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CÁLCULO DE FORZAMIENTOS RADIATIVOS DE LOS PRINCIPALES GASES DE EFECTO INVERNADERO QUE INFLUYEN EN EL IMPACTO DEL CAMBIO CLIMÁTICO USANDO MODELOS CLIMÁTICOS SIMPLES
GISELLE ALEJANDRA ROMAN CHONG
Ojetivo
•Comparar los resultados del cálculo del
forzamiento radiativo global para los principales
gases de efecto invernadero en condiciones de
cambio climático mediante el uso de dos modelos
climáticos simples.
El clima de la Tierra tiene el potencial de cambiar por la forma en que la
radiación de onda corta del Sol se dispersa y absorbe, y la radiación
infrarroja térmica es absorbida y emitida por la Tierra. Si el sistema climático
está en equilibrio, entonces la energía solar absorbida está exactamente
equilibrada por la radiación emitida al espacio por la Tierra. Cualquier
factor que pueda perturbar este equilibrio y, por tanto, potencialmente
alterar el clima, se llama agente de forzamiento radiativo.
El término "forzamiento radiativo o radiacional" se ha empleado en las
evaluaciones del IPCC (desde 1990, FAR) para denotar una perturbación
impuesta externamente en la cantidad de energía radiativa del sistema
climático de la Tierra. Tal perturbación puede ser provocada por cambios en
las concentraciones de especies radiativamente activas (CO2, CH4, N2O,
O3), cambios en la radiación solar incidente sobre el planeta u otros cambios
que afectan la energía radiativa absorbida por la superficie.
El forzamiento radiativo es una herramienta útil para estimar, en primer orden, los
impactos climáticos relativos debido a las perturbaciones inducidas por la radiación.
El parámetro de sensibilidad climática (respuesta global de temperatura superficial
promedio Ts al forzamiento radiativo ∆F) se define como:
∆𝑇𝑠 ∆𝐹 = 𝜆
En los modelos unidimensionales radiactivo-convectivos, en los que el concepto se inició por
primera vez, λ es un parámetro casi invariable, esta invariancia de λ ha hecho que el
concepto de forzamiento radiativo sea atractivo como una medida conveniente para
estimar la respuesta global anual a la temperatura de la superficie, sin tener que recurrir
para ejecutar y analizar un modelo tridimensional.
Aproximadamente la mitad de la radiación solar incidente (en
longitudes de onda entre 0.2 y 4.0 m) se absorbe en la superficie de
la Tierra, esta radiación calienta la superficie, que luego emite
energía en la región infrarroja térmica (4-IOO m), los componentes
de la atmósfera de la Tierra pueden absorber esta radiación y
posteriormente emitirla tanto hacia arriba al espacio como hacia
abajo a la superficie.
Esta emisión hacia abajo de la radiación sirve para calentar aún más
la superficie, este calentamiento se conoce como efecto invernadero, lo
que permite que exista la vida tal y como la conocemos en el planeta;
pues sin él, la temperatura promedio de la Tierra sería inferior a los
-18 °C.
• Las actividades humanas como la quema de combustibles fósiles y la
deforestación de los bosques y selvas intensifican el efecto invernadero natural,
al incrementar las emisiones de gases de efecto invernadero y modificar con ello
la composición de la atmósfera de la Tierra.
•
• El IPCC define a los gases de efecto invernadero como el componente gaseoso
de la atmósfera, ya sea de origen natural o antropogénico, que absorbe y emite
radiación en determinadas longitudes de onda del espectro de radiación
infrarroja térmica emitida por la superficie de la Tierra, por la propia atmósfera
y por las nubes.
Los principales gases responsables del efecto invernadero son:
• El vapor de agua (H2O) producido por la evaporación del agua
• El bióxido de carbono (CO2) generado a partir de la respiración de los seres vivos, la
descomposición de la materia orgánica muerta y los incendios naturales
• El metano (CH4) emitido por los humedales y los rumiantes durante su proceso digestivo
• El óxido nitroso (N2O) producido por la descomposición bacteriana de la materia
orgánica
• El ozono (O3) cuando resulta de la unión natural de tres átomos de oxígeno
A partir de la era industrial, las actividades humanas han añadido una mayor cantidad de
gases de efecto invernadero a la atmósfera, principalmente por la quema de combustibles
fósiles y la eliminación de bosques.
El forzamiento radiativo generalmente se cuantifica como la 'tasa de cambio de energía por unidad de área de la Tierra medida en la parte superior de la atmósfera', y se expresa en unidades de 'wats por metro cuadrado'. Cuando el forzamiento radiativo de un factor o grupo de factores se evalúa como positivo, la energía del sistema Tierra-atmósfera finalmente aumentará, lo que llevará a un calentamiento del sistema. En contraste, para un forzamiento radiativo negativo, la energía finalmente disminuirá, lo que llevará a un enfriamiento del sistema. Los desafíos importantes para los científicos climáticos son identificar todos los factores que afectan el clima y los mecanismos por los cuales ejercen un forzamiento, cuantificar el forzamiento radiativo de cada factor y evaluar el forzamiento radiativo total del grupo de factores.
Forzamiento radiativo (FR) medio mundial. Las columnas de la
derecha especifican los mejores cálculos de intervalos de
probabilidad; la extensión geográfica típica del forzamiento (escala
espacial); y el nivel de conocimiento científicoEl concepto de
forzamiento radiativo se ha empleado en modelos climáticos simples
que se basan en el supuesto de que la sensibilidad climática es
constante. Estos modelos a menudo usan fórmulas para el
forzamiento radiativo de gases de efecto invernadero individuales,
que han sido publicados por el IPCC.
• f(M,N) = 0.47
ln[1+2.01x10−5
(MN)0.75+5.31x10−15
M(MN)1.52]
• C es la concentración de
CO2 en ppm
• M es la concentración de
CH4 en ppb
• N es la concentración de
N2O en ppb
• X es la concentración de CFC
in ppb
En resumen, el efecto Invernadero consistente en la acumulación de calor en las capas bajas de la
atmósfera como consecuencia de la intervención de los conocidos como Gases de Efecto Invernadero (en
adelante GEI), quienes de forma natural en la atmósfera donde cumplen la función de elevar la
temperatura del planeta hasta niveles óptimos para la vida, sin embargo como los niveles naturales de
estos gases se ven incrementados por las emisiones resultantes de la actividad humana, es decir, que no
se producen de forma natural.
Por lo tanto, tenemos un incremento en su concentración en la atmósfera, resulta una mayor captación de
radiación infrarroja cuya consecuencia directa es el aumento del forzamiento radiativo y por tanto un
aumento en las temperaturas sobre la superficie, dando lugar al calentamiento global.
En 1990 y 1992, el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) desarrolló
varios escenarios de emisiones a largo plazo. Esos escenarios se han utilizado para el análisis de un
posible cambio climático, de sus repercusiones y de las opciones para mitigar dicho cambio. En 1996 el
IPCC decidió desarrollar un nuevo conjunto de que incluyen series temporales de emisiones y
concentraciones del conjunto completo de gases de efecto invernadero (GEI) y aerosoles y gases
químicamente activos.
Cada RCP proporciona solo uno de los muchos escenarios posibles que conducirían a las
características específicas del forzamiento radiativo. Los RCP generalmente se refieren a la porción
de la ruta de concentración que se extiende hasta 2100, para la cual los Modelos de Evaluación
Integrada produjeron escenarios de emisión correspondientes.
Cuatro RCP producidos a partir de modelos de evaluación integrados se seleccionaron de la
literatura publicada y se utilizan en la Quinta evaluación del IPCC como base para las predicciones
y proyecciones climáticas presentadas en los capítulos 11 a 14 del WGI AR5:
• RCP2.6 Una vía donde el forzamiento radiativo alcanza su punto máximo a aproximadamente 3
W m-2 antes de 2100 y luego disminuye (supone emisiones constantes después de 2100);
• RCP4.5 y RCP6.0 Dos vías de estabilización intermedias en las que el forzamiento radiativo se
estabiliza a aproximadamente 4.5 W m-2 y 6.0 W m-2 después de 2100 (suponen
concentraciones constantes después de 2150);
• RCP8.5 Una vía alta para la cual el forzamiento radiativo alcanza más de 8,5 W m-2 para
2100 y continúa aumentando durante cierto tiempo (supone emisiones constantes después de
2100 y concentraciones constantes después de 2250).
Emisiones Concentraciones
F. Radiativos Temperaturas
El modelo (MAGICC), es un modelo climático de complejidad simple. Fue desarrollado
originalmente por Tom Wigley (Centro Nacional de Investigación Atmosférica, Boulder, EE. UU., Y la
Universidad de Adelaida, Australia) y Sarah Raper (Universidad Metropolitana de Manchester,
Reino Unido) a fines de la década de 1980 y se desarrolló continuamente desde entonces. Ha sido
uno de los modelos climáticos ampliamente utilizados en varios informes de evaluación del IPCC. La
última versión, MAGICC6, está desarrollada conjuntamente por Malte Meinshausen (Instituto
Potsdam para la Investigación del Impacto Climático, Alemania, y la Universidad de Melbourne,
Australia).
Proporciona una descripción básica del modelo , mientras que las subsecciones describen el ciclo de
carbono de MAGICC, las parametrizaciones de la química atmosférica y la derivación
de concentraciones que no son de CO 2 , las rutinas de forzamiento radiativo y el módulo climático
para pasar del forzamiento radiativo al hemisférico (tierra y océano, por separado) a las
temperaturas medias globales ( modelo climático ), así como a la absorción de calor
oceánico. Finalmente, se proporcionan detalles sobre el esquema de implementación para el
módulo de clima oceánico de difusión ascendente-arrastre . MAGICC6 se ha codificado en
Fortran95, actualizado desde versiones anteriores de Fortran77.
El modelo de Mc Kay da una estimación de la sensibilidad del sistema climático
actual a las perturbaciones investigadas, así como información suficiente para
evaluar las fortalezas y debilidades del 1D RCM para otras aplicaciones de
modelado específicas.
La perspectiva del OGI 1D RCM en la modelación climática, describe un modelo en
el que la temperatura media anual de la superficie de la Tierra se estima a partir
de una consideración del equilibrio de energía entre la energía solar absorbida
por la Tierra y la radiación infrarroja irradiada desde la Tierra, este tipo de
modelo 1D es el modelo convectivo radiativo (RCM), en el que la altura vertical es
la única dimensión considerada.
Conclusión
En el trabajo realizado se han obtenido muchos resultados y
comprendido el funcionamiento y operación de modelos cimáticos
simples en los programas MAGICC y Mc Kay.
Además de que hacienda las comparaciones correspondientes se
han tenido resultados comparables.
Referencias
• http://www.ipcc.ch/ipccreports/tar/wg1/040.htm
• https://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/es/faq-10-3.html
• https://www.climatechangeinaustralia.gov.au/en/climate-campus/modelling-and-
projections/projecting-future-climate/greenhouse-gas-scenarios/
• https://wattsupwiththat.com/2018/12/01/scary-but-fake-news-about-the-national-climate-
assessment/
• http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/faq-2-1.html
• Mendoza, V., Garduño, R., Villanueva, E. (2015). Mexico’s contribution to global radiative forcing
by major antropogenic greenhause gases: 𝐶𝑂2, 𝐶𝐻4 and 𝑁2𝑂., Atmósfera, 28(3), 219- 227.
• IPCC. SAR.1997 Introducción a los modelos climáticos simples utilizados en el Segundo Informe de
Evaluación del IPCC. Documento Técnico II del IPCC. John T. Houghton, L. Gylvan Meira Filho,
David J. Griggs, Kathy Maskell. https://www.ipcc.ch/pdf/technical-papers/paper-II-sp.pdf
• Wigley, T.M.L., 2008. MAGICC/SCENGEN 5.3: USER MANUAL (version 2)
http://www.cgd.ucar.edu/cas/wigley/magicc/UserMan5.3.v2.pdf
• R.M. MacKay and M.A.K, Khalil, 1991. Theory and development of a one dimensional time
dependent radiative convective model. Chemosphere. Vol. 22, Nos 3-4, pp. 383 417