CLIMATOLOGÍA

1. CLIMATOLOGÍA Año 2008

2. PROGRAMA: 1) Sistema climático. Predictabilidad y aleatoriedad. Concepto de Clima. Condiciones externas e internas. Ergodicidad. Transitividad. Climatología Descriptiva, Física, Sinóptica y Dinámica. 2)  Factores astronómicos del clima. Radiación solar. Distancia tierra-sol. Altura del sol en función de la latitud, día y hora. 3) Subsistemas. Criosfera: nieve estacional, hielo marino, mantos continentales, glaciares y permafrost. El rol de los océanos en el sistema climático. Litosfera: flujo de calor en el suelo. Penetración desfasaje de las ondas térmicas, diurnas y anuales. 4)    Balance global de radiación y calor en el sistema climático y en la atmósfera. Transporte meridional de energía. Teorías antiguas sobre la circulación general. Experimentos físicos y matemáticos sobre el transporte meridional de momento angular y calor. Circulación de Hadley y de Rossby. Transporte meridional medio celular y turbulento. 5)   La circulación observada. Resolución de la circulación general. campos medios promediados zonalmente. Las circulaciones meridionales. Transporte meridional de calor, momento angular y agua. Esquema global de la circulación general. los campos medios en superficie., troposfera media, alta y estratosfera. Variación estacional. Implicancias climáticas. Convergencia y movimientos verticales.

3. 6)      La circulación de los trópicos.   7)      Aspectos generales de la circulación de los Oestes.   8)  Clasificaciones climáticas. Los climas del mundo.   9)  El clima de Argentina. La circulación sobre Argentina. Los sistemas de Jets. La depresión del noroeste. Las situaciones típicas. El pasaje de sistemas frontales el desarrollo de ciclones. Campos medios de precitación y su variación anual. 10)  Cambio climático. 11)  El fenómeno de El Niño. Historia: Carranza, Lockyel, Walker, Wyrtky, Bjernes, Ichrye, Quin. El Niño, La niña y la Oscilación del Sur; ENSO. Descripción del fenómeno. El Niño fuera de su área de influencia directa: Africa, India, ONA, Sudamérica. 12)

4. ELEMENTOS DEL CLIMA - Temperatura - Precipitación - Contenido de agua en el suelo - Vector viento - Humedad relativa - Insolación - Nubosidad - Visibilidad - Presión - Tiempo significativo: Niebla - Tormentas, heladas, etc Dependiendo de la aplicación que le queremos dar a estos resultados Clima= valor medio

5. Balance de energía del sistema tierra-atmósfera Qué factores pueden producir cambios en el balance?

6. SISTEMA CLIMÁTICO(SC) Es el sistema que es afectado por la variabilidad de los elementos climáticos. Depende de la escala del tiempo. Lo que no es parte del sistema climático pero influye en el mismo: Factores externos. Ej: Variabilidad de la radiación solar. Movimientos astronómicos de la tierra Axiomática: Según OMM el SC está compuesto por los subsistemas . ATMÓSFERA . HIDRÓSFERA (Ríos, lagos, océanos, etc) . CRIÓSFERA ( Hielos continentales y marinos, Nieve y permafrost) . SUELO (Primeros metros de la litósfera) . BIÓSFERA (terrestre y marina)

10. SISTEMACLIMÁTICO Posición extrema:Todo lo que interactúa con las variables climáticas depende de Te SOL ATMÓSFERA OCÉANO (no todo) LITÓSFERA (no todo) CRIÓSFERA Te  1-100 años Posición manejable:Todo lo que es influenciado por los elementos climáticos de superficie Factores internos del clima Características termo e hidrodinámicas de la atmósfera Factores externos del clima Física del Sol Movimientos Astronómicos Atmósfera Capa límite planetaria Atmósfera libre Hidrósfera Ríos, lagos, mares, océanos. Criósfera Hielos continentales y marinos Nieve Permafrost Suelo Primeros mts. de la Litósfera Biósfera Terrestre y marina O.M.M.

11. R= respuesta F= forzante Para que la respuesta periódica tenga la misma frecuencia que el forzante debe haber una relación lineal R(t) = a F(t) + b gafico 2.7 Importancia de la variabilidad interna

12. TIEMPO DE RESPUESTA : T Es una medida de tiempo que tarda un sistema en equilibrarse después de una perturbación pequeña sobre el mismo Una expresión: l – folding time = T Perturbación de magnitud A A´ = Ae –t cuando t = 1/ t = T ya que A´ = A/e En general en el sistema climático T de respuesta es el T respuesta térmico Cuando un subsitema tiene El subsitema llega a condiciones medias estacionarias T<< que el T del resto del sistema que interactúa con él

13. SUBSISTEMAS ATMÓSFERA HIDRÓSFERA • Densidad y capacidad calorífica muy pequeña • - T de respuesta pequeño •  - Muy Inestable • - Mas dinámico de los subsistemas • - Dimensiones: Horizontal >> Vertical • - Movimientos esencialmente horizantales • . Equilibrio hidrostático • . Fuerte interacción con la superficie y el espacio exterior - Densidad y calor específico >> atmósfera   T de respuesta grande - Masa * Calor específico >> que todos los otros subsistemas  - Reservorio de energía  - Gran inercia mecánica - Dimensiones idem atmósfera   . Equilibrio hidrostático . Fuerte interacción con la atmósfera

15. DIMENSIÓN RELATIVA 16 km D Masa 99 % ~ r 6000 km 30 km 1 400 D 2r ~

16. SUBSISTEMAS ATMÓSFERA HIDRÓSFERA , Cv más pequeños T pequeño más inestable más dinámica  , Cv >> atmósfera Masa . Cv >> Todos los otros subsistemas Reservorio de energía Gran inercia mecánica Dimensiones: Océano idem Atmósfera pero aún más Hidrostático Dimensiones Redistribución propiedades por movimientos esencialmente horizontales Relación hidrostática  Fuerte interacción con la superficie Fuerte interacción Mar – Atmósfera

17. CRIÓSFERA - Hielo en Antártida y Groenlandia - Hielo cont. en glaciares - Hielo marino , capas y témpanos - Nieve (transitoria estacionalmente) Permafrost Desacopla Océano – Atmósfera en lat. altas LITÓSFERA - Condicionado por el clima - Agente Vulcanismo - Intercambia con atmósfera: - Momento - Energía - Masa (agua) BIÓSFERA - Ciclo de gases de invernadero CO2- CH4, NO7 - Reflexión de la luz - Ciclo del agua

18. FEEDBACK input output SISTEMA FEEDBACK

19. FEEDBACK input output SISTEMA FEEDBACK T + sup. con HIELO y NIEVE T + reflexión de la LUZ SOLAR FEEDBACK POSITIVO ejemplos: T mas capacidad de contener H2O vapor en la atmósfera mayor retención de la emisión de onda larga otra vez FEEDBACK POSITIVO

20. T + H2O vapor eventualmente + Nubosidad + Albedo - Radiación O. larga saliente Complicado, aunque generalmente T FEEDBACK NEGATIVO

21. T + H2O vapor eventualmente + Nubosidad + Albedo - Radiación O. larga saliente Complicado, aunque generalmente T FEEDBACK NEGATIVO FORZANTE EXTERNO Y VARIABILIDAD INTERNA FB- Perturbación decrece FB+ Perturbación crece y puede dar lugar a otros procesos con FB- ó FB+ VARIABILIDAD INTERNA

22. INTERNOS EXTERNOS Generales Locales Factores del Clima

23. Cambios en la órbita terrestre Astronómicos Variabilidad de la emisión solar Deriva de los continentes Geológicos Movimientos orogénicos Vulcanismo Cambios en la concentración Composición de GEI de la atmósfera Cambios en la concentración y distribución de aerosoles Variabilidad interna del sistema

24. Escala de tiempo: 10.000 a 100.000 años Astronómicos

25. La excentricidad de la órbita sufre variaciones que provocan una sustancial variación del forzante externo y eventualmente cambios climáticos en la escala de milenios cambio de excentricidad, 95000 años de período el eje de la tierra tiene un ángulo con respecto a la eclíptica (produce las estaciones) hoy ~ 23,5 º. Varía de 21,8º a 24,4º con un período de 41000 años rotación del eje de la tierra alrededor de la vertical de la eclíptica, período de 21000 años (movimiento tipo trompo) Este movimiento da lugar a lo que se denomina la precesión de los equinoccios, es decir el traslado de los equinoccios en la órbita. Hoy el perihelio está en enero, 10000 años atrás estaba en junio. Ver figuras

28. Figure 6.3. Variations of deuterium (δD; black), a proxy for local temperature, and the atmospheric concentrations of the greenhouse gases CO2 (red), CH4 (blue), and nitrous oxide (N2O; green) derived from air trapped within ice cores from Antarctica and from recent atmospheric measurements (Petit et al., 1999; Indermühle et al., 2000; EPICA community members, 2004; Spahni et al., 2005; Siegenthaler et al., 2005a,b). The shading indicates the last interglacial warm periods. Interglacial periods also existed prior to 450 ka, but these were apparently colder than the typical interglacials of the latest Quaternary. The length of the current interglacial is not unusual in the context of the last 650 kyr. The stack of 57 globally distributed benthic δ18O marine records (dark grey), a proxy for global ice volume fluctuations (Lisiecki and Raymo, 2005), is displayed for comparison with the ice core data. Downward trends in the benthic δ18O curve reflect increasing ice volumes on land. Note that the shaded vertical bars are based on the ice core age model (EPICA community members, 2004), and that the marine record is plotted on its original time scale based on tuning to the orbital parameters (Lisiecki and Raymo, 2005). The stars and labels indicate atmospheric concentrations at year 2000.

34. ¿El sistema climático es o no ergódico? Los sistemas matemáticos similares presentan en principio infinitas soluciones. Cada solución tiene sus propias estadísticas de largo plazo. Si al elegir una solución cualquiera del sistema hay un sólo conjunto de estadísticas de largo plazo el sistema es transitivo. Es decir que las estadísticas no van a depender de qué valores haya tomado el sistema en algún momento ¿Por qué transitivo? Los valores de las soluciones no están impedidos de transitar por cualquier valor. En el largo plazo presentarán las mismas estadísticas.

35. Si hay más de un conjunto de estadísticas con probabilidades no nula el sitema es intransitivo Analogía física Sistema Transitivo V V = 0 Sistema Intransitivo V V = 0 Sistema TRANSITIVO Sistema INTRANSITIVO Proceso ergódico No ergódico

36. Enseñanza del experimento Podría ocurrir: Cambio en las condiciones externas modifica el clima en forma irreversible Tercera posibilidad Sistema es transitivo pero por ciertos tiempos mantiene estadísticas diferentes. Esto es un Sistema semitransitivo Posibles explicaciones de: NIÑO NO-NIÑO Periodos Interglaciares Periodos Glaciares

37. Herramienta de estudio Modelos de Circulación General (MCG) Modelos Climáticos Globales

42. NOAA´s Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL)

44. Herramienta: Observación del Sistema Climático, su variabilidad y cambio

46. Observaciones directas (Estaciones meteorológicas) Satélites Radares Proxy data .... Observación del sistema

47. RESEARCH PROGRAMS GLOBAL CARBON CYCLE GREENHOUSE GASES and AEROSOLS MODELING CLIMATE OBSERVING CLIMATE VARIABILITY and CHANGE PREDICTING CLIMATE VARIABILITY and EXTREME EVENTS EL NIÑO and LA NIÑA THE OZONE LAYER ARCTIC RESEARCH PALEOCLIMATOLOGY REGIONAL CLIMATE SERVICES

48. Radiación Solar

49. División aproximada del espectro solar en varias bandas de colores y regiones de energía