PREDICCIONES DE LA
RADIACIÓN SOLAR TOTAL
PARA LOS PRÓXIMOS CIEN
AÑOS
Blanca Mendoza
Instituto de Geofísica
Universidad Nacional Autónoma de
México
Congreso Nacional de Investigación en Cambio Climático, 17-21 de octubre 2011.
ORGANIZACIÓN
1. Introducción
2. Forzamiento Radiativo y Señal Solar en la Atmósfera
3. ¿¿¿ Un Posible Mínimo de Actividad Solar en el
Siglo 21 ???
4. Conclusiones
1. INTRODUCCIÓN
El Sol es la fuente de energía del
sistema climático terrestre
Es el ÚNICO forzador externo continuo
de largo plazo
La radiación es el fenómeno solar que
se ha detectado por más largo plazo,
después de las manchas solares y la
forma de la corona solar durante los
eclipses.
La radiación solar se debe medir (Herschel, 1807)
Claude Pouillet (1838) publicó la primera medición de la
radiación solar:
1230 W/m²
TIM/SORCE
1360.8 ± W/m² para 2008
(10% de diferencia)
(Kopp and Lean, 2011).
CAUSAS DE LA VARIACIÓN DE LA RADIACIÓN QUE LLEGA A
LA TIERRA
-Variación
de los
parámetros orbitales
(excentricidad de la
órbita, inclinación del
eje de rotación,
precesión)
- Cambios en el albedo
(debidos por ejemplo a
variaciones en
nubosidad,
composición
atmosférica y cambios
en la distribución de
tierras y mares)
- Variaciones
intrínsecas de la
radiación solar
Antes de la era satelital: cambios de la radiación solar eran difíciles de
detectar por observatorios en tierra por desconocimiento de la
absorción atmosférica e impresición de las mediciones:
La constante solar
Las mediciones satelitales de la Radiación Solar Total (RST) empezaron
con el NIMBUS-7 lanzado en Noviembre 1978
Variaciones intrínsecas de la RST
•
Cambios en el diámetro solar
(millones de años, calculados)
•
Cambios en la intensidad de la
convección (en plazos mayores
a decenas de años ¿centenas?,
calculados, no observados
todavía)
•
Cambios fotosféricos de la
temperatura (decenas de años,
calculados
•
Cambios en la distribución
e intensidad del campo
magnético emergente en
la superficie (observados)
Escala Temporal de las Variaciones Observadas de la RST debidas a
estructuras magnéticas superficiales
Variaciones de
minutos:
oscilaciones solares
Variaciones de
días a meses:
regiones magnéticas
activas
-Manchas solares
en fotosfera
-fáculas en
fotosfera
Variaciones a lo largo
del ciclo solar :
-Manchas y fáculas
(fotosfera)
-Playas y red (cromosfera
y RT)
- ¿Cambios en
temperatura fotosférica ?
La mayoría de las reconstrucciones de la RST: todos los cambios
son debidos a las variaciones de brillantez producidas por
cambios de las estructuras magnéticas superficiales
Las reconstrucciones de corto plazo han sido exitosas
Las de largo plazo presentan las mayores incertidumbres
2. FORZAMIENTO RADIATIVO Y
SEÑAL SOLAR EN LA ATMÓSFERA
Forzamiento Producido por la RST
(cambio de la RST dividido por 4, geometría, y multiplicado por 0.7, albedo)
Entre máximo y mínimo del ciclo solar (CS): 0.17 W/m²
Periodo instrumental 1986-2008 (mínimos): - 0.05 W/m²
Del mínimo de Maunder al presente: 0.23 w/m²
(Fröhlich, 2006) PMOD
(Fröhlich, 2009) PMOD
(Krivova et al.,2010)
TSI (W/m²)
(0.16-0.28 W/m²)
Moderno
Dalton
Maunder
Impacto de la RST en la superficie
ΔTs = λ F
Ts = promedio de la temperatura superficial global
F = forzamiento
λ = parámetro de sensitividad climática
λ = 0.5 K /(W/m²)
(para el siglo 20th, IPCC 2007)
CS
F = 0.17 W/m²
min CS 21 – min SC 23 F = -0.05 W/m²
1900-presente
F = 0.09 W/m²
Antropogénico
F = 1.6 W/m²
ΔTs = 0.08 K
ΔTs = - 0.03 K
ΔTs = 0.05 K
ΔTs = 0.8 K
(Hofmann et al., 2008)
ΔTs (1900 y 2005) ~ 0.9 K
Pero, regionalmente se observan forzamientos mucho mayores:
Subtrópicos
(Cubasch et al., 2006)
F ~ 1 W/m²
Señal solar en algunos parámetros atmosféricos
Temperaturas
mayores en MS
en:
- alta estratosfera
tropical
- Baja
estratosfera
tropical y
subtropical
- Troposfera
subtropical
Vientos en MS:
-más fuertes en la
baja mesosfera
tropical y
subtropical y la alta
estratosfera
-más débiles en la
troposfera.
(Frame and Gray, 2010)
Diferencia
annual
promedio
MS-mS
Señales solares en
fenómenos de
circulación de gran
escala
-
Celda de Hadley
(Gleisner and Thejll,
2003; Haigh et al.,
2005):
más
vigorosa
y
ancha
durante
el máximo solar
Circulación
Walker (e.g. Meehl et
al.,
2008):
más
vigorosa
en
el
máximo
NAO
32 años,
Be10
11 yrs
24 yrs
80 yrs
- AMO, NAO, SOI,
etc. (e.g. Barriopedro
et al., 2008; Lee et al.,
2008;
Velasco
and
Mendoza,
2008):
periodicidades que
coinciden con las
solares
Velasco and
Mendoza, 2008
3. ¿¿¿ Un Posible Mínimo de Actividad
Solar en el Siglo 21 ???
La actividad solar
en el ciclo 23
mostró un
decremento sin
precedentes en la
era instrumental
Feynman and Ruzmaikin, 2011
Estudios del
comportamiento a
largo plazo de la
actividad solar en el
siglo pasado
muestran un pico y
luego un declive en
varias de sus
manifestaciones.
De acuerdo a estos
estudios el máximo
moderno ya acabó o
acabará en los
próximos años
(Lockwood et al., 2009;
Russell et al., 2010)
Para el ciclo solar 24 el máximo de manchas solares: 90, y ocurrirá en
(http://www.swpc.noaa.gov/SolarCycle/SC24/index.html).
Anomalía de Temperatura para el HN, ciclos solares 24 y 25 (Mendoza et al., 2010)
I CO2
II Alta actividad solar
: CO2 + RST (máximo número de manchas como el ciclo 23)
III Alta
: CO2 + RST + NB (RST)
IV Baja
: CO2 + TSI (máximo número de manchas = 90)
V Baja
: CO2 + RST + NB (RST)
Área gris: Superposición de varios
escenarios (A1) para emisiones
ALTAS de CO2 (IPCC 2007).
2013
I CO2
II Alta actividad solar
: CO2 + RST (máximo número de manchas como el ciclo 23)
III Alta
: CO2 + RST + NB (RST)
IV Baja
: CO2 + TSI (máximo número de manchas = 90)
V Baja
: CO2 + RST + NB (RST)
Área gris: Superposición de varios
escenarios (A1) para emisiones
BAJAS de CO2 (IPCC 2007). En
2024, para ALTA actividad solar
(Curva III) 25% menos que Curva 1.
Para BAJA actividad solar (Curva V)
44% menos que Curva 1
Usando la reconstrucción de Krivova et al. (2010):
Mínimo del siglo 21 ~2003 -2064 , ~ del CS 23 al 28
FR: máximo Moderno (1941-2003) – mínimo siglo 21~ - 0.1 W/m²
Entre el mínimo de Dalton y el Moderno
TOTAL SOLAR IRRADIANCE (W/m²)
(Velasco, Mendoza and Velasco, 2011)
Moderno
Siglo 21
Dalton
↑
Maunder
Fase más profunda~ 2034 (~CS 25)
↑
4. CONCLUSIONES
-
Mediciones de diversos parámetros de la actividad solar
muestran que el ciclo solar 23 tiene un declive sin
precedentes en el último siglo
-
Hay estimaciones de que la actividad solar iniciará un
mínimo secular
- Modelos de la RST indican que un mínimo tipo
mínimo de Dalton o Moderno podría ya haber
empezado y durará del ~2003 al 2063
Este mínimo puede tener un impacto en el clima
terrestre
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RELACIONES SOL