Variables climáticas a nivel mundial.

Tras las DANAS eternas Vigi returns

Que gran topic y que grande eres Roberto

Gracias a todos.

Puntos de equilibrio actuales del sistema climático

Quería aprovechar, en relación a otro hilo (el del ¿CO2 inocente?, explicar las posibles reperusiones climáticas a gran escala.

Primero debemos repasar la historia del clima de los últimos millones de años, en los que el sistema climático tiene casi los mismos puntos de equilibrio que ahora.

No tiene sentido irnos al jurásico, porque los mínimos potenciales (equilibrios climáticos) eran totalmente distintas.

Me gustaría encontrar una gráfica detallada de los últimos 20 millones de años, pero me conformo con 5 millones.


http://en.wikipedia.org/wiki/Ice_age

Tracemos una linea imaginaria en rojo que pase justo por en medio de las oscilaciones de esta gráfica. Esa linea intermedia representa el punto de equilibrio climático a la escala de millones de años.

Podríamos entender que la temperatura de equilibrio a escala geológica está bajando en los últimos 2,5 millones de años. Ese cambio del punto de equilibrio ha venido acompañado (causal o no) de una perturbación cuya amplitud de oscilación ha aumentado. Y es lo qu se conoce como ciclos gaciares.

Ahora ampliemos esa oscilación del último medio millón de años, en el que las oscilaciones se han mantenido casi constantes.

El sistema climático a esa escala de 500 o 400 mil años, parece ser más sensibles a cambios del forzamiento radiativo de los parámetros orbitorrotacionales de Milankovitch, del orden de 80W/m2





Un forzamiento de 80W/m2 si no me equivoco, se corresponden a una variación física de unos 10ºC, pero se piensa que no el sistema climático tiene una inercia propia de tal modo que no es suficiente que haya un cambio del forzamiento radiativo "rápido", sino que ha de acompañar por una perturbación más rápida que haga efecto disparo, también conocido como "resonancia de ruído climático".

En este sentido, podemos encontrar otros dos puntos de equilibrio climático global, además de la linea intermedia.

Imaginemos un péndulo, con dos imanes, uno en cada extremo de su amplitud de oscilación. El punto central (donde quedaría si estuviese quieto) se corresponde a un mínimo de potencial gravitatorio, los puntos extremos son "puntos de capturación", puntos de potencial mínimo magnético (en este caso). Imaginemos que un imán es ligeramente más grande que el otro (el de glaciación, en fuxia).

Ahora imaginemos que el péndulo necesita una energía para moverse (lógicamente) entonces, su posición total dependerá de la energía que le suministremos. Si le quitamos energía, el péndulo caerá en el imán más grande, si le añadimos energía, se excitará y oscilará pudiendo alcanzar el iman pequeño, pero como la energía es alta, abandonará el imán pequeño más rápidamente que el grande.

Aquí represento los puntos de equilibrio

Veamos un ejemplo.



1) Hace 130 mil años, el péndolo de metal se encontraba capturado por el iman pequeño. La misma excitación que portaba le hace saltar rápidamente del máximo y al cabo de 5 mil años empieza a bajar.

2) Al encontrarse con un mínimo de energía cae sobre el imán grande hace 110 mil años.

3) Al mismo tiempo, una oscilación doble de unos 60-80 W/m2 arranca el  péndolu del mán grande (glaciación) y lo sitúa cerca del mínimo potencial gravitatorio (el punto de equlibrio estático, linea imaginaria central). En este caso no se produjo resonancia de ruído, por lo que la amplitud total no fue suficiente para alcanzar el otro imán pequeño (el interglaciar)

4) La excitación parece seguir siendo insuficiente entre hace 20 y hace 70 millones de años. El péndulo apenas consigue arrancarse del imán grande, y oscila entre éste y la linea central imaginaria ("punto estático").

5) Hace 15 mil años, de repente se produce una excitación (un forzamiento de 80W/m2 de Milankovitch) de la misma amplitud que la de hace 60 mil años, pero ahora supuestamente se suma el efecto disparo, una resonancia de ruído que hace que el péndulo pueda alncanzar por fin el imán pequeño (el interglaciar) hace unos 12 mil años).

¿Qué pasaría si se cumple lo que pronostica el IPCC?

Codiciones de contorno

Primero situemos contextualmente en la situación de las variables globales más importantes:

- Estamos en un mínimo relativo de Milankovitch, con una tendencia a mantenerse o subir ligeramente dentro de 5 mil años (entre 5 y 10W/m2). Por tanto no supone una perturbación fuerte orbitorrotaional.

- Vamos hacia un mínimo solar hacia 2020 o 2030, de unos -3W/m2

- La temperatura actual está subiendo ligeramente (+0'6ºC últimos 30 años. El forzamiento radiativo neto parece haber subido unos +2W/m2 en los últimos 50 años


Pronóstico del IPCC

Vamos hacia un incremento de GEIs, importante, que podría suponer un forzamiento (junto con vapor de agua) superior a +10 W/m2 en menos de 100 años.

Parece ser que la perturbación del CO2 es mayor que la del sol.

Además las oscilaciones solares son más habituales para el sistema climático actual (con los mínimos potenciales modernos establecidos con glaciación-interglaciar), ya que ha actuado muchas más veces, "sin lograr arrancar el péndulo del imán pequeño ni si quiera cuando la perturbación de Milankovitch era favorable hace 5 mil años"

No obstante, la posible perturbación futura de hasta unos 700-1000 ppm de CO2 en menos de 100 años supondrá una condición extraña al sistema climático actual (que es diferente al de hace 5 millones de años, y al de hace 30 millones de años)


Hipótesis

La perturbación de GEIs hará engordar el imán amarillo.

Es decir, el mínimo potencial de "calor" podría ser más favorable que ahora, y eso no pasba desde hace millones de años, con la diferencia de que ahora los dmeas mínimos potenciales han cambiado.

Esa perturbación rápida podría provocar un desequilibrio global de todas las "oscilaciones pendulares" a una escala de décadas, debido a que:

Ante nuevas condiciones de mínimos potenciales, un sistema oscilante intenta buscar las nuevas posiciones de equilibrio, una tendencia que lo hace ocilar de formas muy irregulares.

Esto se correspondería con la teoría de perturbaciones de sistemas caóticos.

Una pequeña perturbación a un sistema caótico oscilante puede hacerle perder la regularidad y hacer que se comporte de forma prácticamente imprevisible.

Saludos 

Me lo he pasado como un enano leyéndote. 

Si me permites algunas reflexiones:

Podríamos entender que la temperatura de equilibrio a escala geológica está bajando en los últimos 2,5 millones de años. Ese cambio del punto de equilibrio ha venido acompañado (causal o no) de una perturbación cuya amplitud de oscilación ha aumentado. Y es lo qu se conoce como ciclos gaciares.

Lo que provocó ese cambio fue el cierre del itsmo de Pánama y la intercominicación entre el Atlántico y el Pacífico en esa zona. Eso crea una nueva redistribución de las corrientes oceánicas, sobre todo en el Atlántico, de tal forma que el calor del ecuador en el Atlántico que antes se desplazaba hacia el Pacífico, ahora se dirige por la corriente del golfo hacia el Norte, lo que lleva a la configuración final de lo que hoy conocemos como circulación Termohalina.  También se produjeron cambios en  en la circulación en el hemisferio Sur que ayudaron a la creación de la THC. El resultado es esa mayor amplitud con respecto al punto de equilibrio. 

Y ahí quería llegar, a la Circulación Termohalina.

Nota: Alguien podría pensar que la energía entrante se emplea en más fenómenos a parte de la reflexión y la emisión de cuerpo gris. Ciertamente, parte de la energía entrante se utiliza para alimentar el sistema biológico y el sistema motor oceánico-atmosférico, pero se supone que la energía circulante en la Tierra se transforma pero no cambia, por lo que no puede acumularse o perderse de forma indefinida, y por tanto, la que entra nueva ha de ser igual a la que sale.

* El resto de "almacenes" (vida y sistemas motores de los geofluidos, etc.) no toman directamente la energía del sol, sino de la temperatura de los geofluidos, por lo que está incluida en el balance del Output.

Vale. Reconozco que me ha costado, pero estoy cuasi de acuerdo. ¿Pero que pasa cuando ese output es diferido en el tiempo?

A traves de la circulación termohalina, los cambios que la actividad solar provocó en el Atlántico hace varios cientos de años, se traduce en cambios hoy en el Pácifico. De acuerdo que son oscilaciones multidecadales, que en el largo plazo, y por tanto en el equilibrio, sumarán cero, pero en el corto plazo, a cincuenta o cien años vista, pueden provocar pequeños desequilibrios de unas décimas de grado que creo que no se contemplan en los modelos climáticos. Por ejemplo: el enfríamiento de los 40-70; la ciencia del cambio climatico los atribuye a los forzamientos radiativos de los aerosoles, pero como ya he dicho en varias ocasiones, la PDO creo que tuvo mucho más que ver en esa bajada.

Y ahora vamos con esa hipótesis de los imanes que me ha encantado.

Pienso que no: si bien estamos engordando el imán pequeño, el de calor, creo que es insuficiente para contrarrestar todas las demás influencias. Lo que ha generado esas grandes oscilaciones no es sino el cierre del itsmo de Panamá y la creación de la circulación termohalina. Los ciclos de Milankovich o los rayos cósmicos  , hacen el resto. Creo que es algo mucho más poderoso que un posible cambio de 10 w/m2 por el CO2 y feedbaks. El imán gordo, el del frío, sigue siendo mucho más gordo y cuando llegue su momento ejercerá su acción. 

Estupendas reflexiones metragirta 

Pienso que no: si bien estamos engordando el imán pequeño, el de calor, creo que es insuficiente para contrarrestar todas las demás influencias. Lo que ha generado esas grandes oscilaciones no es sino el cierre del itsmo de Panamá y la creación de la circulación termohalina. Los ciclos de Milankovich o los rayos cósmicos  , hacen el resto. Creo que es algo mucho más poderoso que un posible cambio de 10 w/m2 por el CO2 y feedbaks. El imán gordo, el del frío, sigue siendo mucho más gordo y cuando llegue su momento ejercerá su acción. 

Es posible, pero fíjate que el forzamiento de Milankovitch actual es casi nulo (estamos ya en un mínimo, por lo que la próxima tendencia es a aumentar ligeramente)

Cuando debió empezar una posible glaciación es hace unos 3-5 mil años, y debió de ser "de golpe", pero no se produjo, porque el forzamiento negativo ha sido insuficiente y no ha podido provocar lo que se llama "resonancia de ruído climático", efecto disparo de retroalimenación positiva hielo-albedo-frío.

Es decir, parece ser que no se ha producido ese imporante acoplamiento que comentas entre las corrientes, el albedo y el forzamiento de Milankovith.

Sin embago quería insistir que más que las corrientes (el reparto de energía interna) lo que influye directamente sobre el clima es el albedo que provocaría ese cambio de corrientes. O al menos eso creo.

Saludos 

Quisiera sin embargo hacer un cálculo muy orientativo, con la esperanza de que la simplicidad de los cálculos se entiendan como divulgativos y no como errores.

Para entender las siguientes estimaciones es conveniente repasar los siguientes tópics:

Temperatura global
https://foro.tiempo.com/index.php/topic,78991.0.html
Ciclos solares
https://foro.tiempo.com/index.php/topic,78639.0.html
Calentamiento por efecto invernadero
https://foro.tiempo.com/index.php/topic,46476.0.html
Datos de CO2
https://foro.tiempo.com/index.php/topic,27503.0.html
Retroalimentación CO2-Vapor
https://foro.tiempo.com/index.php/topic,79069.0.html
Modelos climáticos
https://foro.tiempo.com/index.php/topic,79248.0.html

Y si se me ocurren más tópics relacionados ya los iré poniendo.

---

Sigamos con el modelo puntual

Se podría hacer con un modelo 1-dimensional, pero creo que con el modelo puntual todavía se pueden sacar muchas conclusiones cualitativas. ¿Y si lo ponemos a prueba cuanitativamente?

Ya hemos visto en este mismo tópic las predicciones de la temperatura global media aplicando la ley de "cuerpo gris" y los efectos invernaderos.

Ahora intentaremos precisar más, vamos a intentar explicar la temperatura de los últimos 50 años, y más aún, intentaremos hacer un pronóstico para la temperatura global (preclimática!) de los próximos 30 años!!!

Hay que tener en cuenta las limitaciones (insisto) que tenemos al hacer los cálculos en "4 lineas" sin utilizar computación compleja de algoritmos perfeccionistas y mucho más completos que la pequeña disertación cualitativa que aquí expongo. Aún así veremos que sorprendentemente se pueden obtener resultados cuantitativos que, en primera aproximación, son muy buenos.

Simplificaciones:

0) Insistimos en el modelo puntual con atmósfera (capa esférica muy fina cerca de la superficie).

1) Motor natural:

- El principal motor natural a 30 años vista es el sol
- Los ciclos de nubosidad y de corrientes podrían estar correlacionados, en parte con la actividad solar magnética.
- En cualquier caso, nos limitaremos a cuanifia de una forma muy sencilla el forzamiento radiativo solar a partir de manchas.
- Entenderemos que, en primera aproximación, las oscilaciones de corrientes (niño/niña, etc.) se anulan en un período de 30 años.
- El efecto de una gran erupción volcánica no va más allá de 2-3 años.

2) Motor antropogénico.

- La emisión de GEIs se produce de forma paralela entre sí, habiendo una buena correlación "causal" (comparten motivo causal).
- Supondremos que el forzamiento radiativo neto es aproximadamente lineal para 30 años vista, con un error menor al 30%.
- Supondremos que el balance de forzamiento total es aproximadamente del mismo valor que el forzamiento parcial de CO2, por comodidad.
- Supondremos que el vapor de agua global en primera aproximación no cambia, pero sí influye en el forzamiento ligado (de retroalimenación) con el CO2, pero este aporte extra, compensa algo la no linealidad del forzamiento de CO2, de tal modo que el forzamiento neto se acercaría un poco más a la linealidad en 30 años.

Con todo esto, vamos primero a cuantificar los dos motores principales del preclima

MOTOR NATURAL

Si no me equivoco, esta sería aproximadamente la influencia en forzamiento radiativo del sol hace 50 años y a 30 años vista.



MOTOR ANTROPOGÉNIO

Fijémenos sólo en hace 50 años y en los próximos 30 años.
La variación de CO2 ha sido casi lineal.



¿Qué pasa si juntamos las dos aportaciones?



Esta sería la reconstrucción de la temperatura global, en referencia a 2007, y teniendo en cuenta el pronóstico de la NASA respecto a los ciclos solares

Pero ¿esa reconstrución de la temperatura del pasado, se parece a la temperatura real?

 

Veamoslo! 

Temperatura global:

Comparación reconstrucción VS real



Podemos comprobar que nuestra predicción "de ir por casa con sandalias" no sólo entra dentro de las barras de error de la temperatura real medida sino que además se acerca mucho al valor central de dichas medidas!!

Sólo hay desviaciones debidas a anomalías como el niño, la niña y las erupciones volcánicas, pero son desviacones puntuales que no se propagan al largo de 30 años, sino que se aislan temporalmente y no afectan a nuestro modelo.

Conclusión:

Con un modelo puntual y aproximaciones muy bastas (de ir por casa, pero legítimas) podemos hacer una reconstrucción de la temperatura y un pronóstico para 30 años, con un error estimado de apenas una décima de grado. Por lo que es igual o más fácil hacer predicciones globales a 30 años que prediciones locales del tiempo a 1 día vista.

Saludos 

da gusto leerte vigilant, hay que ver como te lo curras.

Es posible, pero fíjate que el forzamiento de Milankovitch actual es casi nulo (estamos ya en un mínimo, por lo que la próxima tendencia es a aumentar ligeramente)

Cuando debió empezar una posible glaciación es hace unos 3-5 mil años, y debió de ser "de golpe", pero no se produjo, porque el forzamiento negativo ha sido insuficiente y no ha podido provocar lo que se llama "resonancia de ruído climático", efecto disparo de retroalimenación positiva hielo-albedo-frío.

Es decir, parece ser que no se ha producido ese imporante acoplamiento que comentas entre las corrientes, el albedo y el forzamiento de Milankovith.

Sin embago quería insistir que más que las corrientes (el reparto de energía interna) lo que influye directamente sobre el clima es el albedo que provocaría ese cambio de corrientes. O al menos eso creo.

Saludos 

Efectivamente, sería el albedo y las retroalimentaciones el causante final. Bien apuntado 

Con respecto a que se le ha pasado el arroz al actual interglacial... puede que esté a punto del toque de sal y pimienta. Mañana te lo explico con el Deuterio y el d18O de EPICA.

Al final te hemos hecho calcular la subida y te has adelantado. Buen trabajo .

Que conste que antes de hacer la mía, que es diferente, he preferido leerte con atención en todos estos tópics que has creado y que pasan a mi biblioteca particular. Y aún esperaré a que los finalices y los pueda digerir como es debido.

Saludos.

Espero con impaciencia tus explicaciones con el deuterio y el d18O 

En cuanto al cálculo de la temperatura, sería genial si tu ambién la calcularas, para ver si coincidimos o no. De ese modo, la independendia de los cálculos hace que el resultado obtenido sea más científico.

Saludos 

---

Añado:

En la wikipedia también han realizado una reconstrucción de la temperatura mucho más precisa que la que hemos realizado en este tópic: