Blanca Mendoza Instituto de Geofísica Universidad Nacional Autónoma de México PREDICCIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR TOTAL PARA LOS PRÓXIMOS CIEN AÑOS Congreso Nacional de Investigación en Cambio Climático, 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 ± W/m² para 2008 (Kopp and Lean, 2011). (10% de diferencia)

- 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 CAUSAS DE LA VARIACIÓN DE LA RADIACIÓN QUE LLEGA A LA TIERRA

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 (Fröhlich, 2006) PMOD Periodo instrumental (mínimos): W/m² (Fröhlich, 2009) PMOD Del mínimo de Maunder al presente: 0.23 w/m² (Krivova et al.,2010) ( W/m²) Maunder Dalton Moderno TSI (W/m²)

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 ΔTs = 0.08 K min CS 21 – min SC 23 F = W/m² ΔTs = K 1900-presente F = 0.09 W/m² ΔTs = 0.05 K Antropogénico F = 1.6 W/m² 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

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 Señal solar en algunos parámetros atmosféricos

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 - 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, años, Be10 NAO 11 yrs 24 yrs 80 yrs

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 lo s próximos años (Lockwood et al., 2009; Russell et al., 2010)

Para el ciclo solar 24 el máximo de manchas solares: 90, y ocurrirá en 2013 ( Anomalía de Temperatura para el HN, ciclos solares 24 y 25 (Mendoza et al., 2010) I CO 2 II Alta actividad solar : CO 2 + RST (máximo número de manchas como el ciclo 23) III Alta : CO 2 + RST + NB (RST) IV Baja : CO 2 + TSI (máximo número de manchas = 90) V Baja : CO 2 + RST + NB (RST) Área gris: Superposición de varios escenarios (A1) para emisiones ALTAS de CO2 (IPCC 2007).

I CO 2 II Alta actividad solar : CO 2 + RST (máximo número de manchas como el ciclo 23) III Alta : CO 2 + RST + NB (RST) IV Baja : CO 2 + TSI (máximo número de manchas = 90) V Baja : CO 2 + 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 ~ , ~ del CS 23 al 28 FR: máximo Moderno ( ) – mínimo siglo 21~ W/m² Entre el mínimo de Dalton y el Moderno ( Velasco, Mendoza and Velasco, 2011) ↑ Fase más profunda~ 2034 (~CS 25) ↑ TOTAL SOLAR IRRADIANCE (W/m²) Maunder Dalton Moderno Siglo 21

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