Universidad de La Laguna, 9 de mayo de 2008
Fundamentos científicos del Cambio
Climático:
certezas y límites del conocimiento
Luis Balairón (*)
(*)Director Programa Análisis Cambio Climático
Agencia Estatal de Meteorología
(*)Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (1989-2003)
[email protected]
Oct-15
Cambio Climático-L.Balairón
1
Introducción:
Oct-15
Cambio Climático-L.Balairón
2
En los últimos 250 años, hemos
realizado un experimento
involuntario con nuestro planeta
¿Pueden cambiar el clima las
actividades humanas?
Oct-15
Cambio Climático-L.Balairón
3
El cambio climático: Resultado del “experimento
involuntario” de emitir gases de invernadero
HOY
Oct-15
Cambio Climático-L.Balairón
4
Calentamiento observado: ¿en qué proporción es
natural y en qué proporción inducido?
Cambio de temperatura (°C)
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
Likely range of
Natural variability
1860-1995
0.1
0.0
-0.1
-0.2
1860
1880
1900
1920
1940
1960
1980
2000
Year
Hadley Centre for Climate Prediction and Research
Oct-15
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5
El IPCC de Naciones Unidas: Creado en
1988
• Grupo de trabajo I
– Ciencia del clima (consenso de los años 80)
• Grupo de trabajo II
– Impactos (riesgos, vulnerabilidad, adaptabilidad)
• Grupo de trabajo III
– Estrategias de respuesta (mitigación, adaptación)
• Grupos especiales (task force)
– Escenarios climáticos
– Inventarios de emisiones de gases de invernadero
– Informes especiales para la Convención Marco C.C.
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El problema de la “referencia” científica
El IPCC (*) se crea en 1988 en el seno
de Naciones Unidas
Otras fuentes
• Centros de Investigación del CC
• Informes nacionales con prestigio
• Informes internacionales regionales/UE
• Publicaciones científicas reconocidas
(*)IPCC: Intergovernmental Panel on
Climate Change
(Grupo Intergubernamental de expertos
sobre Cambio Climático)
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7
Efecto natural de invernadero en 3
planetas
http://www.ucar.edu/learn/1_1_2_1t.htm
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8
Elementos clave
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•
EL CLIMA OBSERVADO
•
LOS CAMBIOS DE CLIMA:
•
ESCENARIOS CLIMÁTICOS: Modelos y teoria del clima
– Todo cambio climático se debe a desequilibrios en el balance
de radiación
– No son predicciones
– El clima final lo determinan las “retroalimentaciones” del
sistema
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TECNICAS PARA
CONOCER EL CLIMA
EN EL PASADO
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10
Informe IPCC.2007: El cambio observado reciente
Fuente:
IPCC.2007
Oct-15
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11
Calentamiento mundial del aire en superficie
observado en los últimos 150 años
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13
Informe IPCC.2007: El cambio observado reciente
Oct-15
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14
IPCC.4AR: Evolución de las anomalías de la extensión
de hielos marinos 1979-2005
ÁRTICOS
ANTÁRTICOS
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El cambio observado reciente
West Antarctic Ice Sheet
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Greenland Ice Sheet
J. Schellnhuber
EuroScience Open Fourm16
2004
Dos enfoques complementarios
• Detección estadística en las observaciones
– Conocimiento del pasado: empirismo
• Identificación de la señal y atribución del
cambio a partir de modelos del clima
– Construcción de una teoría del clima
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17
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Cambio Climático-L.Balairón
18
TECNICAS PARA CONOCER EL CLIMA EN EL PASADO
•Examen de pólenes fósiles: Palinología
•Examen de los anillos
de los árboles:
Dendrocronología
•Testigos de hielo
procedentes de los
glaciares y escudos de
hielo polar: Más de 2000 m
de profundidad
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Cambio Climático-L.Balairón
19
Concentraciones de CO2 y cambios de temperatura en la
atmósfera durante los últimos 400 años
Oct-15
Cambio Climático-L.Balairón
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Ciclo del Carbono alterado por la acción humana
Causa de la intensificación
del efecto de invernadero
Depósitos: 109 Tm C
Flujos: 109 Tm C/año
Atmósfera
3.3
60
750
6.3
Deforestación
1.6
Emisiones
c. fósiles
92.3
90
Plantas
Depósitos fósiles
Estimados
Aprox.
16,000
62.3
Océanos
39,000
500
Suelos
2000
Los océanos y la vegetación terrestre
acumulan hasta 4,6 109 Toneladas de C al año
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Cambio Climático-L.Balairón
21
PARÁMETROS ORBITALES DE MILANKOVITCH: Justifican la
alternancia en el cuaternario de las glaciaciones e interglaciaciones
EXCENTRICIDAD: 100.000 años
INCLINACIÓN: 40.000 años
PRECESIÓN: 20.000 años
(Actualización de Berger, 1987)
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22
El clima del pasado: Concentraciones de CO2 y
cambios de temperatura desde hace 400.000 años
Media 1961-90
Insolación según parámetros de Milankovitch
Fuente: UNEP –IPCC (Petit-Jouzel)
Oct-15
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23
Fuente:
IPCC.
Concentraciones de CO2 atmósferico en distintas
escalas de tiempo (ppm-v)
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Elementos clave
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•
EL CLIMA OBSERVADO
•
LOS CAMBIOS DE CLIMA:
•
ESCENARIOS CLIMÁTICOS: Modelos y teoria del clima
– Todo cambio climático se debe a desequilibrios en el balance
de radiación
– No son predicciones
– El clima final lo determinan las “retroalimentaciones” del
sistema
Cambio Climático-L.Balairón
25
Forzamientos radiativos: alteraciones del flujo neto
de radiación, medido en la tropopausa (W/m2)
RADIACION SOLAR
RECIBIDA (340 W/m2)
RADIACION TERRESTRE
EMITIDA (240 W/m2)
La Tierra
RADIACION SOLAR
REFLEJADA (100 W/m2)
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Cambio Climático-L.Balairón
26
Eficacia actual del efecto natural
de invernadero en La Tierra: +33ºC
Ts:T aire en superficie
= 288 K = 15º C
Te: T efectiva atmósfera
= 255 K = -18ºC
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27
Fuente:
IPCC.
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Cambio Climático-L.Balairón
28
Las causas de los cambios de clima
• Causas internas:
• Causas externas:
– Variaciones en los
parámetros
orbitales (ciclos de
Milankovitch)
– Variaciones en la
irradiancia solar
(ciclos solares)
– Meteoritos
(presencia de
aerosoles)
– Vulcanismo
– Aerosoles de origen diverso:
• Naturales no volcánicos
• Producidos por la actividad
humana
– Cambios en la concentración de
gases de “efecto invernadero”:
• Origen natural
• Producidos por la actividad
humana
– Cambios en la superficie
terrestre:
• Desertización / Desertificación
• Deforestación
• Cambios de albedo
– Origen natural
– Cambios en Usos del suelo
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29
Fuente:
Propia
Datos IPCC
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30
Ejemplo de balance anual de forzamientos
Modelo IMAGE2 (IIASA-Alcamo, Austria)
Oct-15
Cambio Climático-L.Balairón
31
Fundamento de los acuerdos internacionales: El
forzamiento del CO2 domina al resto de los forzamientos con el
paso del tiempo
Oct-15
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32
Las desequilibrios antropogénicos son dominantes:
Forzamientos radiativos actualizados en IPCC.07
Fuente:
IPCC.2007
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33
¿Cómo se obtienen los
escenarios de clima futuro?
EMISIONES
Ciclos
biogeoquímicos
CONCENTRACIONES
Balance planetario
de radiación
Modelos del
Sistema climático
Demografía
FORZAMIENTOS
Desarrollo
Energía
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Fuente: LBR
Impactos CLIMA FUTURO
climáticos
Cambio Climático-L.Balairón
34
Incertidumbres en los escenarios de emisiones
Ejemplificación de algunas características de las incertidumbres en los escenarios de emisiones
a través de las emisiones mundiales de CO2 entre 1990 y 2100:
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Cambio Climático-L.Balairón
35
Emisiones anuales totales de CO2 procedentes de todas las fuentes (energía,
industria y cambio en el uso de tierras) entre 1990 y 2100 (en GtC/año)
Fuente: IPCC.
Oct-15
Cambio Climático-L.Balairón
36
invernadero con
tiempos de residencia
largos
Oct-15
Cambio Climático-L.Balairón
Fuente: IPCC.
37
El Clima del siglo XXI:
“Cadena” de Escenarios hasta 2100:
Forzamientos:
Con aerosoles
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Cambio Climático-L.BalairónFuente: IPCC-2001
38
Fuente:
IPCC.
IPCC.2001: El clima global del siglo XXI
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39
Fuente:
IPCC.
La subida
del nivel
del global
mar:del
Escenarios
SRES
IPCC.2001:
El clima
siglo XXI
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Cambio Climático-L.Balairón Fuente: IPCC-2001
40
IPCC 2007 - 4AR wg1: Aumentos de la
temperatura y del nivel del mar para 2090-99
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Cambio Climático-L.Balairón
41
Cambios para 2100
• La temperatura en superficie puede crecer
entre 1,4 ºC y 5,8 ºC
• El nivel del mar puede crecer entre 9 cm y
88 cm
• Cambios en los patrones de precipitación
mundial y retroceso de los hielos
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Cambio Climático-L.Balairón
42
¿Son “buenos” los modelos?
¿Son “suficientemente buenos”
los modelos?
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Cambio Climático-L.Balairón
43
Sistema climático e incertidumbres
Fuente:
IPCC. 90 y
Peixoto-Oort
Sistema climático:
Atmósfera U Hidrosfera U Criosfera U Biosfera U Litosfera
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44
SClim=A+O+C+B+L
•
•
•
•
•
<< 100 años
100 –101
101-102
102 –103
>> 103
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SC = A
SC = A+O sup
SC = A+O
SC = A+O+C(+B)
SC = A+O+C+B+L
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46
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47
Fuentes: IPCC, Henderson, CSIRO
Jerarquía de modelos simples y complejos
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48
Sensibilidad climática y
“realimentaciones”
• Sensibilidad climática
– Sistema climático
– “Feedbacks” (realimentaciones)
Efecto de las realimentaciones
* Sin realimentaciones
1,2ºC
+ Vapor de agua
1,7ºC
+ Nieve-hielo
2,2ºC
+ Nubes
Oct-15
1,9ºC-5,2ºC
Cambio Climático-L.Balairón
49
Simulación con forzamientos reales hasta
2003 y con escenarios futuros hasta 2200
(GISS-NASA)
Hansen y otros,
2007
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50
Simulación con forzamientos reales hasta 2003 y con
escenarios futuros hasta 2200 (GISS-NASA)
2007
Hansen et al, 2007
Oct-15
Cambio Climático-L.Balairón
51
Conclusiones esenciales
El clima depende del balance radiativo global
El aumento de GEI en los últimos 200 años ha
alterado el balance algo más que todos los
factores naturales tomados conjuntamente:
recientemente y en el futuro será una
alteración creciente y dominante.
La Tierra responde, para adaptarse y mantener
estable la temperatura global, elevando su
temperatura en superficie y enfriandose en las
capas altas
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Cambio Climático-L.Balairón
52
Bibliografía

IPCC, 1990, 1995, 2001 y 2007: Informes de evaluación.
 Resúmenes: Disponibles en http://www.ipcc.ch

Henderson-Sellers, A. y MacGuffie, 1987 y reed.posteriores:
 Manual sobre Modelos climáticos. Ed.Omega
Balairon, L.,2006: El cambio climático
 en Revista del Instituto de Estudios Económicos nº3-4
(subtítulo: Interacciones entre los sistemas humanos y naturales)
Escenarios climáticos y Primer informe nacional
 AEMet y Ministerio de Medio Ambiente
 http://www.inm.es y http://www.mma.es
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de Impactos
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ESCENARIOS de
Clima futuro
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Cambio Climático-L.Balairón
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Fuente:
IPCC.
Resultados de modelos simples:
a)
Tmedia global para 6 SRES, con el modelo simple ajustado
con un conjunto de modelos complejos con un cierto rango
de sensibilidades. Se incluye IS92a para comparar: * La
sombra más oscura representa la envolvente para la respuesta
a 35 SRES (sensibilidad=2,8ºC). ** La sombra más clara es
la envolvente basada en las proyecciones de 7 modelos, con
un rango de sensibilidades (1,7-4,2ºC). Las barras muestran
el rango de resultados del modelo simple para el 2100, para
cada uno de los 6 escenarios SRES representativos, para los
7 ajustes de modelos AOGCM.
b) Igual que a) utilizando , también, forzamientos
antropogénicos históricos estimados.
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Cambio Climático-L.Balairón
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Resumen: Bases científicas
• El fundamento principal del cambio climático es que la magnitud del
forzamiento radiativo debido al aumento de GEI, es varias veces
superior al resto de los forzamientos causantes de cambio climático.
• El sistema climático y sus mecanismos de interacción determinan las
retroalimentaciones y los tiempos de residencia y en consecuencia la
sensibilidad del sistema para determinar la respuesta al forzamiento
combinado.
• Los tiempos de residencia de los gases en la atmósfera son
determinantes para establecer la relación entre las emisiones y las
concentraciones.
• Los escenarios climáticos dependen en primera instancia de los
escenarios de emisiones, establecidos a partir de hipótesis de evolución
muncial de población, energía y desarrollo económico.
• Los escenarios actuales se agrupan en cuatro familias y seis grupos
• A1FI-A1B-A1T, A2, B1 y B2
• La respuesta a esta gama de escenarios eleva la temperatura del aire en
superficie entre 1,5ºC y 5,8 ºC y el nivel del mar entre 9 cm y 88 cm,
para 2100
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Relación histórica y actual entre Desarrollo-Energía y
Gases E.Invernadero:
Aumento de
CONSUMOS
ENERGÉTICOS
DESARROLLO
SOCIOECONÓMICO
?
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Aumento de
EMISIONES
DE G.E.I.
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Temperatura de equilibrio
 R2. So.(1-A) = 4R2.Te4
Te = [So(1-A) / 4]1/4 = (S/)1/4
R: radio de la Tierra
A: albedo = 0,33
So: irradiación solar = 1367 w.m-2
S: flujo medio de radiacion absorbida por m2 = 240 w.m-2
: Cte. Stefan-Boltzmann
Te = 256 K
= -18ºC
So
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FORZAMIENTOS
RADIATIVOS
• Variación del flujo radiativo neto descendente
medido en la tropopausa en W.m-2
• En el equilibrio
• Energía recibida = 240 W.m-2 = En.Emitida
• Para una duplicación del dióxido de Carbono
• En.recibida =240 W.m-2
• En.emitida = 236 W.m-2 =>FR = 4 W.m-2
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