Predicción de la temperatura global

PREDICCIÓN DE LA TEMPERATURA GLOBAL


1. RESUMEN

1.1. Modelo propuesto de predicción preclimática

- Modelo simple de forzamientos radiativos: temperatura global (Contribuciones)
- Predictibilidad de los índices oceánicos
- Comentario sobre evidencias de nuestro efecto en el calentamiento actual
- Comentario sobre las posibles causas naturales.
- Límite de las causas naturales y predicción para 2100 (leer apuesta)



Relacionado:
- Primera predicción (marzo-noviembre 2008)
  * Validación de la primera predicción
- Segunda predicción (enero-diciembre 2009)
  * Validación de la segunda predicción (ver más)
- Tercera predicción (enero-diciembre 2010)
  * Validación de la tercera predicción


1.2. Enlaces de interés

- Variables climáticas a nivel mundial
- Física del efecto invernadero
- Seguimiento de la temperatura global
- Calentamiento desigual, ¿a qué es debido?
- Concentración de CO2
- Consideraciones sobre causa-efecto del CO2
- Ciclos solares
- Retroalimentación del vapor de agua ( niños y vapor de agua)
- Proyecciones de la temperatura (1988 y 2000)
- Forzamiento radiativo 1000 años
- Enfriamiento de la estratosfera (perfil vertical de la atm.) -> ¿Causado por volcanes?
- Interesante artículo sobre el perfil vertical de temperaturas
- Paleoclimatología (media de las series) -> Forzamientos radiativos
- El fraude del "fraude" (saber más)
- Evidencias y dudas sobre el Cambio Climático
- Artículos científicos de climatología

1.3. Sitios webs recomendados:
- http://www.skepticalscience.com/
- http://en.wikipedia.org/wiki/Global_warming
- Interesante artículo sobre la relación ENSO+AMO y temperatura global

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2. INTRODUCCIÓN

En este tópic no nos centraremos a explicar el procedimiento del efecto invernadero en la Tierra porque lo podéis encontrar perfectamente explicado en cualquiera de los libros sobre climatología, atmósfera,  radiación, etc. Por ejemplo el de antón, o en este otro tópic que proponemos:


En definitiva, aquí trataremos de combinar variables naturales y variables antropogénicas para elaborar un sencillo modelo para reproducir la temparetura media global y emitir una predicción de la temperatura global.

2.1. Variables naturales

- Aerosoles volcánicos (registro)
- Ciclos solares
- Conexiones oceano-atmosfera-tierra (corrientes, albedo, nubosidad, vapor, ...)


2.2. Incremento de gases de efecto invernadero

CO2

El forzamiento producido por un incremento de unos 80 ppm de CO2 es menor de unos 1,5 w/m2. En definitiva, 100 ppm de CO2 producen aproximadamente de entre 1,8 y 2,4 W/m2. (Dependiendo de la cantidad inicial)

Metano y óxido nitroso

Aunque están a proporciones muy bajas, suman un efecto invernadero de entre 0,6 y 1,2 W/m2

http://homepage.mac.com/uriarte/tgases.html
http://homepage.mac.com/uriarte/forz.html

En cualquier caso, el balance de radiación de la Tierra es postivo (entre +1,5 y +2,3 W/m2, aproximadamente la aportación del CO2).

¿El CO2 calienta? Sí, ¿Cuanto Calienta?

Vamos a verlo, voy a hacer unos cálculos muy sencillitos basándome en los datos anteriores, aplicando relaciones lineales. (Nota: Quien no quiera aplicar las relaciones lineales, sino las expresiones mejor aproximadas, puede verlas en la fuente de datos).

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FUENTE DE DATOS

http://data.giss.nasa.gov/modelforce/
http://www.esrl.noaa.gov/gmd/aggi/
http://eosweb.larc.nasa.gov/HPDOCS/access_data.html
http://eosweb.larc.nasa.gov/PRODOCS/erbe/table_erbe.html
http://www.icess.ucsb.edu/modis/EMIS/html/em.html

Forzamiento radiativo total (2005)

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Radiative-forcings.svg
http://en.wikipedia.org/wiki/Radiative_forcing

Para más información:
http://en.wikipedia.org/wiki/Global_warming_potential#Values
http://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_warming_potential
https://foro.tiempo.com/index.php/topic,79069.0.html


Figura. Izda) Principales forzamientos radiativos que han gobernado el clima en los últimos 130 años: naturales (actividad solar, volcánica y efecto oceánico) y antropogénicos (GEIs y aerosoles troposféricos). Dcha) Estimación de las contribuciones a la temperatura global (contribución natural, antropogénica, natural+antropogénica), y observación de la temperatura (promedio de AMSU, NOAA, GISS y HadCru3). Fuente: Meteovision

3. ECUACIÓN DE LA TEMPERATURA GLOBAL SUPERFICIAL

Todos sabemos ya que potencia radiada P (en equilibrio térmico de un cuerpo) es aproximadamente proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta (Ley de Stefan-Boltzmann). Con potencia P me refiero sobre unidad de superficie, obviamente. También sabemos que, según Kirchoff, la superficie terrestre en equilibrio energético, emite la misma energía que absorbe.

Estas leyes se demuestran mediante estadística cuántica y tienen un enorme apoyo con datos experimentales:



Donde σ es la constante de Stefan-Bolzmann que vale 5'670 · 10^-8 W · m^-2 · k^-4, mientras que ε es la emisividad de la superficie Terrestre (Aproximadamente 0'97: Composición de 0'97 el mar, 0'99 vegetación y suelo 0'94 [0'90-0'98])

Hemos medido que la radiación que emite el sistema tierra-atmósfera es de unos 236 W · m^-2, lo cual le corresponde con una temperatura de T_m = 256 K, no obstante, lo que emite la superficie son unos 380 W · m^-2, y eso son unos T_su = 288 K (unos 15ºC).

Y si queremos estudiar la variación de la temperatura global, podemos tomando Kirchoff y Stefan-Boltzmann, y aplicar Taylor:


Por tanto, la variación de la temperatura de la superficie terrestre vendrá dada por:


Donde ΔP es el forzamienrto radiativo respecto al momento en que la temperatura global es T_i

Basándonos en los datos que disponemos del CO2 (100 ppm de CO2 producen un incremento de potencia DP, de entre 1,8 y 2,4 W/m2) vamos a calcular qué incremento de temperatura ( DT ) producen:

DT = 0'40 ± 0'06 ºC  

En conclusión, sabemos que un incremento de unos 100 ppm producen un calentamiento de entorno a 0'4ºC.

Saludos!  

4. PREDICTIBILIDAD DE LA TEMPERATURA GLOBAL

Si comparamos la evolución de la temperatura global de los últimos 1000 años, con el forzamiento radiativo, podemos ver lo siguiente:

- Reconstrucción media de la temperatura global de los últimos 1000 años


Fuente: https://foro.tiempo.com/climatologia/seguimiento+temperatura+global-t78991.0.html;msg1741370
Otras fuentes: http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:2000_Year_Temperature_Comparison.png


- Forzamiento radiativo de los últimos 1000 años


Fuente:
http://www.nature.com/nature/journal/v440/n7087/fig_tab/nature04679_F2.html
http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/recons.html
http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/pubs/ipcc2007/fig614.png


Comparación con la temperatura de los últimos 1000 años:

Fuente:
http://www.nature.com/nature/journal/v440/n7087/fig_tab/nature04679_F1.html#figure-title
http://www.nature.com/nature/journal/v440/n7087/fig_tab/nature04679_ft.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:2000_Year_Temperature_Comparison.png
http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/globalwarming/paleodata.html
http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/globalwarming/paleolast.html

Evolución de la temperatura global en los últimos 100 años y modelo con MEI y AMO


Fuente: - Modelo de la temperatura global (Moncho, 2008)

Forzamientos radiativos del modelo con MEI y AMO


Fuente:
- Modelo de la temperatura global (Moncho, 2008)


Donde se ha considerado el siguiente efecto del CO2

Fuente:
- Relaciones entre temperatura y CO₂

Teóricamente un incremento de 100 ppm de CO2 supone indirectamente (+vapor) entre +0'3 y +0'7ºC (empíricamente da la "casualidad" que se ha observado unos +0'8ºC en el último siglo)

Además, hay una relación inversa: un incremento de unos 8ºC produce un incremento de unas 100 ppm de CO2. Esto se debe en general a la bomba biológica-física del CO2 en los oceanos. Esto significa que podría producirse cierto fenómeno retroalimentativo CO2-temperatura si la temperatura subiese mucho. Y eso sería a parte de la retroalimentación por el vapor de agua.

En definitiva, si hay un incremento de 0'6ºC y de 100 ppm de CO2 (+vapor), eso significa que el pequeño calentamiento se debe en gran parte (con mucha probabilidad) al incremento de gases de Efecto Invernadero, y no al revés.

Otra forma de verlo es que nunca antes en los últimos 400 mil años habíamos tenido tanta concentración de éstos gases y, sin embargo, sí que habíamos tenido la misma temperatura que la de ahora (claro, pues un incremento de 0'6ºC supone un incremento de sólo 8 ppm de CO2 y no 100 como en este caso)

En definitiva, está claro que el incremento de CO2 (y demás gases de EI) se debe a una causa "externa" al sistema de los últimos 400 mil años.

¿Dónde podemos buscar?

Una pista: el mayor incremento de GEIs de los últimos 10 mil años se ha producido en los últimas décadas (5 o 6). ¿Qué ha cambiado en nuestro planeta en las últimas décadas?

Se calcula que nosotros hemos emitido unas 200 ppm en los últimos siglos (de los cuales la mayoría en las últimas décadas), pero aproximadamente la maitad ha sido absorvido por el ecosistema (principalmente los oceanos), por lo que hemos contríbudio a un incremento de unas 100 ppm en total, de las cuales unas 70 ppm en las últimas décadas. ¿Pura casualidad?

¡Ojo!, que yo no digo que sea malo, sólo digo que es bastante evidente que, con mucha probabilidad, hemos calentado la Tierra en torno casi medio grado en las últimas décadas. Eso sí, luego hay una o dos décimas más, que se deberían a otras causas.

Saluts!  

Me parece que estas muy puesto en el tema, que el tema te preocupa que sabes de esto, pero dentro de 10 o 15 años cuando veas que todo sigue igual te preguntarás que que pasa?, esto del efecto invernadero ya fue objeto de comentarios, incluso tema de selectividad en el 86 o sea 20 años, por aquel entonces se decia que en el 2000 el mar nos iba a ahogar, fijate que estamos exactamente igual que hace 20 años, pasan y pasan los años y el efecto invernadero no se ve por ningun lado, pero esto ultimo ya seria tema de conversación mucho mas largo y complejo, donde muchos intereses entran en juego

Me parece que estas muy puesto en el tema, que el tema te preocupa que sabes de esto, pero dentro de 10 o 15 años cuando veas que todo sigue igual te preguntarás que que pasa?, esto del efecto invernadero ya fue objeto de comentarios, incluso tema de selectividad en el 86 o sea 20 años, por aquel entonces se decia que en el 2000 el mar nos iba a ahogar, fijate que estamos exactamente igual que hace 20 años, pasan y pasan los años y el efecto invernadero no se ve por ningun lado, pero esto ultimo ya seria tema de conversación mucho mas largo y complejo, donde muchos intereses entran en juego

¿Realmente crees que dentro de 10-15 años seguirá TODO igual? Aunque, lógicamente, no lo puedo revocar de forma categórica, tengo mis serias dudas... Pero claro, a día de hoy, sólo es la opinión de uno contra la de otro...

Me parece que estas muy puesto en el tema, que el tema te preocupa que sabes de esto, pero dentro de 10 o 15 años cuando veas que todo sigue igual te preguntarás que que pasa?, esto del efecto invernadero ya fue objeto de comentarios, incluso tema de selectividad en el 86 o sea 20 años, por aquel entonces se decia que en el 2000 el mar nos iba a ahogar, fijate que estamos exactamente igual que hace 20 años, pasan y pasan los años y el efecto invernadero no se ve por ningun lado, pero esto ultimo ya seria tema de conversación mucho mas largo y complejo, donde muchos intereses entran en juego

Hola.

Yo creo que eso no es cierto. Los físicos nunca dijeron que en el 2000 nos ahogaríamos.

Sí que es cierto que algunos medios de comunicación ultrasensacionalsitas afirmaban rotundamente que la Aantártida se fundiría y haría subir el nivel del mar 100 m por allá a principios de este siglo, y eso es totalments falso.

Había una posibilidad de deshielo de la antártida, que finalmente no se sabe si se cumplirá o no; pero de momento ésta sigue casi igual que antes (e incluso tal vez se ha enfríado), pero eso no invalida toda la teoría del efecto invernadero, sino que simplemente significa que ésta no es exacta, sino muy imperfecta: se ha detectado un fenómeno que aún no podemos explicar, y es el calentamiento desigual (el ártico se calienta muchísimo y la antártida se enfría ligerísimamente). Y lo dicho: que sea desigual no significa que el planeta no se esté calentando.

El nivel del mar está subiendo a un ritmo de 3 cm/década.



Cuando la subida del mar en los últimos 5 mil años había oscilado en más-menos 1 m (amplitud 2 m).



Concretamente esas oscilaciones suponen un cuarto-de-onda de 2 m/1000 años frente a los 3 cm/10 años actuales; es decir, la variación media actual podría ser algo más importante que en los últimos 5 mil años. Pero no se puede afirmar porque las gráficas son de dos resuluciones distintas.

Y ojo! yo no digo que la subida de 3cm/década sea una catástrofe (yo creo que es lo menos importante), sino que sí que es destacable, al menso anecdóticamente.

PD: He rectificado unos datos.

De todos modos, insisto que lo del nivel del mar no es la consecuencia más importante de un calentamiento "rápido".

Pero veamos primero si éste calentamiento podría proseguir o no:

Hace tiempo realizamos un ajuste de los datos:

https://foro.tiempo.com/index.php/topic,27503.0.html

Por el ajuste realizado, deduzco que en 2058 tendremos una concentración de CO2 de unos 512 ppm con un error inferior a 5 ppm. Si el ritmo continuase 50 años más (cosa que dudo mucho), en 2108 llegaríamos a unas 700 ppm con un error de 10 ppm, esto significa que se duplicaría el CO2 de 1986

Esto significa un incremento de 130 ppm para los próximos 50 años y un incremento de 320 ppm en 100 años.

Suponiendo que aproximadamente sube 0'5ºC (más-menos 0,2ºC) cada 100 ppm, en el 2058 calculo que tendremos unos +0'6ºC +- 0,3ºC (este error estimo que engloba todo el balance energético sol-GEIS-aerosoles), Es decir, en los próximos 50 años como mínimo probable subirá +0'3ºC y como máximo porobable (en la gausiana) subirá +0'9ºC. Y en 100 años estimo que aproximadamente subirá entre 1'2ºC y 1'8ºC. (Esto es una estimación "a ojo")

Todo esto suponiendo que el balance energético se compensa entre sí, dando un incremento neto de forzamiento radiativo casi equivalente al del incremento de CO2; y suponiendo también los incrementos de CO2 por medio del ajuste de segundo grado.

La primera suposición la he justificado en mi primer post de este tópic (distintas fuentes dan valores similares para el balance)

En cuanto a la segudna suposición (continuidad de las emisiones), me baso en las perspectivas de desarrollo de Cina e India, que tenderán a igualar e incluso superar las emisiones de EEUU (lo cual personalmente lo apoyo, porque tienen el mismo derecho a desarrollarse).

Saluts! 

MODELO DE FORZAMIENTO RADIATIVO CON INFLUENCIA DEL NIÑO/NIÑA

- A partir de los datos de forzamiento radiativo de la NASA
- Aplicando una respuesta lenta (3 años) del sistema climático ante las erupciones volcánica.
- Aplicando un efecto total solar (directo + efecto de los rayos cósmicos sobre la nubosidad) igual a F(total) = 1'7·F(directo) W/m²
- Haciendo la hipótesis de que el índice MEI (niño/niña) tiene un efecto de ∆T ≈(0'08±0'03)· ∆MEI. Y por tanto, el forzamiento radiativo del MEI es del orden de ∆F ≈(0'35±0'15)·
- Haciendo la hipótesis de que el índice AMO estándar produce un forzamiento radiativo del mismo orden que el propio valor.

Llegamos a que los forzamientos radiativos del último siglo son aproximadamente estos:


Y a partir de la ley de Stefan-Boltzmann, que transforma potencia radiativa en temperatura


Con todo eso podemos construir la reconstrucción de la temperatura de los últimos 100 años, y en especial de los últimos 50-60 años es:

Cojo desde 1950 porque es donde empiezan los datos de MEI que dispongo.

Podemos comprobar que el modelo funciona mejor con la hipótesis del MEI+AMO (R² = 91) que sin introducir dicha variable (R² = 83)

PD: Ya he añadido los datos del AMO

CONCENTRACIONES DE CO2

- CO2 en los últimos 50 años. Ver fuente
- Concentración de CO2 en tiempo real
- Ejemplo: concentraciones de CO2 en 2004:

Lugar                                annual           annual-fit

Canadá......................... 378.42 ppm   378.60 ppm
Mauna Loa..................... 377.38 ppm  377.43 ppm
Samoa........................... 375.94 ppm   375.89 ppm
South Pole...................... 374.61 ppm   374.61 ppm

- CO2 y CH4 en los últimos 22 mil años. (Ver también insolación en los últimos 30 años)
- CO2 en los últimos 400 mil años.
- CO2 en los últimos 600 millones de años (fijaos en los últimos 20 millones de años)


Más información

http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/
http://cdiac.esd.ornl.gov/ftp/trends/co2/
http://cdiac.esd.ornl.gov/ftp/trends/co2/SIO_Christmas_Island_CO2.txt
http://cdiac.esd.ornl.gov/ftp/trends/co2/altsio.co2
http://cdiac.esd.ornl.gov/ftp/trends/co2/amsterda.co2
http://cdiac.esd.ornl.gov/ftp/trends/co2/barrsio.co2
http://cdiac.esd.ornl.gov/ftp/trends/co2/spo.insitu.co2
http://cdiac.esd.ornl.gov/ftp/trends/co2/smo.insitu.co2
http://cdiac.esd.ornl.gov/ftp/trends/co2/sposio.co2


Medidas desde satélites

http://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a000000/a003500/a003562/
http://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a000000/a003500/a003555/
- Ver animación sobre la distribución espacial del CO₂


Posts relacionados

- 2005 y 1998 son los dos años más cálidos de la historia de los registros (desde al menos 1880)
- Ver análisis de la temperatura de los últimos siglos
- Ver insolación en las últimas décadas: http://homepage.mac.com/uriarte/manchas1600.jpg

¿Por qué se enfría la estratosfera?

Parece ser que intervienen dos grandes factores: los aerosoles volcanicos y los ciclos solares.

Aerosoles volcánicos

El aumento de aerololes en la estratosfera (Chinchón y Pinatubo) provocan un calentamiento de dicha capa. Unos dos años después, precipitan y dejan limpia la estratosfera, pero además hacen disminuir el ozono, por lo que enfríarían la atmósfera un poco más de lo que estaba antes de calentarse.



Concretamente, la disminución de ozono ha sido de 12 UD (Unidades Dobson)

100 UD se correponden a una capa de 1 mm en "condiciones normales" (1atm y 273 K), por tanto, si no me equivoco, se correpnden aproxiamdamente con: n = PV/RT = 0'045 [mol·dm^-3] · 0'01 [dm] · S [dm². ¿Qué forzamiento radiativo tiene eso? Antón ayúdame, 

Podríamos suponer (comparando las gráficas entre el porzentaje de ozono y la temperatura de la estratosfera) que una variación del 2% del ozono supone un forzamiento de 0'3ºC.





Insolación en la alta atmósfera

https://foro.tiempo.com/imagenes/imagen-no-existe.png

La insolación (I) en la sección pi ha de dividirse entre cuatro (pi/4pi) ya que la superficie terrestre es esférica, a diferencia del círculo plano de radiación que recibe. Entonces, la variación de potencia sobre la superficie terrestre es;

DP = pi/4pi · DI          <----  P = pi/4pi · I

Por tanto, la variación del forzamiento radiativo, tiene la misma relación:

DT  aprox= 1/4 · To(DP/P)  = 1/4 · To · DI/I

La variación de manchas solares entre el 1979 y el 1995 es de 3 W/m2.
La atemperatura en la alta estratosfera es de unos To = 200 K (corregidme si me equivoco). Por tanto, la predicción de la variación máxima de la temperatura a ese nivel es:

DT  aprox=  1/4 To DI/I = 1/4 · 200 * 3/1360 = 0'1 ºC[/b]

Es decir, que si quitamos las preturbaciones del Chinchón y el Pinatubo, la disminución de temperatura entre 1979 y 2000 (3/4 W/m2) es de 0'1ºC, si no me he equivocado haciendo los cálculos.

Nota: Acabo de corregir la cifra porque lo había calculado mal, disculpen la smolestias




Conclusión

Por tanto, parece que el efecto de los aersoles volcánicos sobre el ozono es mucho má simportante que la variabilidad solar a pequeña escala (11 años), no obstante, éste último factor también ha de influir en el enfriamiento de la estratosfera (aunque sólo en el órden de un enfriamiento de una décima de grado). Todo esto es perfectamente compatible con el calentamiento superficial terrestre (dónde actuan los GEIs). Se trataría, pues, de una suma de muchos factores.

Pero para ser realistas habría que meter en el asunto la evolución del vapor de agua y de las nubes. Que como es complicado y bastante desconocido se tiende a ocultarlo debajo de la alfombra limpia de los cálculos.

Al fin y al cabo, de los aproximadamente 324 W/m2 de radiación infrarroja que la superficie recibe de la atmósfera (efecto invernadero) la mayor parte procede de las nubes y del vapor de agua (más del 80 % probablemente).

Pero para ser realistas habría que meter en el asunto la evolución del vapor de agua y de las nubes. Que como es complicado y bastante desconocido se tiende a ocultarlo debajo de la alfombra limpia de los cálculos.

Al fin y al cabo, de los aproximadamente 324 W/m2 de radiación infrarroja que la superficie recibe de la atmósfera (efecto invernadero) se cree que más del 95 % procede de las nubes y del vapor de agua, y menos del 5 % del CO2 y de los otros gases.

http://homepage.mac.com/uriarte/energia.jpg

Es cierto que las nubes son una gran incógnita.

En cuanto al vapor de agua, un incremento de vapor de agua, por encima de una determinada "temperatura propia" se autoregula en pocos días, y por tanto no puede provocar calentamiento en término de años o décadas.

Lo que sí que es posible es que un calentamiento provoque un aumento de vapor de augua, con lo que haya un complejo juego de retroalimentación-autoregulamiento, mediante procesoso de formación de nubosidad. Pero el vapor de agua no puede incrementar si previamente no hay un calentamiento, ¿me equivoco?

La nubosidad en la baja troposfera estña ligada principalmente a los aerosoles hidroscópicos, mientras que la nubosidad estratosférica ya puede aparecer por nucleación homogénea (sin aerosoles), auqnue se cataliza más por nucleación heterogénea, cuyos principales aerosoles son los glaciógenos (si no me equivoco).

Se piensa que la ionizazvión de la atmósfera por partículas energéticas provinientes del espacio favorecen la actuación de los aerosoles (ya que la molécula de agua es polar). Según piensan algunos, la nubosidad durante los mínimos magnéticos solares es mayor ya que permite la entrada de rayos gamma cósmicos, que hacen incrementar la nubosidad, por lo que estos años (2005, 2006, etc.), la temperatura debería ser menor que en los años 2000, 2001 ( y ésto no es aśi), ya que a mayor nubosidad teóricamente menos radiación recibe la superficie y más se enfría.

En definitiva, parece ser que teniendo en cuenta las "teorías cosmicas de la variación nubosa", el planeta debió registrar un pequeño enfriamiento en 2005, e incluso en comparación con 1960 (que obtuvo un gran máximo solar).

Pongo un artículo relacionado con los aersoles y la nubosidad.

http://www.geocities.com/reclim05/reclim02b.pdf