Cambio climático: bases físicas y escenarios Pablo Imbach PCCC 2013 - CATIE

Contexto

Bases del CC y escenarios Cambio climático Clima, cambio climático y forzamientos Gases de efecto invernadero y su evolución Escenarios de CC sobre la superficie terrestre CAM SAM

Clima y tiempo Clima Cambio climático Promedio del tiempo en un período (30 años, WMO) Descripción estadística de la media y su variabilidad Cambio climático Cambios la media o variabilidad del clima de manera persistente en el tiempo (p.e. décadas) Atribuído directa o indirectamente a las actividades humandas Variabilidad climática Variaciones en el promedio u otras estadísticas (p.e. desv. est., extremos) del clima Se debe a procesos internos dentro del sistema climático o variaciones en forzamientos externos naturales o antropogénicos

¿Cómo puede cambiar el clima? AR5-Draft

Forzamiento radiativo Cambio neto entre la radiación incidente y saliente de la tierra en la tropopausa Wm-2 Debido a un factor externo como cambios en las concentraciones de CO2 o energia solar Se mide relativo al año 1750 Valor anual promedio Se usa para comparar las fuentes naturales o antropogénicas del CC Se relaciona linealmente con el cambio en la temperatura global promedio en la superficie nubes y fenómenos del tiempo http://www.espere.net/Germany/water/delayersde.html

Clima terrestre y forzamientos El motor del clima es la radiación solar (Rs) El balance de radiación se puede modificar: Cambios en la fracción de la radiación reflejada albedo = f(nubes, cobertura del suelo, partículas en la atmósfera) Cambios en la radiación entrante del sol Cambios en la radiación de onda larga debido a cambios en GEI AR5-draft

Albedo & Aerosoles Fisher et al., 2008 ECOCLIMAP

Radiación solar Las variaciones en la actividad solar (manchas solares) sigue ciclos de 11 años Estos ciclos corresponden con cambios en el forzamiento radiativo de 0.2 W/m2 Esto produce cambios de algunas décimas de grado en la temperatura media global El forzamiento radiativo antropogénico es likely que sea al menos cinco veces mayor que el debido a cambios en la radiación (AR4) www.gcrio.org www.gcrio.org

Efecto Invernadero El balance anual neto energético es cero La atmosfera y la tierra absorben 240 W/m2 de la onda corta entrante y emiten lo mismo en onda larga Una parte de la energía de onda larga que emite la tierra es absorbida por la atmósfera e irradiada de nuevo hacia la tierra Los gases de efecto invernadero en la atmósfera son los causantes de este efecto (1982-2001)

Albedo: “Retroalimentación” Positivos o negativos según su efecto en el cambio del forzamiento climático Retroalimentación hielo-albedo: calentamiento derrite nieve y glaciares -> disminuye el albedo -> aumenta el calentamiento -> Obs Mod

GEI y forzamiento radiativo Patrón espacial de los forzamientos (naturales y antropogénicos) entre 1860 y 2000 (ch2p209) El FR se estima en +1.6[-1.0,+0.8] Wm-2 - (+- 90% int. conf.) GEI de vida larga: CO2, CH4, N2O, halocarbonos (C+halógenos (Cl, Fl, Br, I)) y hexaflururo (SF6) han contribuido con un FR +2.63[±0.26] Gases más abundantes en la atmósfera: Oxígeno y Nitrógeno GEI más importantes: Agua y Dióxido de Carbono Nubes: tienen un efecto refrigerante (reflexión > absorción) GFDL CM 2.1 MIROC+SPRINTARS -Efecto directo de aerosoles - Aerosoles + albedo de nubes

Forzamiento radiativo Pedroni, L.

Potencial de calentamiento

Forzamiento radiativo Timescale: tiempo que duraría el efecto si las emisiones se detuvieran

Fuentes de emisiones de GEI 2000/05 Si el 100% queda en la atmósfera 1990 2002 60% atmósfera 40% plantas y océano Airborne fraction Natural Humano

Forzamiento radiativo:20 y 100 años

Tendencia actual Crecimiento anual promedio CO2: 90s: 3.2±0.1 GtC yr-1 2000-2005: 4.1±0.1 GtC yr-1 Emisiones anuales CO2 por quema de combustibles y producción de cemento: 90s: 6.4±0.4 GtC yr-1 2000-2005: 7.2±0.3 GtC yr-1 Remoción de la atmósfera en diferentes escalas de tiempo: 50% del aumento será removido en 30 años 30% en unas pocos siglos 20% varios miles de años

Emisiones: cambio de uso del suelo

Cambios recientes

Concentraciones históricas (600k yr) Interglaciales calientes Proxy de Temp. Proxy de Hielo

Concentraciones históricas y FR (20k yr)

Dióxido de Carbono-CO2 (2k yr) +100ppm (36%) 1750-1970: 50ppm 1970-2000: 50ppm

Metano-CH4 No se conocen las causas de la estabilización - “likely” que la estabilización de emisiones se deba a un equilibrio de la atmósfera en un período de emisiones totales constantes Fuentes - Naturales: humedales, arroz, rumiantes y quema de biomasa - Antropogénicas: minería de combustibles fósiles y su distribución Este equilibrio se podría cambiar con aumentos en las liberaciones de metano de humedales en climas más calientes y húmedos y disminuciones en zonas más cálidas y secas No se esperan cambios en las concentraciones de OH (elimina metano de la atmósfera) debido a compensaciones por cambios en otros gases Annual mean Seasonal ∆

N2O & Halocarbonos Fuentes de N2O: Agricultura (fertilizantes -> NO2), combustión de biomasa y océanos Zonas costeras de surgencia Estuarios y ríos Industrias (p.e. nylon) Fuentes de Halocarbonos: Industrias: refrigerantes

Aerosoles Tipos: Efectos: Sulfatos: combustibles (72%) , quema de biomasa (2%), volcanes (7%) y fitoplancton (19%) Carbono orgánico y negro: quema de combustibles fósiles y biomásicos Polvos minerales: prácticas agrícolas (cosecha, labranza, sobrepastoreo), cambios en las superficies de agua (Mar Aral y Caspio) y prácticas industriales (cemento) Efectos: Directos: dispersan y/o absorben radiacion de onda corta y larga Indirectos: modifican las propiedades físicas de las nubes y por lo tanto las propiedades radiativas, cantidad y vida de las nubes Indirectos: efectividad como núcleo de condensación, tamaño de las gotas, altura

Aerosoles CDNC: cloud droplet number concentration LWC: liquid water content

Mediciones de GEI

Paleo-clima: métodos Paleobotánica: comparación de composición de especies y taxones conocidos en climas actuales con fósiles. Pólen fósil permite detectar cambios de hasta 1.5 C. Geoquímica: isótopos en fósiles, por ejemplo isótopos de oxígeno en corales permiten conocer cambios mensuales en salinidad y temperatura Dendroclimatología: records más cortos de hasta varios miles de años Records escritos (p.e. En China) Ubicación de glaciares y dunas Muestras de hielo en Antártida: hasta 1 millón de años Sedimentos en lagos y océanos

Forzamiento radiativo por sector Cooling (aerosols): biomass burning & industry power compensates w/CO2 shipping has positive net effect Warming: On-road (largest net) Animal husbandry & waste/landfills are the largest warming activities in the near term At 2100: LLGHG become important: power & industry become strongly warming activities biomas burning becomes netural Household fossil fuel & industry: same net effect Unger et al., 2010

Efectos globales: temperatura Ar4 wg1 ch3

Magnitud vs. Tasa de cambio Human induced Lovejoy y Hannah, 2005

Muchas Gracias!! pimbach@catie.ac.cr