Clima Estacional a Escalas Regional y Local Parte I: Principales Procesos a Escala Global y Regional, Modelos y Predictibilidad Walter E. Baethgen Latin America and the Caribbean Regional Program IRI: International Research Institute for Climate and Society The Earth Institute Columbia University baethgen@iri.columbia.edu (Adaptado de N. Ward, IRI) http://ccnmtl.columbia.edu/projects/climate/ Gestión de Riesgos Climáticos en el Sector Agropecuario (IRI-INMET). Brasilia, Diciembre 2007

El Sistema Climático Procesos diferentes, a escalas diferentes (espacial y temporal)

Variabilidad Climática y Cambio Climático: Lenguaje (“Tiempo” 1 – 10 días) “Variabilidad Climática” 2-3 meses 6 meses – 1 año Década(s) Varias Décadas Siglos “Cambio Climático”

Planificación y Toma de Decisiones: Predicciones (“Tiempo” 1 – 10 días) Condiciones atmosféricas: predicciones 1 a 10 días Atmósfera interaccionando con Océanos y Tierra: las condiciones varían más lentamente (”memoria” más larga). Mejor entendimiento de estas interacciones permiten la Predicción Climática (3-6 meses) “Variabilidad Climática” Variabilidad “Decádica” (decenas de años) Mucha investigación / Se conoce “poco” “Cambio Climático” Calentamiento Global, Cambio Climático: Además de procesos físicos, suposiciones sobre Comportamiento Humano como escenarios de emisiones, tecnologías, deforestación (INCERTIDUMBRE)

Predicción Climática y Pronósticos del Tiempo Límite teórico de predictibilidad del TIEMPO: 10-14 días El CLIMA es la “estadística” del TIEMPO: temperatura media, número de tormentas, número de días sin lluvia, etc. Cambios lentos en el forzamiento de la atmósfera pueden permitir cierta predictibilidad en el CLIMA Algunos candidatos: Radiación Solar, Características del Terreno (ej.: topografía), Composición de la Atmósfera, Hielos, Temperatura de la Superficie del Mar (TSM) Los cambios en la TSM son importantes para el CLIMA a escala ESTACIONAL (hasta MULTIDECADAL)

Promedios (Climatología) y Anomalías 2005 2006 2005 2006 Observado - Promedio = Anomalía menos = “Anomalía”

El Niño, El Niño 1, 2, 3 y 3.4

Ciclo Anual y Anomalías Temperatura de la Superficie del Mar (TSM) en el Pacífico Tropical del Este (Nino3) El promedio de Largo Plazo es la CLIMATOLOGÍA. La figura con valores mensuales muestra el CICLO ANUAL (Promedio de la “caja” Nino3) TSM de cada mes 1950 a 2002 (azul) junto al ciclo climatológico anual (rojo) Anomalías de las TSM para cada mes (1950 a 2002)

Patrones Espaciales en el Pacífico Tropical (En vez de usar valores promedio de las “cajas”) Climatología de las TSM en Octubre - Diciembre Análisis Compuestos: Cálculo de patrones medios para sub-sets de varios años (en este caso: 5 años El Niño)

Patrones Espaciales en el Pacífico Tropical (En vez de usar valores promedio de las “cajas”) Climatología de las TSM en Octubre - Diciembre Análisis Compuestos: Cálculo de patrones medios para sub-sets de varios años (en este caso: 5 años El Niño)

Mecanismo Físico Fundamental (Especialistas Clima: Sudoku, Jornal) Representación simplificada de los procesos de los procesos físicos que llevan al siguiente modelo: Capas bajas de la atmósfera se ajustan a los gradientes de las TSM El aire caliente es más liviano, pesa menos: presión más baja en la superficie (“baja presión a nivel del mar)” El aire se mueve desde las áreas con mayor presión hacia las áreas de menor presión, es decir los vientos soplan hacia las zonas de presión más baja

Vientos Causados por Gradiente de TSM Ejemplo: TSM se calienta 2oC desde el Oeste al Este Vientos soplan hacia la zona de presión más baja: sobre las TSM calientes. El viento también es afectado por: Fricción la superficie de la tierra frena el viento Efecto Coriolis: Debido a la rotación de la Tierra, el viento es desviado hacia la derecha (izquierda) en el Hemisferio Norte (Sur)

Vientos y TSM en el Pacífico Tropical

Vientos y TSM en el Atlántico Tropical Por qué Importan las TSM? Algunas anomalías en las TSMs persisten durante unos meses a estaciones (y algunas más aún). Esto permite cierta predictibilidad climática si: (i) Se supone que las anomalías en las TSM van a persistir durante el período que se quiere pronosticar; (ii) Se saben los padrones atmosféricos asociados con las anomalías de las TSMs

Por eso: Esfuerzos Internacionales Observaciones en Océanos: Cobertura en Febrero de 2005 Falar da previsibilidade dos oceanos: Atlântico x Pacífico XBT, MOORINGS, ARGO floats

Movimiento Vertical y Nubes Vientos en Superficie convergen, el aire sube Al subir el aire se enfría – hay condensación de humedad A los 10km (tropopausa), existe una “tapa” en la atmósfera A esa altura los vientos divergen

Concepto de Teleconexión Estos cambios de gran escala sobre un océano pueden causar cambios con consecuencias climáticas en otros lugares más lejanos. Esas “conexiones” de una región a otra se llaman “Teleconexiones”

Variaciones en el Océano- Atmósfera del Pacífico Tropical

Ejercicio 1 http://ccnmtl.columbia.edu/projects/climate/

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Modelos Dinámicos del Sistema Climático Modelos de Circulación General / Modelos Climáticos Globales (GCMs) Utilizan leyes físicas y representan el clima en grillas 3-D Trabajan en pasos de tiempo por ej.: pasos de 10 minutos (en 3 meses: 144*90=12,960 pasos) Atmósfera solamente: valores de las TSM a los niveles más bajos de la atmósfera del GCM

Los GCMs representan cada punto de la atmósfera en una grilla 3-D Los GCMs representan cada punto de la atmósfera en una grilla 3-D. Una grilla típica tendría un espaciamiento horizontal de 300km y unas 20 capas verticales distribuidas en los primeros 10km de la atmósfera (que son los claves), y unos pocos más sobre esa altura.

La resolución vertical cambió también en proporción Evolución de los GCMs con el tiempo (Ejemplo del IPCC) La resolución vertical cambió también en proporción Figure 1.4. Geographic resolution characteristic of the generations of climate models used in the IPCC Assessment Reports: FAR (IPCC, 1990), SAR (IPCC, 1996), TAR (IPCC, 2001a), and AR4 (2007). The figures above show how successive generations of these global models increasingly resolved northern Europe. These illustrations are representative of the most detailed horizontal resolution used for short-term climate simulations. The century-long simulations cited in IPCC Assessment Reports after the FAR were typically run with the previous generation’s resolution. Vertical resolution in both atmosphere and ocean models is not shown, but it has increased comparably with the horizontal resolution, beginning typically with a single-layer slab ocean and ten atmospheric layers in the FAR and progressing to about thirty levels in both atmosphere and ocean. Discusión: Qué importancia tiene la mayor resolución? (respuesta no climatológica)

TSM en el Pacífico Tropical

Ejemplo de Predicción de lluvia en África Oriental con TSMs

TSM en los Años más Húmedos de SE América del Sur Ejercicio 1: TSM en los Años más Húmedos de SE América del Sur Pero: uno de los años no presentaba anomalías positivas en el Pacífico

Concepto de Ensamble Part 2 Section 4 http://ccnmtl.columbia.edu/projects/climate/course_html/module_93_lesson_244.html Ejemplo de Probabilidad Part 2 Section 4

Concepto de Ensamble Sin Viento: 5 bolas caen a la derecha y 5 a la izquierda – el pronóstico no tiene información extra sobre el de chances de 50-50 (tirar una moneda) Viento suave (brisa) en rachas, (2m/s) soplando de izquierda a derecha: 3 bolas caen a la izquierda y 7 a la derecha Viento más fuerte (4m/s) soplando de izquierda a derecha: 1 bola cae a la izquierda y 9 a la derecha

Ejemplo de predicciones de GCM sin fuerte control de TSM Con muy Poco viento Corridas individuales Ensamble Observado

Ejemplo de Predicciones de Lluvia en el Este de África 1997: 23 de 24 salidas dieron anomalías positivas 1999: 23 de 24 salidas dieron anomalías negativas Otra forma de asignar Probabilidades

Padrones Climáticos en los 5 Años más húmedos en SESA

Ejercicio 2 (No vamos a trabajar con las preguntas) http://ccnmtl.columbia.edu/projects/climate/