificar cuatro de ellas:
−
−
−
Dn80s: Es la estimación de la emisión neta de CO2 desde el suelo (debidos a la vegetación). Es
un parámetro que posee gran incertidumbre. La mejor estimación actual es una emisión de 1.1
Giga toneladas (el valor que aparece por defecto), aunque se estima que su valor puede variar
entre 0.4 y 1.8 Gt.
Aerosol Forcing: Cuantifica el efecto de los aerosoles (partículas en suspensión) sobre el
equilibro radiativo del planeta. Se pueden modificar dos valores, el forzamiento debido a la
reflexión directa de la luz en la superficie de las partículas (la que aparece como DIRECT, que
por defecto se estima en -0.3 W/m2) o a procesos indirectos, como la modificación en la
dinámica de las nubes (INDIRECT, se estima actualmente en -0.8W/m2). Observar que ambos
efectos contribuyen a un enfriamiento de la atmósfera (signo negativo).
Sensibilidad climática: Es un parámetro que especifica el aumento de temperatura que se
experimentaría al duplicar la concentración de CO2. Las mejores estimaciones lo sitúan entre 0.5
y 5.5ºC, el modelo por defecto lo estima en 2.5ºC.
1
Se puede encontrar más información sobre escenarios de emisiones en la dirección del Panel
Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC): http://www.ipcc.ch/index.htm
2
c. Output Years
Permite cambiar el año al cual se referencian todas las medidas (por defecto 1990, es decir, todas
las variaciones se expresarán como cambios respecto a los valores de 1990) y el intervalo de años para el
que queremos los resultados (por defecto entre 1990 y 2100).
RUN
Con esta opción, pondremos el modelo en marcha con los escenarios de emisiones y parámetros
especificados anteriormente. El programa tarda unos segundos en ejecutarse.
VIEW:
En esta opción podemos ver en formato gráfico o en tablas, todos los resultados del modelo,
incluyendo los escenarios de emisiones, las previsiones de incremento de temperatura, etc.
El programa permite representar simultáneamente la mejor estimación que da el modelo para el
escenario de referencia (REFERENCE BEST) la correspondiente a la de política de emisiones adoptada
(POLICY BEST), y sus rangos de incertidumbre (RANGE). En los gráficos anteriores siempre se usan los
parámetros (Dn80, forzamiento aerosoles y sensibilidad climática) por defecto. En algunos gráficos tienes
una opción “REF USER” y “REF BEST”, con estas opciones se representan el escenario de emisión de
referencia y el político respectivamente con los parámetros definidos por el usuario en la sección
“MODEL PARAMETERS”.
Ejemplo: Si ejecutamos MAGICC con todos los parámetros por defecto y representamos la
evolución esperada de concentraciones de CO2 obtendremos el gráfico de la figura 3.
Figura 3
Funcionamiento del programa SCENGEN
El programa MAGICC, resume en un solo número (el incremento de la temperatura global2) el
efecto del cambio climático. Con el programa SCENGEN, podemos regionalizar el efecto del incremento
de temperatura y estimar el efecto que tendrá sobre otras variables (como viento, precipitación, etc.).
Sólo se puede ejecutar SCENGEN a partir de MAGICC, tras haber ejecutado al menos un
modelo. En el programa MAGICC se selecciona la opción SCENGEN, al hacerlo se abre una nueva
ventana de presentación, se pulsa OK y aparece la pantalla de SCENGEN (figura 4)
2
En realidad también estima el incremento en el nivel del mar, pero este último es una consecuencia del
calentamiento global.
3
Figura 4
En la parte superior de la pantalla aparecen varias opciones:
CLIM SEN:
Determina la sensibilidad climática que se aplicará en la regionalización. Es, como en el caso de
MAGICC, un parámetro del modelo. Podemos seleccionar entre HIGH, MID y LOW (respectivamente un
valor por encima, centrado o por debajo de la mejor estimación que da el IPCC) Con la opción USER, se
puede seleccionar el valor personalizado que se haya introducido en el parámetro correspondiente de
MAGICC (en Edit, Model Parameters, Climate Sensitivity de MAGICC). Esta última opción sólo podrá
seleccionarse en el caso de que se haya introducido en MAGICC un parámetro de sensibilidad climática
diferente al que aparece por defecto.
MAGICC PARAMETERS:
Permite seleccionar entre el conjunto de parámetros por defecto, o los definidos por el usuario en
la sección correspondiente de MAGICC. Si se selecciona la sensibilidad climática “USER” descrita en el
punto anterior, no puede seleccionarse la opción DEFAULT en esta.
SCENARIO:
Permite definir el escenario a regionalizar entre el de referencia (IS92a en la figura 4) o el
definido por el usuario. Solo se puede permutar entre estos dos escenarios en SCENGEN. En esta sección
también se puede especificar el periodo sobre el cual se calcularan las variaciones (es posible elegir entre
el periodo 1961-90 o los años 1990 ó 2000). En principio, tiene más sentido hacerlo sobre el periodo de
30 años 1961-90, las otras dos opciones se han incluido a efectos de comparación con los resultados que
suele publicar el IPCC. Si en esta opción seleccionamos 1961-90, significa que si obtenemos para el 2100
un incremento de temperatura de 2º en España, la temperatura será 2ºC más alta en el 2100 que la
temperatura promedio observada entre 1961-1990.
INTERVAL
Permite seleccionar el intervalo climático de 30 años para el cual se desean los resultados.
SCENGEN calcula las variaciones medias esperadas en periodos de 30 años. En el ejemplo de la figura 4,
el periodo para el que se calcularán los resultados es el 2036-2065 (30 años).
VARIABLE
Hay tres sub-opciones, de arriba abajo (figura 4) son:
1. Change-Actual: Permite obtener bien el cambio de la variable que se desee sobre el periodo de
referencia (change) o bien el valor absoluto de la variable (actual). Normalmente interesa el
cambio de la variable.
4
2.
3.
Selección de variable (Temp en la figura 4): Permite seleccionar la variable sobre la que se
calculará el efecto del calentamiento global3.
Anual o estacional (Annual en la figura 4). Permite calcular el cambio de la variable
seleccionada bien en promedio anual o solo para un mes o estación determinados.
CGMs
Si se pulsa sobre el botón “Select CGMs” se abre una ventana en la que podremos seleccionar el
modelo de circulación general (Circulation General Model) que queramos usar en la regionalización.
SCENGEN usa una base de datos con los resultados de modelos climáticos desarrollados por varios
centros de investigación, en esta sección podemos seleccionar el modelo que deseemos, en general cada
modelo da resultados ligeramente diferentes de los demás. Una forma de controlar la incertidumbre que
origina la elección de modelo consiste en seleccionar unos cuantos y calcular el promedio, en esta ventana
podremos seleccionar uno, varios o incluso todos los modelos, el resultado será el promedio de los
modelos seleccionados.
Ejemplo: Ejecución de SCENGEN
Los cuatro botones de la parte superior derecha (figura 4) permiten ejecutar el modelo
para la región que deseemos y guardar los resultados obtenidos.
−
−
−
−
Select region: Selecciona el área donde obtendremos los resultados
View Map: Presenta los resultados del modelo de regionalización con todas las opciones
que se hayan seleccionado.
Save Data: Graba los resultados en un fichero de datos (en general no es necesario).
Save Image: graba la imagen con los resultados (no es necesario).
Si ejecutamos MAGICC con todos los parámetros por defecto (es decir, tras arrancarlo
únicamente pulsar en RUN para que se ejecute el modelo) y a continuación ejecutamos
SCENGEN con todos los parámetros también por defecto, excepto que seleccionamos la región
europea) obtenemos la figura 5.
Figura 5
Observa como el incremento de temperatura es diferente para cada región en este caso
concreto.
3
El número de variables que aparecen en esta lista depende del modelo de circulación general (CGM) que
se seleccione con el botón “Select CGMs”
5
Puedes obtener el valor numérico exacto del cambio esperado en cara región colocando
el cursor sobre el área que interese. En la figura 5 se ha colocado el cursor aproximadamente
sobre Sevilla, el valor del incremento de temperatura para el periodo 2036-2065 en esa zona
aparece en el título del mapa, como un incremento de 1.2ºC (sobre la temperatura media del
periodo 1961-90) con un rango de confianza entre 0.7 y 2ºC.
Si se desea probar otro modelo, periodo o parámetros en SCENGEN, se pueden realizar
sobre esa misma pantalla los cambios, pulsando de nuevo sobre el botón View Map para obtener
los resultados.
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