proyecciones climáticas - aemet. gobierno de españa€¦ · cambios en el balance energético y...

Proyecciones climaacuteticas 29DOI 1031978014-18-009-X29

chapaginaini29477ERNESTO RODRIacuteGUEZ CAMINOAacuterea de Evaluacioacuten y Modelizacioacuten del Clima (AEMC) Agencia Estatal de Meteorologiacutea (AEMET)

JOSEacute ANTONIO PARODI PERDOMODelegacioacuten territorial (DT) Murcia AEMET

FIDEL GONZAacuteLEZ ROUCO Y MARISA MONTOYA REDONDODepartamento de Astrofiacutesica y Ciencias de la Atmoacutesfera Instituto de Geociencias UCM-CSIC (DACA+IG)Facultad de Ciencias Fiacutesicas Universidad Complutense de Madrid (UCM)

The urgency of the situation crystallized only in the past few years We now have clear evidence of thecrisis provided by increasingly detailed information about how Earth responded to perturbing forcesduring its history and by observations of changes that are beginning to occur around the globe inresponse to ongoing climate change

JAMES HANSEN 2010Este capiacutetulo introduce las simulaciones a escala climaacutetica y las principales incertidumbres que afectan a eacutestas provenientesdel conocimiento actual de los forzamientos externos la variabilidad natural y la resolucioacuten numeacuterica de las ecuaciones deevolucioacuten del sistema climaacutetico en distintos intervalos temporales del pasado presente y del clima futuro Por medio deensembles eacutestas exploran principalmente las incertidumbres asociadas a los diferentes forzamientos externos descritos porescenarios de emisioacuten alternativos a las diferentes formas de representar el sistema climaacutetico por parte de una coleccioacuten demodelos climaacuteticos y a diferentes condiciones iniciales que exploran la variabilidad interna Las simulaciones del climapasado se basan en sistema(s) de prediccioacuten por conjuntos (SPC) o ensembles que exploran todas estas incertidumbrescentraacutendose en el caso de los forzamientos externos en las causas naturales que influyen en la variabilidad y el cambioclimaacutetico

Palabras clave sistemas de prediccioacuten por conjuntos aplicados a las proyecciones del clima escalas de variabilidadclimaacutetica ENSO NAO forzamientos climaacuteticos modelos climaacuteticos clima pasado proyecciones del clima IPCC cambioclimaacutetico

Imagen parte superior fuentes de incertidumbre en la simulacioacuten climaacutetica (fuente Cubasch et al 2013 [8]) composicioacuten artiacutestica conimagen de sateacutelite (ESA)

478 Fiacutesica del caos en la prediccioacuten meteoroloacutegica Capiacutetulo 29 Proyecciones climaacuteticas

Figura 291 Fuentes de incertidumbre en la simulacioacuten climaacutetica (fuente Cubasch et al 2013 [8])

291 Introduccioacuten

En los capiacutetulos previos el teacutermino caos (sec 54 enla paacutegina 63) se refiere fundamentalmente al resultadode interacciones dentro de la atmoacutesfera en un sentidometeoroloacutegico y a lo sumo de las interacciones dela atmoacutesfera con las primeras capas del oceacuteano Laevolucioacuten de estos sistemas es muy dependiente delas condiciones iniciales Por esta razoacuten de cara asimular el estado futuro el muestreo del espacio deestados se desarrolla realizando conjuntos (ensemblesver cap 13 en la paacutegina 165) de simulaciones a partirde diferentes condiciones iniciales o conjuntos de si-mulaciones en las que se usan diferentes modelos yoparametrizaciones (sec 105 en la paacutegina 137) en unintento de establecer diferentes hipoacutetesis acerca de lafiacutesica de los procesos involucrados

Cuando se ampliacutea el rango de escalas temporales yespaciales a considerar entramos en el dominio delclima En este contexto el comportamiento caoacutetico esel resultado no solamente de los procesos que se desa-rrollan en el subsistema atmosfeacuterico sino tambieacuten entodos los otros subsistemas del sistema Tierra y de lasinteracciones entre ellos Eacutesto ampliacutea el espectro demecanismos que contribuyen a la variabilidad climaacute-tica en relacioacuten a la meteoroloacutegica La variabilidad

y el cambio climaacutetico son el resultado de las interac-ciones de procesos internos y externos que afectan ala energiacutea del sistema En este contexto se usan tam-bieacuten ensembles por medio de conjuntos de modelosque permiten explorar diferentes representaciones delsistema climaacutetico (modelos de circulacioacuten general omodelos del sistema Tierra Global Circulation Model(GCM) o ESM de sus siglas en ingleacutes) en experimen-tos con diferentes condiciones iniciales y diferentescondiciones de contorno Estas uacuteltimas modulan laenergiacutea que entra en el sistema a traveacutes de diferentesfactores de forzamiento naturales (pej la variabilidadsolar o volcaacutenica) o antropogeacutenicos (pej variacionesen la concentracioacuten de los gases de efecto invernaderoyo aerosoles) En estas simulaciones el rango de laprediccioacuten se extiende a escalas temporales en las queel sistema va perdiendo la memoria de las condicio-nes iniciales y en las que domina la influencia de loscambios en la energiacutea del sistema impuestos por lascondiciones de contorno En este rango cuando sehacen estimaciones de las posibles evoluciones delclima en el futuro se deja de hablar de prediccioacutenpara hablar de proyeccioacuten climaacutetica

La Figura 291 ilustra las diferentes fuentes de incer-tidumbre asociadas a la simulacioacuten climaacutetica Auacutenen ausencia de forzamientos externos el clima variacutea

292 Escalas de variabilidad climaacutetica 479

por causas internas en torno a un estado de equilibrioEsta incertidumbre se explora en las simulaciones cli-maacuteticas al igual que en las meteoroloacutegicas utilizandoconjuntos de simulaciones con diferentes condicionesiniciales La Seccioacuten 292 discute las escalas de va-riabilidad climaacutetica y su relacioacuten con los mecanismosde variabilidad interna Las causas externas de varia-bilidad de origen natural o antropogeacutenico generancambios en el balance energeacutetico y en el estado deequilibrio del clima La simulacioacuten de la respuestaclimaacutetica a estos cambios depende de la magnitud delos mismos y de la sensibilidad climaacutetica del sistemai e de la tasa de cambio de temperatura por unidad decambio en la energiacutea (potencia radiativa por unidad desuperficie) recibida La incertidumbre asociada a lascausas externas se explora utilizando diferentes esce-narios posibles de cambios en el forzamiento externoEn las simulaciones de clima futuro esto se refiere fun-damentalmente a cambios asociados a las actividadeshumanas (produccioacuten eleacutectrica industria transporteganaderiacutea etc) En los estudios de climas pasados losescenarios consideran la incertidumbre en las recons-trucciones de forzamientos naturales (solar volcaacutenicou orbital) y tambieacuten los relacionados si procede conlas actividades humanas (pej cambios en los usos ycobertura del terreno) Aunque en los estudios de losclimas pasados recientes (eacutepoca instrumental) ademaacutesde las observaciones tambieacuten se utilizan diferentesreanaacutelisis y meacutetodos de reanaacutelisis basados en ensem-bles para estimar la incertidumbre observacional aun-que esta fuente adicional de incertidumbre no seraacuteanalizada en este capiacutetulo La Seccioacuten 293 en la paacutegi-na 487 introduce los diferentes factores de forzamien-to que se consideran para experimentos en diferentesperiacuteodos y escalas temporales La incertidumbre aso-ciada al desconocimiento de la sensibilidad climaacuteticadel sistema se explora utilizando diferentes modelosEn cada uno de ellos se resuelven las mismas ecua-ciones de la atmoacutesfera y el oceacuteano aunque siguiendodiferentes meacutetodos utilizando diferentes discretiza-ciones espaciales y temporales y representando losprocesos de escalas inferiores a la resolucioacuten del mo-delo por medio de parametrizaciones fiacutesicas (sec 105en la paacutegina 137) diferentes

Mientras que la Seccioacuten 294 en la paacutegina 493 se cen-tra en una descripcioacuten del estado actual de los modelosclimaacuteticos la Seccioacuten 295 en la paacutegina 499 describesu uso mediante ensembles para entender la evolu-cioacuten de las temperaturas en el periacuteodo histoacuterico en

diferentes estados del clima pasado o la realizacioacutende proyecciones de la evolucioacuten del clima futuro LaSeccioacuten 296 en la paacutegina 513 describe de una formamuy resumida queacute es el IPCC y cuaacutel es el consensoactual respecto al cambio climaacutetico desde el punto devista de las bases fiacutesicas Finalmente la Seccioacuten 297en la paacutegina 515 resume las conclusiones principalesde este capiacutetulo

292 Escalas de variabilidad climaacute-tica

Uno de los aspectos maacutes destacados del tiempo me-teoroloacutegico y del clima es su variabilidad El tiempometeoroloacutegico es la descripcioacuten de las condicionesatmosfeacutericas como temperatura viento lluvia etcen una determinada localidad y en un momento dadoVariacutea seguacuten la eacutepoca del antildeo y con cambios maacutes omenos marcados seguacuten la latitud la proximidad almar o la altitud

El clima de un lugar o regioacuten se define como el esta-do promedio del tiempo y maacutes formalmente comouna descripcioacuten estadiacutestica del tiempo atmosfeacuterico enteacuterminos de los valores medios y de la variabilidad delas magnitudes correspondientes durante periacuteodos quepueden abarcar desde meses hasta millares o millonesde antildeos El periacuteodo de promedio habitual es de 30antildeos seguacuten las recomendaciones de la OrganizacioacutenMeteoroloacutegica Mundial World Meteorological Orga-nization (WMO) Las magnitudes empleadas son casisiempre variables de superficie como la temperaturala precipitacioacuten o el viento En un sentido maacutes am-plio el clima es la descripcioacuten estadiacutestica del estadodel sistema climaacutetico de sus componentes la atmoacutes-fera hidrosfera criosfera litosfera y biosfera y delas interacciones entre ellas El clima variacutea en todaslas escalas de tiempo intra-anual interanual decadalsecular etc

El concepto de clima hace referencia a escalas tem-porales superiores a las asociadas a la meteorologiacutea yel clima medio de una localidad o regioacuten y se refiereal promedio de toda la sucesioacuten de estados meteoro-loacutegicos El concepto de variabilidad climaacutetica hacereferencia a las desviaciones respecto a ese estado me-dio que tienen su maacutexima expresioacuten en la ocurrenciade extremos


Figura 292 Espectro idealizado de frecuencias de la variabilidad climaacutetica En la parte superior aparecennombradas las escalas temporales y en la inferior (en rojo) los eventos y mecanismos (Fuente modificada de GHIL2002 [11])

Desde un punto de vista probabilista la variabilidad serepresenta por la anchura de la distribucioacuten de probabi-lidad de una determinada variable (pej la desviacioacutentiacutepica) y los extremos se caracterizan por la formade las colas de la distribucioacuten En la Figura 292 semuestra esquemaacuteticamente el anaacutelisis espectral de lavariabilidad climaacutetica de los uacuteltimos 10 millones deantildeos [11] en abscisas se representa el periodo en antildeosy en ordenadas la varianza Se pueden distinguir trestipos de variabilidad i) liacuteneas muy definidas que secorresponden con variaciones forzadas perioacutedicamen-te para los valores de 1 diacutea y 1 antildeo ii) picos maacutesanchos asociados con modos internos de variabilidady iii) una parte continua del espectro que refleja las va-riaciones forzadas estocaacutesticamente asiacute como el caosdeterminista (sec 54 en la paacutegina 63) Este uacuteltimorepresenta las variaciones irregulares que resultan dela interaccioacuten determinista de las retroalimentacionesno lineales

Entre las liacuteneas de 1 diacutea y 1 antildeo asociadas con elciclo diurno y anual respectivamente se encuentrala variabilidad sinoacuteptica de los sistemas meteoroloacutegi-cos de latitudes medias concentrada entre 3-7 diacuteasasiacute como la variabilidad intraestacional en la escalatemporal de 1 a 3 meses La variabilidad intraesta-cional comprende fenoacutemenos como la Oscilacioacuten deMADDEN-JULIAN (MJO de sus siglas en ingleacutes) delos vientos y la nubosidad en los troacutepicos asiacute comola alternancia de los episodios de circulacioacuten zonaly de bloqueo en las latitudes medias A la izquierdadel ciclo estacional se encuentra la variabilidad inter-anual asociada por ejemplo al hecho de que unos antildeossean maacutes caacutelidos o lluviosos que otros Esta variabili-dad estaacute dominada por distintos fenoacutemenos algunosmuy conocidos tales como El Nintildeo (sec 2921 enla paacutegina 484) o la Oscilacioacuten del Atlaacutentico Norte(sec 2922 en la paacutegina 485)


Figura 293 Conceptos de variabilidad y cambio climaacuteticos

La variabilidad climaacutetica puede deberse a procesosinternos naturales del sistema climaacutetico o a variacio-nes de forzamiento externo natural o antropogeacutenicoLa variabilidad natural puede ser interna (ruido natu-ral) o externa La interna estaacute asociada a la naturalezacaoacutetica del sistema climaacutetico debida a la presenciade procesos no lineales en cada subsistema a la exis-tencia de constantes de tiempo fiacutesicas diferentes y almodo en que los diferentes subsistemas se acoplan Lavariabilidad externa es el resultado de forzamientosexternos de origen natural (sentildeal natural) como sonlos cambios en los paraacutemetros orbitales de la Tierracambios en el forzamiento solar o las erupciones vol-caacutenicas El forzamiento externo natural se superponeal ruido natural e interacciona con eacutel

La variabilidad climaacutetica tambieacuten puede respondera causas externas no naturales antropogeacutenicas Estavariabilidad es debida a la respuesta a las actividadesde origen humano como la perturbacioacuten del efectoinvernadero por la emisioacuten de gases de efecto inver-nadero o la alteracioacuten de las propiedades fiacutesicas dela superficie por cambios en los usos y cobertura delterreno

Es importante distinguir entre variabilidad climaacuteticay cambio climaacutetico El cambio climaacutetico se identificacon un cambio en el estado medio del sistema yoen la variabilidad de sus propiedades y que persis-te durante largos periacuteodos de tiempo generalmentedecenios o periacuteodos maacutes largos El cambio climaacuteticosiempre estaacute relacionado con una alteracioacuten del equi-

librio energeacutetico del planeta bien debida a cambiosen el forzamiento externo (veacutease la Seccioacuten 293 enla paacutegina 487) que redundan en cambios en la energiacuteaextraterrestre que entra en el sistema bien debida acambios internos o externos que modifican el albedosuperficial o la composicioacuten quiacutemica de la atmoacutesfe-ra alterando asiacute la energiacutea saliente A lo largo de lahistoria de la Tierra ha habido muacuteltiples cambios cli-maacuteticos (veacutease la Seccioacuten 2953 en la paacutegina 502) LaFigura 293 ilustra esquemaacuteticamente los conceptosde variabilidad climaacutetica y cambio climaacutetico La va-riabilidad se representa como fluctuaciones alrededorde la evolucioacuten media calculada promediando en unperiodo de referencia Si la evolucioacuten media presentavariaciones persistentes en periodos largos tenemosadicionalmente cambio climaacutetico

Es muy importante dilucidar cuaacutendo determinadoseventos son atribuibles al cambio climaacutetico o por elcontrario son un reflejo de la variabilidad climaacuteticaLas tendencias del calentamiento global son gene-ralmente maacutes evidentes cuando se hacen promediosglobales de temperatura que cuando se consideranseries de temperatura local Esto se debe principal-mente a que la variabilidad interna del clima localse elimina en gran parte cuando se promedia paraobtener la temperatura global A escala regional lavariabilidad interna cobra importancia de modo quela diferenciacioacuten entre la respuesta al forzamiento ex-terno y la variabilidad interna puede ser maacutes evidenteen unas regiones que en otras y por tanto el cambiode temperatura local necesario para poder detectarlo


menor (Figura 294) Asiacute en los troacutepicos el rango devariabilidad interna es menor que otras regiones (pej

Eurasia) facilitaacutendose la diferenciacioacuten maacutes tempranade la respuesta forzada con respecto a la interna

Figura 294 Series temporales del cambio de la temperatura simulada en el periacuteodo histoacuterico (S XX) y proyectadapara el S XXI en cuatro localidades representativas para verano (curvas rojas) e invierno (curvas azules) Cada serietemporal aparece rodeada por una envolvente de los cambios proyectados (a partir de simulaciones con 24 modelosdiferentes) que emergen de la variabilidad natural (bandas grises simulada con los mismos modelos utilizando lascondiciones de forzamiento de principios del siglo XX) Todas las simulaciones proceden de simulaciones climaacuteticasdel Proyecto de Intercomparacioacuten de Modelos Climaacuteticos en su fase 5 (CMIP5 de sus siglas en ingleacutes [41]) con unforzamiento RCP 85 Las envolventes de los cambios proyectados y de la variabilidad natural se definen como plusmn2desviaciones estaacutendar (fuente Figura 1 de BINDOFF ET AL 2013 [1])


Con respecto a las estaciones del antildeo la variabili-dad de la temperatura tiende a ser menor en veranoque en invierno por lo que la respuesta forzada esmaacutes evidente en verano La atribucioacuten del aumento detemperatura a causas naturales o de origen humanorequiere involucrar en el razonamiento los cambiosen el forzamiento externo como origen de las altera-ciones en la energiacutea del sistema (Seccioacuten 293 en lapaacutegina 487)

Cuando se analiza la variabilidad climaacutetica el primerhecho que llama la atencioacuten es la existencia de es-tructuras de gran escala espacial aproximadamentefijas que tienen un comportamiento fluctuante con eltiempo Estas estructuras reflejan modos y regiacutemenesde variabilidad interna que con frecuencia ponen demanifiesto la existencia de teleconexiones es decirrespuestas atmosfeacutericas a perturbaciones que se pro-ducen en lugares remotos a miles de kiloacutemetros Unejemplo de teleconexioacuten puede ser la aparicioacuten de undeterminado patroacuten de presioacuten Generalmente se apli-ca a perturbaciones en la circulacioacuten atmosfeacuterica uoceaacutenica que son persistentes recurrentes y de ampliaescala espacial (continental o mayor)

Como en todo fluido en la atmoacutesfera y en los oceacuteanoslas perturbaciones se propagan a traveacutes de desplaza-mientos y movimientos ondulatorios en todo su volu-men Las teleconexiones pueden ocurrir de dos ma-neras En primer lugar la atmoacutesfera y los oceacuteanos seautoorganizan en una variedad de circulaciones cohe-rentes con distintas escalas espaciales y temporalestales como la ceacutelula de HADLEY el chorro subtro-pical los monzones las brisas de mar y de montantildeao la circulacioacuten general de los oceacuteanos Un cambioen la intensidad o posicioacuten de la circulacioacuten generalseraacute apreciable en una amplia zona Ademaacutes las per-turbaciones asociadas a estas circulaciones generanondas de distinta naturaleza que pueden ser bastantepersistentes Estas ondas no siguen necesariamente latrayectoria de las circulaciones antes mencionadas ypueden generar anomaliacuteas climaacuteticas regionales lejosde la fuente de la perturbacioacuten original

Las teleconexiones reflejan aspectos importantes de lavariabilidad interna del sistema climaacutetico y tambieacutende la interaccioacuten entre sus componentes Las fluctua-ciones asociadas a la variabilidad climaacutetica puedendescribirse y cuantificarse mediante un nuacutemero res-

tringido de modos o patrones de variabilidad que re-presentan circulaciones atmosfeacutericas yo oceaacutenicastiacutepicas [4] Estos modos se caracterizan por presentaruna estructura espacial cuasi-fija de gran escala y unaserie temporal asociada que caracteriza la evolucioacutende esta estructura su amplitud y su fase [44] Lasanomaliacuteas climaacuteticas asociadas a cada fase de deter-minada oscilacioacuten se transmiten sobre amplias zonasdel mundo a traveacutes de los mecanismos mencionadosanteriormente

La manera maacutes sencilla de identificar estos patronescon datos observacionales es elegir determinados pun-tos del globo y correlacionar la evolucioacuten temporal enestos puntos con la de todos los demaacutes Una teacutecnicaestadiacutestica maacutes sofisticada es el uso del Anaacutelisis enComponentes Principales teacutecnica basada en combi-naciones lineales de variables climaacuteticas en diferenteslocalidades que presentan una varianza maacutexima consujecioacuten a determinadas limitaciones de normaliza-cioacuten Esta teacutecnica permite obtener mapas de distri-bucioacuten espacial que explican la mayor parte de lavariabilidad espacial mediante un nuacutemero reducido depatrones baacutesicos quedando la variabilidad temporalexplicada por las series temporales asociadas a estospatrones espaciales Generalmente se considera queun modo de variabilidad es el producto de un patroacutenclimaacutetico y su serie temporal asociada Cada patroacuten devariabilidad tiene asociado unos impactos canoacutenicosen teacuterminos de variables climaacuteticas principalmentetemperatura y precipitacioacuten (veacuteanse las sec 2921 enla paacutegina siguiente y 2922 en la paacutegina 485 sobreejemplos de Patrones Globales de Variabilidad)

El origen de los modos que caracterizan la variabilidadclimaacutetica es muy diverso Asimismo su ocurrencia noes uniforme durante el antildeo Las estructuras espacialesde los modos la intensidad de sus centros de accioacuten ysu comportamiento en el tiempo variacutean en funcioacuten dela estacioacuten astronoacutemica considerada En Christensenet al (2013 [6]) puede verse un resumen de todos estosconceptos y los principales modos de variabilidad asiacutecomo sus principales impactos climaacuteticos regionales

Los modelos climaacuteticos son generalmente capacesde simular las principales caracteriacutesticas de muchosmodos de variabilidad climaacutetica y permiten ademaacutescomprender como dichos modos han cambiado enclimas pasados y pueden cambiar en el futuro [10]


2921 Ejemplos de Patrones Globales deVariabilidad El Nintildeo y la Oscilacioacutendel Sur

El principal modo de variabilidad tropical a escalainteranual estaacute asociado al fenoacutemeno de El Nintildeo y laOscilacioacuten del Sur (ENSO de sus siglas en ingleacutes) Suimportancia se debe a la magnitud de los intercambiosde calor entre el oceacuteano y la atmoacutesfera que afectana la temperatura media de la Tierra y que tienen unimpacto global afectando al ciclo hidroloacutegico y cau-sando por ejemplo lluvias torrenciales y sequiacuteas endiferentes partes del mundo Ocurre en escalas tem-porales de entre 3 y 7 antildeos alcanzando su amplitudmaacutexima en el verano austral La alta predecibilidadde ENSO estaacute en gran medida determinada por el ci-clo de vida de los procesos que lo constituyen conuna duracioacuten de aproximadamente un antildeo que vie-ne determinada por la memoria o inercia asociada

con el contenido caloriacutefico del oceacuteano superficial y elacoplamiento entre el oceacuteano y la atmoacutesfera

El ENSO se caracteriza por un calentamiento (enfria-miento) en su fase positiva (negativa tambieacuten deno-minada La Nintildea) del oceacuteano Pacifico tropical desde lacosta de Peruacute hasta el Paciacutefico central acompantildeadopor un descenso (aumento) en el gradiente de pre-siones entre el este y el oeste del Paciacutefico ecuatorialun cambio en el reacutegimen de vientos alisios sobre elPaciacutefico y en la pendiente de la termoclina con com-portamientos anoacutemalos en el sistema de afloramientodel Peruacute La Figura 295 partes ab muestra la tempera-tura superficial del mar (SST de sus siglas en ingleacutes)para dos casos tiacutepicos de ENSO positivo (El Nintildeo) ynegativo (La Nintildea) respectivamente La Figura 295parte c muestra la serie temporal asociada al patroacutenENSO que caracteriza la evolucioacuten de esta estructurasu amplitud y su fase

Figura 295 Estructura espacial de la SST en un antildeo con a) ENSO positivo (diciembre 1997) y b) ENSO negativo(diciembre 1999) [datos de reanaacutelisis NCEPNCAR (1949-2012) utilizando herramientas del NOAAESRL https www esrl noaa gov psd ] c) Serie temporal asociada al iacutendice ENSO 34 [Trenberth Kevin amp NationalCenter for Atmospheric Research Staff (Eds) Uacuteltima modificacioacuten 02 feb 2016 The Climate Data Guide NinoSST Indices (Nino 1+2 3 34 4 ONI and TNI) https climatedataguide ucar edu climate-datanino-sst-indices-nino-12-3-34-4-oni-and-tni ]


Figura 296 Correlacioacuten entre el iacutendice Nintildeo34 (promedio de SST 5ordmNndash5ordmS 170ordmndash120ordmW) y precipitacioacuten (GPCC v7)en el periodo 1901-2013 (a) marzo-mayo (b) junio-agosto (c) septiembre-noviembre y (d) diciembre-febrero(fuente Climate Explorer http climexp knmi nl )

El fenoacutemeno ENSO no solamente introduce variabi-lidad en la atmoacutesfera a escala local sino tambieacuten aescala global a traveacutes de teleconexiones

La alta predecibilidad de ENSO es la razoacuten de que laprincipal sentildeal de prediccioacuten a escala estacional endiferentes regiones esteacute ligada a las teleconexiones deENSO

El impacto de ENSO a escala global se muestra enla Figura 296 partes a-d en las que se representa amodo de ejemplo la correlacioacuten por estaciones entreel iacutendice Nintildeo34 (calculado como la anomaliacutea pro-medio de SST en el dominio 5ordmNndash5ordmS 170ordmndash120ordmW)y la precipitacioacuten en el periodo 1901-2013

De la figura se deduce la alta asociacioacuten lineal entre eliacutendice ENSO y la precipitacioacuten local en muchas regio-nes incluidas las extratropicales si bien la relacioacutenmuestra una fuerte estacionalidad

2922 Ejemplos de Patrones Globales deVariabilidad Oscilacioacuten del Atlaacutenti-co Norte

En cuanto a la atmoacutesfera el principal modo de va-riabilidad en el hemisferio norte extratropical es laOscilacioacuten Aacutertica (AO de sus siglas en ingleacutes) conun centro de accioacuten sobre el Aacutertico y un antinodo enlatitudes medias Debido a su simetriacutea zonal tambieacutense lo conoce como Modo Anular del Norte (NAMde sus siglas en ingleacutes) La AO fluctuacutea caoacuteticamenteen escalas temporales que van desde la diaria hastala anual Se caracteriza porque su extensioacuten verticalalcanza niveles estratosfeacutericos afectando a la variabi-lidad del voacutertice polar estratosfeacuterico La parte de laAO del sector atlaacutentico es el patroacuten conocido comoOscilacioacuten del Atlaacutentico Norte (NAO de sus siglas eningleacutes) La NAO es el uacutenico patroacuten que puede obser-varse a lo largo de todo el antildeo y la mayor fuente devariabilidad tanto estacional como interdecadal de lacirculacioacuten atmosfeacuterica sobre el continente europeoespecialmente en invierno cuando es maacutes pronuncia-


da La NAO identificada por primera vez a principiosdel siglo XX por SIR GILBERT WALKER (1924 [43])consiste en una fluctuacioacuten de un dipolo norte-sur deanomaliacuteas de presioacuten con un centro de bajas presio-nes situado en las proximidades de Islandia y otrocentro de signo opuesto que se situacutea sobre las latitu-des centrales del Atlaacutentico Norte entre 35ordmN y 40ordmN(anticicloacuten subtropical de las Azores) Hay varias for-mas de definir un iacutendice de la NAO por ejemploutilizando la diferencia de presioacuten en superficie en-tre estaciones situadas en altas latitudes (Reikiaviko Stykkisholmur) que representan las bajas presio-nes de Islandia y estaciones subtropicales (Lisboa oGibraltar) que representan las altas presiones en Azo-res Otra manera de definir un iacutendice de la NAO seriacuteamediante una aproximacioacuten estadiacutestica en la que seanalizan las series temporales y los patrones espacia-les mediante un anaacutelisis de componentes principales[17 19] La fase positiva de la NAO se caracterizapor alturas geopotenciales y presiones por debajo delos valores medios en la regioacuten de Islandia y por enci-ma de la media en la regioacuten de Azores Esto provoca

que ambos sistemas de presiones sean maacutes intensosy aumente por tanto el gradiente de presioacuten entreel norte y el sur y en consecuencia los vientos deloeste sobre las regiones centrales del Atlaacutentico NorteEn la fase negativa ocurre lo contrario y los sistemasde presiones son maacutes deacutebiles asiacute como los vientosdel oeste sobre el Atlaacutentico Norte Ambas fases estaacutenrelacionadas con cambios en la intensidad y posicioacutende la corriente en chorro del Atlaacutentico Norte y conmodulaciones de gran escala de los patrones normalesdel transporte zonal y meridional de calor y hume-dad que a su vez provoca cambios en los patrones detemperatura y de precipitacioacuten que se extienden desdeel este de Ameacuterica del norte a Europa occidental ycentral La Figura 297 parte a muestra la estructuraespacial del modo de variabilidad NAO definido a par-tir de un anaacutelisis de componentes principales comola funcioacuten ortogonal empiacuterica (EOF de sus siglas eningleacutes [25 26 33]) de las anomaliacuteas de la presioacuten re-ducida al nivel del mar en el sector Atlaacutentico definidopor 20deg-80degN 90degW-40degE

Figura 297 a) Estructura espacial del modo de variabilidad NAO (EOF1) en inviernoy b) su serie temporal asociada (Fuente Hurrell North Atlantic Oscillation (NAO) In-dex (PC-based) ndash veacutease maacutes en https climatedataguide ucar edu climate-datahurrell-north-atlantic-oscillation-nao-index-pc-based sthash sPKVZBnW dpuf )

293 Forzamientos climaacuteticos 487

Figura 298 Correlacioacuten estacional de la precipitacioacuten (GPCC v7) con el iacutendice NAO (CPC) en el mismo periodoinvernal 1950-2012 (fuente Climate Explorer http climexp knmi nl )

La Figura 297 en la paacutegina anterior parte b muestrasu serie temporal asociada Las fases positivas muyintensas asociadas con profundizacioacuten de las bajaspresiones de Islandia y reforzamiento de las altas pre-siones en Azores estaacuten relacionadas con temperaturasinvernales maacutes caacutelidas en el este de Estados Unidos yel norte de Europa y maacutes friacuteas en Groenlandia sur deEuropa y el Medio Oriente ya que la intensificacioacutende los vientos del oeste provoca una fuerte adveccioacutende masas de aire polar sobre Groenlandia y de masasde aire tropical sobre el noroeste de Europa Esta faseestaacute asociada tambieacuten a lluvias maacutes abundantes en elnorte de Europa y Escandinavia y precipitaciones pordebajo de la media en el sur y el centro de Europa enel periodo invernal Por el contrario patrones opues-tos de anomaliacuteas de temperatura y precipitacioacuten seobservan durante fases negativas intensas de la NAOLa Figura 298 muestra la correlacioacuten estacional de laprecipitacioacuten con el iacutendice NAO en el periodo inver-nal sobre el continente europeo Noacutetese la correlacioacutennegativa de la precipitacioacuten con la NAO en el sur deEuropa singularmente en la peniacutensula ibeacuterica y nortede Marruecos y positiva en la fachada maacutes occidentalde Europa septentrional

293 Forzamientos climaacuteticos

Entendemos como forzamiento climaacutetico cualquiermecanismo o factor que genera cambios en la energiacuteaneta que entra en el sistema climaacutetico Todos los for-zamientos climaacuteticos se pueden expresar por tanto enteacuterminos de un forzamiento radiativo entendido comoun cambio instantaacuteneo en el flujo radiativo (suma dela radiacioacuten de onda corta entrante y la larga salien-te en la cima de la atmoacutesfera en Wmminus2) Cualquiercambio en el balance radiativo redunda en cambiosen la temperatura de equilibrio del planeta y contribu-ye a la variabilidad y al cambio climaacutetico La razoacutenentre el cambio de temperatura global resultante y elforzamiento radiativo se conoce como sensibilidadclimaacutetica

La cantidad de energiacutea solar entrante puede versemodificada fundamentalmente por variaciones tem-porales en la irradiancia solar o por variaciones enel albedo terrestre Las variaciones de energiacutea debi-das a cambios en la radiacioacuten saliente en onda largase deben a cambios en la composicioacuten quiacutemica de laatmoacutesfera que alteran la intensidad del efecto inver-nadero


Figura 299 Ilustracioacuten de factores de forzamiento externo en diferentes escalas temporales a) Forzamiento asociadoa la actividad volcaacutenica solar y de gases de efecto invernadero considerado en los experimentos del CMIP5PMIP3para el uacuteltimo milenio Los diferentes colores indican estimaciones de diferentes bases de datos disponibles dos parael forzamiento volcaacutenico y cuatro para el solar La curva a trazos para variabilidad solar indica una reconstruccioacutenen la que solamente se tiene en cuenta el ciclo de actividad solar de 11 antildeos (modificado de Box TS5 Fig 1 Stockeret al 2013 [40]) b) Variaciones en la concentracioacuten de los gases de efecto invernadero maacutes importantes dioacutexido decarbono (CO2 verde) metano (CH4 naranja) y oacutexido nitroso (N2O rojo) obtenidas a partir de informacioacuten en lostestigos de hielo (puntos) y a partir de medidas directas atmosfeacutericas (liacuteneas figura modificada de Synthesis ReportFig 1 IPCC 2014 [34]) c) variaciones de las concentraciones de CO2 (testigos de hielo Antaacutertico) temperaturatropical (sedimentos marinos) antaacutertica (testigos de hielo) y variaciones en la fraccioacuten isotoacutepica δ18O en los uacuteltimos800 ka (foraminifera bentoacutenicos) y reconstrucciones del nivel del mar (modificado de Fig 53 Masson-Delmotte etal 2013 [28]) d) Variaciones en la fraccioacuten δ 18O en los uacuteltimos 400 ka e insolacioacuten a 65ordm N (modificado de Fig 2de Petit et al 1999 [35])


Los cambios en la irradiancia solar pueden deberse acambios en el flujo total de irradiancia o bien en sudistribucioacuten espectral Los cambios en el aacuterea total oen la forma del espectro solar son importantes por mo-dular la cantidad total de energiacutea entrante al sistemaclimaacutetico asiacute como la disponible en diferentes rangosde frecuencia Por tanto los cambios en la irradianciatotal o en la espectral regulan la energiacutea que interaccio-na con los diferentes componentes atmosfeacutericos (pejla radiacioacuten ultravioleta y el ozono) y la recibida en lasuperficie terrestre La irradiancia solar total (TSI desus siglas en ingleacutes) variacutea del orden del 01 (Figu-ra 299 en la paacutegina anterior) con un ciclo aproximadode 11 antildeos mientras que las variaciones espectrales enel ultravioleta pueden ser de varias unidades

Las primeras son relevantes para la superficie mien-tras que los cambios en el ultravioleta son relevantesen la estratosfera Las variaciones en la TSI se asocianfundamentalmente a variaciones en las estructurasmagneacuteticas en la superficie del Sol como las manchassolares y las faacuteculas El nuacutemero de manchas solares ysu posicioacuten evoluciona a lo largo de cada ciclo de acti-vidad solar durante aproximadamente 11 antildeos siendoeacuteste maacuteximo en el momento de mayor TSI

Los modelos actuales reproducen la variabilidad dela TSI desde la era satelital Para fechas anteriores a1978 esta informacioacuten se reconstruye a partir de datosindirectos (proxy) como el nuacutemero de manchas sola-res o la produccioacuten de isoacutetopos cosmogeacutenicos (10Be y14C) En el uacuteltimo milenio las variaciones de la TSIse caracterizan por pasar por miacutenimos importantesde 50 a 100 antildeos de duracioacuten (pej el Miacutenimo deMaunder 1645-1715) que se superponen a las varia-ciones decadales asociadas al ciclo de actividad solargenerando tendencias a largo plazo (Figura 299 en lapaacutegina anterior parte a) En escalas temporales maacuteslargas habriacutea que considerar los paraacutemetros orbitalesasociados a los cambios perioacutedicos de la excentricidadde la oacuterbita eliacuteptica de rotacioacuten de la Tierra alrededordel Sol (con periodos de 96 000 y 413 000 antildeos) lainclinacioacuten del eje de rotacioacuten de la Tierra (periodode 41 000 antildeos) y la precesioacuten de la oacuterbita de la Tie-rra (periodo de 21 000 antildeos) Los cambios en estosparaacutemetros orbitales (ciclos de MILANKOVITCH) sonla causa de la ocurrencia de ciclos glaciales durantelos dos uacuteltimos millones de antildeos aproximadamente

El forzamiento volcaacutenico influye en el albedo a tra-veacutes de los impactos de los aerosoles emitidos por laserupciones Los aerosoles emitidos alcanzan la es-tratosfera donde la dispersioacuten zonal y latitudinal es

global El aumento del albedo estratosfeacuterico asociadoa la presencia de aerosoles volcaacutenicos contribuye ala reduccioacuten de la radiacioacuten entrante de onda cortasolar y por tanto a un enfriamiento La intensidad dela misma depende de la distribucioacuten y tamantildeo de ae-rosoles la localizacioacuten de la erupcioacuten y otros factoresLa reconstruccioacuten del forzamiento volcaacutenico pasado(Figura 299 en la paacutegina anterior parte a) se hace apartir de la evaluacioacuten de la deposicioacuten de sulfatosen testigos de hielo en Groenlandia y en la Antaacutertiday la comparacioacuten con modelizacioacuten de la distribu-cioacuten de aerosoles y la profundidad oacuteptica El impactode las erupciones es de relativamente corta duracioacuten(interanual de 3 a 10 antildeos) aunque la acumulacioacutentemporal de erupciones contribuye a la variabilidadmultidecadal en el sistema

Ademaacutes de los aerosoles de origen volcaacutenico en laatmoacutesfera existen aerosoles de origen natural prove-nientes de fuentes orgaacutenicas (pej combustioacuten de ma-dera) minerales (pej polvo del desierto) o marinas(pej sales) Estos aerosoles actuacutean como nuacutecleos decondensacioacuten en la formacioacuten de nubes y en el trans-porte de humedad asiacute como en el balance radiativoAdicionalmente existe una gran cantidad de aeroso-les de origen humano asociados a las emisiones porla actividad industrial agriacutecola o el transporte (pejholliacuten [2]) Los aerosoles troposfeacutericos pueden absor-ber y dispersar en funcioacuten de su tamantildeo radiacioacutensolar y terrestre este efecto se conoce como el efectoradiativo directo Ademaacutes la composicioacuten tamantildeoy densidad de los aerosoles influye en la formacioacutende las nubes de tal forma que existe un efecto radia-tivo indirecto resultante de la modificacioacuten del colordistribucioacuten espacial y altura y duracioacuten de las nubesEl balance neto global es el de una disminucioacuten en laradiacioacuten entrante y por tanto de un enfriamiento

Las variaciones de las concentraciones de gases deefecto invernadero (GHG de sus siglas en ingleacutes) mo-difican la cantidad de radiacioacuten infrarroja absorbidapor la atmoacutesfera y reemitida a la superficie y puedenentenderse como el factor de forzamiento radiativomas importante (gt 2 Wmminus2 Figura 299 en la paacutegi-na anterior parte a) desde la era preindustrial Lasconcentraciones de los GHG maacutes importantes han pa-sado de ca 280 a 400 ppm (CO2) 800 a 1800 ppb(CH4) y 270 a 330 ppb (N2O) en los uacuteltimos dos si-glos (Figura 299 en la paacutegina anterior parte b) Lasconcentraciones actuales de CO2 son probablementesuperiores a las existentes en el uacuteltimo milloacuten de antildeos(Figura 299 en la paacutegina anterior parte c) Noacuteteseque en este periacuteodo tan amplio las concentraciones de


CO2 y las temperaturas del planeta variacutean de formasiacutencrona De este modo aumentos (disminuciones) enla temperatura del planeta disminuyen (aumentan) lacapacidad de captura de CO2 atmosfeacuterico por partedel oceacuteano generando el consiguiente aumento (dis-minucioacuten) de la concentracioacuten de CO2 que a su vezactuacutea como forzamiento radiativo positivo (negativo)que contribuye a un mayor calentamiento (enfriamien-to) Desde este punto de vista cuando un cambio detemperatura precede a las variaciones de los GHGse pueden entender estos uacuteltimos como parte de unmecanismo de retroalimentacioacuten maacutes que como unforzamiento Este comportamiento es caracteriacutesticode los ciclos glaciales en los que los cambios en losparaacutemetros orbitales generan variaciones importantesen la irradiancia normal recibida en superficie (Figu-ra 299 en la paacutegina 488 parte d) Cuando la energiacutearecibida a una determinada latitud es durante un largoperiacuteodo insuficiente para fundir todo la nieve caiacuteda eninvierno se acumula la nieve en superficie aumentael albedo y consecuentemente disminuye la tempera-tura por disminucioacuten de la radiacioacuten solar entranteEsta disminucioacuten activa procesos de retroalimenta-cioacuten positiva que involucran cambios en la circulacioacutenoceaacutenica y en uacuteltimo extremo de los GHG como losdescritos anteriormente en los que el enfriamiento se

amplifica dando lugar a una glaciacioacuten El procesocontrario se da en la transicioacuten de una glaciacioacuten a unperiodo interglacial que ademaacutes ocurre de modo maacutesabrupto La Figura 299 en la paacutegina 488 parte d ilus-tra los cambios en la fraccioacuten del isoacutetopo atmosfeacutericoδ 18O indicativo de la temperatura a partir de testigosde hielo y las variaciones de insolacioacuten a 65ordmN Lasvariaciones de temperatura global producen fusioacuten delhielo de los glaciares y mantos de hielo (Fig 299 enla paacutegina 488 c) y dilatacioacuten teacutermica de la columnade agua oceaacutenica con las consiguientes variacionessiacutencronas del nivel del mar (Fig 299 en la paacutegina 488c) la temperatura y el CO2

Los cambios en los usos y cobertura del suelo cons-tituyen un factor de forzamiento climaacutetico asociadoal aumento de la poblacioacuten la urbanizacioacuten la defo-restacioacuten y la evolucioacuten en las praacutecticas agriacutecolas Elprimer impacto de los mismos es fiacutesico a traveacutes delcambio del albedo superficial y la reflexioacuten de ondacorta solar y en la emisioacuten de aerosoles asociada ala desertizacioacuten en algunas regiones Adicionalmen-te existen consecuencias que podriacutean caracterizarsecomo quiacutemicas asociadas a los efectos en el ciclo delcarbono de los cambios en la cobertura vegetal y quecontribuyen al efecto invernadero

Figura 2910 Forzamiento radiativo total para las uacuteltimas deacutecadas del periacuteodo histoacuterico 1950-2005 (liacutenea negra) yRCPs (liacuteneas de color) en el siglo XXI con respecto a los niveles preindustriales adoptados en CMIP5 en el AR5 delIPCC En liacuteneas de trazos y siacutembolos se muestran las trayectorias de diferentes familias de escenarios de forzamientoradiativo en el AR3 y AR4 (SRES e IS92a) Fuente Figura 115 (Cubasch et al 2013 [8])


La seccioacuten laquoInfluencia del forzamiento radiativo en elclimaraquo (sec 2931 en la paacutegina siguiente) ilustra lainfluencia de los factores de forzamiento en los cam-bios de temperatura global en el periacuteodo industrial(1850-2005) En el contexto del CMIP5 este intervalotemporal se conoce como periacuteodo histoacuterico

Para las simulaciones de cambio climaacutetico futuro seadoptan escenarios de forzamiento radiativo asociadosolamente a las actividades humanas Estos escena-rios incluyen diferentes trayectorias posibles en lasemisiones de gases de efecto invernadero asociadosa posibles evoluciones de la sociedad en el futurodependiendo del crecimiento de la poblacioacuten y la de-manda energeacutetica de los desarrollos tecnoloacutegicos etc(Figura 2910 en la paacutegina anterior ver tambieacuten Sec-cioacuten 2956 en la paacutegina 508) El CMIP5 estableceescenarios conocidos como trayectorias de concentra-cioacuten representativa (RCP de sus siglas en ingleacutes) quese definen por el aumento total de forzamiento radiati-vo a finales del siglo XXI asociado a las emisiones deGHG y aerosoles

Este disentildeo fue adoptado para que fuese de utilidad enla toma de decisiones por parte de los gobiernos a lahora de evaluar especiacuteficamente la influencia de deter-minadas trayectorias de emisioacuten Se consideran cuatroescenarios en los que el aumento de forzamiento ra-diativo es de 26 45 60 y 85 Wmminus2 al final del sigloXXI La Figura 2910 en la paacutegina anterior muestraestos cuatro escenarios utilizados en el quinto infor-me del IPCC (ver Seccioacuten 2961 en la paacutegina 513)asiacute como tambieacuten para su comparacioacuten los usados eninformes anteriores del IPCC

Histoacutericamente estos escenarios incorporan solamen-te cambios en el forzamiento radiativo asociados alas actividades humanas Los escenarios RCP tal co-mo se puede apreciar en la figura incluyen tambieacuten

ciclos sinteacuteticos de variaciones en la actividad solarde 11 antildeos Aunque el ciclo es muy regular no seespera que la fase e intensidad del mismo en el futu-ro coincida con el impuesto en los escenarios No seconsidera actividad volcaacutenica en el futuro al no serposible anticipar la ocurrencia e intensidad de estoseventos

Para el anaacutelisis del clima anterior a la era instrumen-tal se determinan varios periacuteodos de referencia en elcontexto del CMIP5 Dentro del CMIP5 el proyectode Intercomparacioacuten de Modelos en Paleoclima ensu fase 3 (PMIP3 de sus siglas en ingleacutes) seleccionoacutetres periacuteodos de intereacutes en los cuales de establecie-ron escenarios de forzamiento radiativo de consenso(ver Seccioacuten 293 en la paacutegina 487) el uacuteltimo maacute-ximo glacial (LGM de sus siglas en ingleacutes) haceca 21 ka el Holoceno medio (MH de sus siglas eningleacutes) hace ca 6 ka y el uacuteltimo milenio (LM desus siglas en ingleacutes) identificado como el intervalo850 a 1850 preindustrial inmediatamente anterior alconocido como periacuteodo histoacuterico En los dos primerosse simulan condiciones medias de ese periacuteodo climaacuteti-co mientras que en el uacuteltimo se realizan simulacionestransitorias con cambios anuales en el forzamientoradiativo (Figura 299 en la paacutegina 488 parte a) Entodos los experimentos descritos en esta seccioacuten loscambios en el forzamiento se especifican como condi-ciones de contorno para la realizacioacuten de simulacionesEn los experimentos de cambio climaacutetico futuro larealizacioacuten de ensembles permite explorar las incerti-dumbres asociadas a la evolucioacuten futura del sistemaen diferentes niveles de emisioacuten En los escenariosdel pasado se explora la incertidumbre asociada a lareconstruccioacuten de los forzamientos naturales en elpasado La Figura 299 en la paacutegina 488 parte a mues-tra diferentes reconstrucciones de forzamiento solar yvolcaacutenico que han tenido en cuenta


Figura 2911 Variacioacuten de la temperatura en funcioacutende los factores de forzamiento natural (solar volcaacuteni-co) y antropogeacutenicos (gases de efecto invernadero yaerosoles) (modificada de FAQ 51 Figura 1 en Masson-Delmotte et al 2013 [28]) a) Anomaliacuteas de temperaturaglobal en superficie de 1870 a 2010 con respecto al pe-riacuteodo 1961-1990 (negro) frente a estimaciones de tempe-ratura (rojo) usando un modelo que incluye la respuestade la temperatura a los cambios en la irradiancia solar(b) la actividad volcaacutenica (c) la variabilidad internaglobal del sistema representada por el iacutendice del ENSO(d) y la contribucioacuten antropogeacutenica de los GHG y aero-soles (e) Noacutetese los diferentes rangos de variacioacuten en larespuesta de la temperatura La zona sombreada repre-senta el intervalo de mayor crecimiento de la respuestaa la componente antropogeacutenica

2931 Influencia del forzamiento radia-tivo en el clima

Los forzamientos climaacuteticos naturales y antropogeacute-nicos permiten explicar las variaciones de tendenciaa largo plazo en la temperatura global observada ensuperficie

La Figura 2911 muestra el efecto en la temperatura delas variaciones de la TSI la actividad volcaacutenica y losgases de efecto invernadero y aerosoles desde 1850Para ello se ha considerado una regresioacuten muacuteltiplede la temperatura con cada una de estas variables yla variabilidad interna representada en este caso porel iacutendice del ENSO La suma de todas estas compo-nentes es consistente con los cambios en variabilidadmultidecadal de las temperaturas a lo largo del periacuteodoindustrial

El efecto del forzamiento volcaacutenico fue notable a fina-les de los siglos XIX y XX La variabilidad de la TSIcontribuyoacute junto con la componente antropogeacutenica alaumento de temperatura de los antildeos 1920 a 1950 Lavariabilidad solar se mantiene estable o decrece desde1980 periacuteodo durante el cual la aportacioacuten al aumen-to de temperatura la realiza el forzamiento radiativoantropogeacutenico Por tanto a partir de consideracionesradiativas es posible argumentar que la mayor partedel aumento de temperatura desde la mitad del sigloXX se debe a las actividades humanas

La variabilidad interna no presenta tendencias a largoplazo La graacutefica muestra que la variabilidad inter-anual de las estimaciones a lo largo de todo el periacuteodoes inferior a la de las observaciones Esto es una indica-cioacuten de que el iacutendice ENSO utilizado para representarla variabilidad interna del sistema explica solamenteuna parte de la misma y existen otras contribucionesque no se han tenido en cuenta en esta aproximacioacutensencilla

Por otro lado la mayor parte de las tendencias a lar-go plazo quedan bien descritas por los forzamientosincluidos

294 Modelos climaacuteticos 493

Figura 2912 Ilustracioacuten esquemaacutetica de la malla procesos representados y usos de un AGCM tridimensional (vertexto)

294 Modelos climaacuteticos

La herramienta fundamental para el estudio cuanti-tativo del clima son los modelos climaacuteticos y comose describiraacute maacutes adelante su extensioacuten a los ESM(veacutease la Figura 2912) La utilizacioacuten de modelos poruna parte nos permite tratar y analizar sistemas quepor su complejidad son inabordables Por otra la rea-lizacioacuten de experimentos controlados es consustancialal meacutetodo cientiacutefico pero en general muy difiacutecil en elaacutembito de las ciencias de la Tierra La sustitucioacuten delsistema real por modelos del mismo permite la reali-zacioacuten de experimentos por medio de simulacionesnumeacutericas Ejemplos concretos son la imposicioacuten decambios en las condiciones iniciales o de contornoincluyendo los forzamientos climaacuteticos la topografiacuteao la distribucioacuten de los continentes

En el aacutembito de la atmoacutesfera y el oceacuteano los modelosque constituyen el estado del arte del conocimientoson los GCM (ver Seccioacuten 291 en la paacutegina 478)tanto atmosfeacutericos (AGCM de sus siglas en ingleacutes)

como oceaacutenicos (OGCM de sus siglas en ingleacutes) Eldesarrollo de los AGCM tiene su origen en los mode-los de prediccioacuten numeacuterica del tiempo adaptados paralos objetivos climaacuteticos (sec 2942 en la paacutegina 497)Los GCM simulan la dinaacutemica de la atmoacutesfera y eloceacuteano en tres dimensiones a partir de las ecuacio-nes fundamentales que gobiernan estos sistemas esdecir de principios fiacutesicos fundamentales Eacutestos sonla conservacioacuten del momento la energiacutea y la masay la ecuacioacuten de estado (sec 104 en la paacutegina 135)Cada uno de ellos se expresa mediante una ecuacioacutenAdemaacutes se necesitan ecuaciones adicionales para laevolucioacuten de la concentracioacuten de sustancias caracteriacutes-ticas de cada sistema como la humedad en el caso dela atmoacutesfera o la salinidad en el del oceacuteano asiacute comocualquier otra sustancia presente en estos sistemasEsto nos proporciona un sistema de ecuaciones cerra-do con igual nuacutemero de ecuaciones que de incoacutegnitasque en principio puede resolverse para cualquier ins-tante y punto del espacio Sin embargo por contenerteacuterminos no lineales estas ecuaciones no pueden re-solverse analiacuteticamente (sec 515 en la paacutegina 54)


Por esta razoacuten su resolucioacuten se lleva a cabo numeacuteri-camente reemplazando las ecuaciones continuas enderivadas parciales por ecuaciones discretizadas espa-cial y temporalmente con una resolucioacuten determinaday eligiendo un sistema de coordenadas adecuado tantoen la horizontal como en la vertical y esquemas ade-cuados para resolver numeacutericamente las ecuaciones(Figura 2912 en la paacutegina anterior) Un aspecto im-portante es que al resolver las ecuaciones se hacenciertas aproximaciones en eacutestas que simplifican su so-lucioacuten sin que se pierda informacioacuten relevante desdeun punto de vista climaacutetico

La discretizacioacuten de las ecuaciones fundamentales auna resolucioacuten espacio-temporal dada estaacute limitadapor la capacidad computacional La resolucioacuten tiacutepicade los modelos climaacuteticos ha aumentado en paralelocon el aumento de los recursos computacionales a lolargo del tiempo (cap 11 en la paacutegina 145) Un as-pecto muy importante es que a cualquier resolucioacutenespacial siempre habraacute procesos que el modelo re-solveraacute expliacutecitamente y otros que no por ocurrir aescalas inferiores a la resolucioacuten del modelo Estos uacutel-timos se denominan procesos de submalla o subrejillae incluyen multitud de procesos fiacutesicos importantes(parametrizaciones sec 105 en la paacutegina 137) enel caso de la atmoacutesfera los procesos radiativos laturbulencia la conveccioacuten la cubierta de nubes lamicrofiacutesica de nubes o el arrastre orograacutefico Estosprocesos no pueden ignorarse por ser fundamentalesdesde el punto de vista fiacutesico y afectar a los campos re-sueltos expliacutecitamente por el modelo Con frecuenciade hecho estaacuten relacionados con procesos de retornoal equilibrio dinaacutemico o termodinaacutemico e ignorarlosconduciriacutea a errores en la simulacioacuten Por esta razoacuten esnecesario incluirlos bien en las ecuaciones bien me-diante ajustes adicionales al margen de eacutestas Esto selleva a cabo mediante representaciones parameacutetricas apartir de los campos resueltos o parametrizaciones Laexactitud de las parametrizaciones depende de nuestracomprensioacuten de los procesos fiacutesicos subyacentes y de-termina la calidad de las simulaciones Por esta razoacutenlas parametrizaciones han sido y son objeto de intensainvestigacioacuten Noacutetese que a medida que la resolucioacutenespacial de un modelo aumenta existen procesos quepor sus escalas espaciales caracteriacutesticas podraacuten re-solverse con lo que su parametrizacioacuten deja de sernecesaria Un ejemplo de ello es la conveccioacuten quese parametriza en los modelos de resolucioacuten relativa-mente grosera que utilizan la aproximacioacuten de balancehidrostaacutetico pero que se resuelve ndashal menos en parte-en los modelos de alta resolucioacuten no hidrostaacuteticos

(sec 104 en la paacutegina 136) Sin embargo hay otrosprocesos que incluso a muy alta resolucioacuten siempreseraacute necesario parametrizar como los procesos radia-tivos que tienen lugar a escalas espaciales atoacutemicas ymoleculares o la microfiacutesica de nubes que ocurre aescalas de miliacutemetros a micras

Los AGCM se desarrollaron a partir de los modelosatmosfeacutericos de prediccioacuten numeacuterica del tiempo adap-tados a los objetivos de las simulaciones climaacuteticasLos AGCM requieren la prescripcioacuten de condicionesde contorno asiacute como la inclusioacuten de un modelo desuelo para caracterizar el tipo de suelo la vegetacioacutenel almacenamiento de agua en forma de humedadnieve o acuiacuteferos Esta caracterizacioacuten es necesariapara poder determinar propiedades como el albedosuperficial la evapotranspiracioacuten o la rugosidad quese utilizan en el caacutelculo de los flujos de momentocalor y agua intercambiados con la superficie asiacute co-mo la escorrentiacutea Mientras que en las simulaciones acorto plazo pueden despreciarse las variaciones en lascondiciones oceaacutenicas que por tanto pueden prescri-birse como condiciones de contorno para los modelosatmosfeacutericos las simulaciones a maacutes largo plazo re-quieren la incorporacioacuten de las interacciones entre laatmoacutesfera y el oceacuteano Esto motivoacute el desarrollo delos modelos oceaacutenicos (veacutease sec 2942 en la paacutegi-na 497) Una componente esencial del oceacuteano es elhielo marino que se forma cuando el agua superficialdel oceacuteano se congela

Figura 2913 Evolucioacuten temporal del desarrollo de losmodelos climaacuteticos Se muestra la incorporacioacuten de nue-vas componentes asiacute como el incremento con el tiempode la complejidad y el rango de los procesos representa-dos ilustrados por el crecimiento los cilindros (Fig 13de Cubasch et al 2013 [8])


La atmoacutesfera el oceacuteano y el hielo marino son esencial-mente componentes fiacutesicas descritas por los princi-pios fiacutesicos fundamentales mencionados anteriormen-te Junto con los modelos de suelo eacutestas constituyenlas componentes baacutesicas de los AOGCM los modelosque representaban el estado del arte hasta finales delos antildeos 90 (Figura 2913 en la paacutegina anterior) Unaspecto importante es que el desarrollo de los modeloses modular en el sentido de que sus componentes sedesarrollan por separado para ser finalmente acopla-das

Al igual que ocurrioacute al pasar de los modelos meramen-te atmosfeacutericos en estudios a corto plazo a los modelosacoplados de atmoacutesfera y oceacuteano para estudios climaacute-ticos a medida que ha aumentado la complejidad delas preguntas cientiacuteficas ha surgido la necesidad deaumentar el nuacutemero de componentes de los mode-los climaacuteticos En general existe una relacioacuten directaentre la escala temporal de intereacutes y el nuacutemero decomponentes del sistema terrestre que deben conside-rarse (Figura 2914) En la actualidad se acepta quela comprensioacuten completa del clima involucra a todaslas componentes del sistema terrestre la atmoacutesferano soacutelo desde el punto de vista fiacutesico sino tambieacutenquiacutemico la litosfera la biosfera tanto marina comoterrestre y la criosfera Los modelos correspondientesson los ESM y constituyen las herramientas del estadodel arte actual de la simulacioacuten climaacutetica Asiacute cadavez maacutes modelos tratan de incorporar nuevos procesosy componentes (Figura 2913 en la paacutegina anterior)Mientras los AOGCM de los antildeos 70-90 considerabanesencialmente las componentes fiacutesicas del sistema te-rrestre (atmoacutesfera oceacuteano hielo marino y suelo) losESM incorporan procesos adicionales no estrictamen-te relacionados con estas componentes fiacutesicas Asiacuteestos modelos tratan de representar el papel de los

aerosoles en los procesos radiativos la quiacutemica atmos-feacuterica o el ciclo de carbono El efecto de los aerosoleses una de las principales fuentes de incertidumbre enlos forzamientos radiativos como consecuencia de sumuy diferente origen caracteriacutesticas y propiedadesasiacute como de la dificultad de caracterizar su interaccioacutencon la radiacioacuten Las interacciones entre la quiacutemicay el clima son esenciales para el estudio de efecto dela creacioacuten y recuperacioacuten del agujero de la capa deozono La quiacutemica y el caacutelculo del ozono estratos-feacuterico se han incorporado recientemente en algunosmodelos La dinaacutemica estratosfeacuterica puede afectar ala circulacioacuten troposfeacuterica Por esta razoacuten muchosmodelos son capaces en la actualidad de resolver laestratosfera Incluir el ciclo de carbono involucra re-presentar las fuentes y sumideros de carbono en elsistema terrestre y por tanto la biogeoquiacutemica terres-tre y oceaacutenica En estos modelos en su versioacuten maacutescompleta y realista la concentracioacuten de CO2 no vieneimpuesta externamente sino que se calcula conside-rando las fuentes y sumideros del sistema al igual quepara cualquier otro gas atmosfeacuterico que forme partede un ciclo cerrado del sistema terrestre incluyendolas bioloacutegicas como la biosfera terrestre y la biogeo-quiacutemica marina (Figura 2915 en la paacutegina siguiente)La vegetacioacuten terrestre ademaacutes puede prescribirse co-mo en los modelos de suelo relativamente sencillos orepresentarse de modo interactivo mediante modelosdinaacutemicos globales que permiten calcular la evolucioacutendinaacutemica de la cubierta de vegetacioacuten que afecta nosoacutelo al ciclo de carbono sino al caacutelculo de flujos decalor y humedad Por uacuteltimo una componente fun-damental del sistema terrestre y que hasta ahora seha incluido en muy pocos modelos es la componenteterrestre de criosfera que comprende los mantos dehielo de la Antaacutertida y Groenlandia cuyas variacionespueden afectar considerablemente al nivel del mar

Figura 2914 Esquema que ilustra las escalas espacio-temporales tiacutepicas de los diferentes modos de variabilidadclimaacuteticos y la relevancia de diferentes componentes del sistema terrestre a las distintas escalas (ver texto)


Figura 2915 Esquema que ilustra las diferencias en-tre un modelo climaacutetico que incluye las componen-tes fiacutesicas del sistema climaacutetico (atmoacutesfera oceacuteanohielo marino y suelo) y un modelo del sistema te-rrestre que en este caso incluye el ciclo de carbonoy las fuentes y sumideros de eacuteste asociados a labiosfera terrestre y la biogeoquiacutemica marina (Figde https soccom princeton edu contentwhat-earth-system-model-esm )

2941 Predicciones y proyecciones cli-maacuteticas

Una pregunta que surge con frecuencia en el contextode la simulacioacuten numeacuterica del clima en particular conla realizacioacuten de proyecciones futuras es

iquestCoacutemo es posible simular el clima a cien antildeos vista sini siquiera somos capaces de predecir el tiempo conun horizonte de prediccioacuten de dos semanas La res-puesta a esta pregunta es que estos dos problemas sonde naturaleza diferente mientras que la prediccioacutendel tiempo a corto plazo es un problema de valoresiniciales donde capturar bien las condiciones inicia-les es esencial y por tanto cualquier desviacioacuten conrespecto a las condiciones iniciales exactas se traduceen errores que crecen ilimitadamente las proyeccio-nes climaacuteticas a largo plazo constituyen un problemade condiciones de contorno impuestas por los forza-mientos (son problemas de predecibilidad distintosveacutease sec 122 en la paacutegina 157) Mientras que laspredicciones del tiempo intentan capturar con la ma-yor fidelidad posible la trayectoria exacta del sistemalas proyecciones simplemente ofrecen una trayectoriaplausible de este compatible con las condiciones decontorno Entre ambas se encuentran las asiacute llamadaspredicciones climaacuteticas donde tanto las condicionesiniciales como las condiciones de contorno son rele-vantes (Figura 2916) Un aspecto importante es queaunque los modelos climaacuteticos (veacutease Seccioacuten 294en la paacutegina 493) se desarrollaron a partir de los mo-delos de prediccioacuten numeacuterica del tiempo adaptadospara las objetivos y escalas espacio-temporales tiacutepi-cas del clima en la actualidad se apunta a lo que asiacutese denomina una simulacioacuten sin costuras (en ingleacutesseamless) es decir la utilizacioacuten de los mismos mode-los para simulacioacuten futura a todas las escalas espaciotemporales

Figura 2916 Esquema que ilustra la progresioacuten desde las predicciones a escalas temporales cortas queconstituyen un problema de valores iniciales a las proyecciones climaacuteticas que son problemas de condicionesde contorno forzadas La prediccioacuten decadal ocupa el teacutermino medio entre ambos (Fig 12 de Kirtman et al2013 [23])


Figura 2917 Aacuterbol genealoacutegico de algunos de los maacutes importantes modelos de circulacioacuten general de la atmoacutesfera(http pne people si umich edu sloan mainpage html )

2942 Historia del desarrollo de los mo-delos

Los modelos climaacuteticos tienen su origen en los mode-los de prediccioacuten del tiempo [9] Como se ha descrito(Seccioacuten 35) tras el eacutexito de la primera prediccioacuten nu-meacuterica del tiempo por CHARNEY ET AL en 1950 [5]se llevoacute a cabo una simulacioacuten a maacutes largo plazo unmes mediante un modelo sencillo (cuasigeostroacutefico)con soacutelo dos niveles verticales en un uacutenico hemisfe-rio Los resultados reflejaban las caracteriacutesticas dela circulacioacuten general atmosfeacuterica JOHN VON NEU-MANN miembro del equipo del ENIAC reconocioacute deinmediato su importancia no soacutelo la escala sinoacutepticaresponsable de las variaciones en el tiempo a esca-la diaria podiacutea simularse a partir de las ecuacionesfundamentales sino tambieacuten la circulacioacuten generalatmosfeacuterica

El gobierno de los EE UU enseguida proporcionoacutelos fondos para el desarrollo de un modelo globaltridimensional de ecuaciones primitivas de la circu-lacioacuten general de la atmoacutesfera (AGCM de sus siglasen ingleacutes) proyecto llevado a cabo por JOSEPH SMA-GORINSKY SYUKURO MANABE y otros en el queahora se conoce como Geophysical Fluid DynamicsLaboratory (GFDL)

Enseguida surgieron iniciativas similares en otras ins-tituciones de los EE UU como la Universidad de Ca-lifornia en Los Aacutengeles (UCLA) liderada por AKIOARAKAWA y YALE MINTZ [29] o el National Cen-tre for Atmospheric Research (NCAR) institucioacutenliderada por WARREN WASHINGTON y AKIRA KA-SAHARA

Los AGCM evolucionaron por tanto a partir de losmodelos atmosfeacutericos de prediccioacuten numeacuterica deltiempo Al contrario que las simulaciones a corto pla-zo en las que pueden despreciarse las variacionesen las condiciones oceaacutenicas que por tanto puedenprescribirse como condiciones de contorno para losmodelos atmosfeacutericos las simulaciones a maacutes largoplazo requeriacutean la inclusioacuten de las interacciones entrela atmoacutesfera y el oceacuteano Esto motivoacute el desarrollo demodelos oceaacutenicos a partir de los antildeos 60 primeroen el GFDL Inicialmente se utilizaron modelos muysimples de pocos niveles verticales con intercambiode humedad yo calor seguidos de modelos de la capade mezcla oceaacutenica sin transporte de calor oceaacutenicoy finalmente modelos de ecuaciones primitivas tri-dimensionales oceaacutenicos (OGCM de sus siglas eningleacutes) El acoplamiento entre los AGCM y OGCMdio lugar al nacimiento de los modelos acoplados dela circulacioacuten general de la atmoacutesfera y el oceacuteano(AOGCM de sus siglas en ingleacutes)


En los antildeos 70 y 80 surgieron iniciativas similaresen muchas instituciones entre ellas instituciones eu-ropeas como el ECMWF o el Instituto Max Planckde Meteorologiacutea en Hamburgo en Alemania (MPI desus siglas en ingleacutes) Muchos de los nuevos modelosse desarrollaron a partir de los existentes previamen-te Por ejemplo el modelo atmosfeacuterico del MPI seconstruyoacute adaptando el modelo del ECMWF a losobjetivos de las simulaciones climaacuteticas (Figura 2917en la paacutegina anterior)

Un aspecto crucial que contribuyoacute a fomentar el in-tereacutes en el desarrollo de los modelos climaacuteticos fue-ron los problemas medioambientales entre ellos elcambio climaacutetico La constatacioacuten en los antildeos 60 delaumento en las concentraciones atmosfeacutericas de CO2llevoacute a considerar la posibilidad de un calentamientopor aumento del efecto invernadero El calentamientoglobal se convirtioacute en un problema poliacutetico y cientiacute-fico y se empezoacute a tratar de obtener una estimacioacutende la respuesta de la temperatura a un aumento enla concentracioacuten atmosfeacuterica de CO2 La AcademiaNacional de Ciencias de los EE UU creoacute un comiteacutepresidido por JULE CHARNEY que comparoacute los resul-tados de dos AOGCM independientes los de GFDLy NCAR encontrando en ambos un aumento de lastemperaturas en respuesta a una duplicacioacuten de CO2entre 15 y 45 K y concluyoacute la imposibilidad de con-cebir un efecto fiacutesico ignorado que pudiera reducireste calentamiento La respuesta transitoria del siste-ma climaacutetico no soacutelo al aumento en la concentracioacutende CO2 sino al registro histoacuterico de aerosoles de erup-ciones volcaacutenicas fue obtenida casi una deacutecada maacutestarde por JIM HANSEN utilizando el modelo del God-dard Institute for Space Studies (GISS) de la NASA[12]

Los resultados reproduciacutean fielmente la tendencia cre-ciente de la temperatura global observada entre losantildeos 60 y finales de los 80 y para el futuro mostrabanuna tendencia creciente sostenida En 1988 HANSENtestificoacute en el Senado de los EEUU para afirmar quela Tierra habiacutea alcanzado valores de la temperaturamayores que en cualquier periodo histoacuterico anteriory que la probabilidad de que esto fuera consecuen-cia del azar era muy baja Desde ese momento lasproyecciones de los modelos se convertiriacutean en unproblema poliacutetico [9] Ese mismo antildeo la conferenciainternacional de Toronto concluyoacute que los cambios enla atmoacutesfera debido a la contaminacioacuten representabanuna amenaza fundamental para la seguridad global yse haciacutea una llamada a los gobiernos de todo el mundopara una accioacuten conjunta encaminada a restringir lasconcentraciones de gases de efecto invernadero Estollevoacute a las negociaciones de un acuerdo internacionalcomo paso previo a las legislaciones nacionales Enel mismo antildeo tambieacuten dos organizaciones de las Na-ciones Unidas el Programa de las Naciones Unidaspara el Medio Ambiente y la WMO crearon el IPCC(Seccioacuten 2961 en la paacutegina 513) Durante los uacutelti-mos veinte antildeos con el incremento gradual en nuestraconfianza sobre los impactos de los cambios en lasconcentraciones de gases de efecto invernadero aero-soles etc se ha producido una demanda creciente deresultados de los modelos por parte de los responsa-bles poliacuteticos En la actualidad estaacute establecido quelos modelos constituyen la herramienta fundamentalpara la deteccioacuten atribucioacuten y proyeccioacuten de la evolu-cioacuten futura del clima Una descripcioacuten maacutes detalladade la historia del desarrollo de los modelos climaacuteticospuede encontrarse en EDWARDS [9]

295 Incertidumbres y uso de ensembles en clima 499

Figura 2918 Ensemble de oportunidad de proyecciones multimodelo a corto plazo climaacutetico (hasta 2050) dela temperatura media global del aire en superficie con modelos del CMIP5 que incluye 4 escenarios de emisioacuten(RCP26 RCP45 RCP60 RCP85) con un nuacutemero variable de modelos para cada escenario de emisioacuten De cadamodelo se ha seleccionado una sola simulacioacuten Para el periodo histoacuterico se ha utilizado un ensemble de 42 modelosLas observaciones proceden de estimaciones realizadas con 4 conjuntos de datos en rejilla (fuente IPCC [34])

295 Incertidumbres y uso de en-sembles en clima

En la Seccioacuten 291 en la paacutegina 478 se han descritolas principales fuentes de incertidumbres que afectana las simulaciones climaacuteticas Eacutestas son las asociadasa las condiciones iniciales las condiciones de con-torno y a los modelos que simulan la evolucioacuten delsistema climaacutetico Al igual que en las prediccionesa corto y medio plazo se exploran con la ayuda deensembles (cap 13 en la paacutegina 165) Los ensem-bles que exploran diferentes condiciones iniciales ensimulaciones que abarcan escalas temporales climaacuteti-cas permiten caracterizar el rango de la variabilidadclimaacutetica interna Los ensembles que exploran dife-rentes condiciones de contorno cuantifican el efectode modular la energiacutea que entra en el sistema a tra-veacutes de diferentes factores de forzamiento naturales oantropogeacutenicos Los ensembles que exploran diferen-tes modelos permiten cuantificar las incertidumbresasociadas a las suposiciones y aproximaciones quelos modelos introducen en las ecuaciones del sistemaclimaacutetico Estas incertidumbres tambieacuten pueden pro-venir de una comprensioacuten teoacuterica limitada (pej coacutemoafectan los aerosoles a la formacioacuten de las nubes) deincertidumbre en los paraacutemetros del modelo o de in-certidumbre estructural (es decir la imposibilidad desimular un proceso conocido de forma realista o sim-plemente la ausencia de representacioacuten o simulacioacutende un proceso) La incertidumbre en los paraacutemetrosprocede del hecho de que muchos procesos de pe-

quentildea escala (subrejilla o submalla sec 105 en lapaacutegina 137) que afectan a las escalas resueltas por elmodelo se describen empiacutericamente y con frecuenciano estaacuten bien constrentildeidas por las observaciones Elmuestreo de esta incertidumbre permite estimar tam-bieacuten la sensibilidad climaacutetica del sistema puesto quelas diferentes respuestas en la simulacioacuten de proce-sos por parte de distintos modelos se traducen en unarespuesta diferente de la temperatura a cambios en elforzamiento externo

Para cuantificar suficientemente bien las incertidum-bres asociadas a los modelos habriacutea que explorar ideal-mente los diferentes modelos en teacuterminos de resolu-cioacuten componentes y procesos parametrizaciones etcSin embargo en la praacutectica hay familias de modelosdel mismo tipo que incorporan el mismo conjuntode procesos a resoluciones similares Las diferentesfamilias de modelos se utilizan para explorar las incer-tidumbres que provienen de los modelos perturbados(en ingleacutes perturbed physics ensemble PPE sec 135en la paacutegina 174) o bien ensembles multimodelo (eningleacutes multimodel ensembles MME sec 135 en lapaacutegina 174) constituidos por diferentes modelos quecomparten una estructura y grado de complejidad si-milar En las ciencias del clima la utilizacioacuten de MMEha sido la forma tradicional de representar estimar ypromediar las incertidumbres y errores de los modelosLa utilizacioacuten de ensembles de simulaciones ha avan-zado en paralelo con las series de proyectos sucesivosde intercomparacioacuten de modelos climaacuteticos (CMIP)


En toda la historia de las diferentes fases de los pro-yectos CMIP siempre se ha supuesto impliacutecitamenteque los modelos considerados son lo suficientemen-te diferentes como para explorar las incertidumbresmediante lo que se ha venido en llamar un ensemblegeneracional de oportunidad [24] Dicho ensemblecarece de una estrategia objetiva definida para explo-rar las diferentes incertidumbres procedentes de losmodelos y simplemente incorpora los modelos dispo-nibles o incluso versiones sucesivas de un mismo mo-delo Mientras que el CMIP3 proporcionoacute 22 modelosdiferentes para el ensemble multimodelo utilizado enel 4ordm informe de evaluacioacuten (AR4) del IPCC CMIP5proporcionoacute 59 modelos para el 5ordm informe (AR5)simplemente por el hecho de que habiacutea maacutes modelosdisponibles Los modelos utilizados no teniacutean unosmiacutenimos requerimientos de calidad para participar enel ensemble salvo estar documentados y referenciadosen la literatura cientiacutefica con revisioacuten por pares LaFigura 2918 en la paacutegina anterior muestra un ensem-ble de oportunidad de proyecciones climaacuteticas queincluye baacutesicamente todas las simulaciones para cadaescenario de emisioacuten disponibles en el CMIP5

2951 Verificacioacuten vs evaluacioacuten

Verificacioacuten y evaluacioacuten son dos conceptos diferen-tes asociados a la correccioacuten de las simulaciones yen definitiva a la credibilidad que asignamos a losmodelos atmosfeacutericos o climaacuteticos (ver cap 15 en lapaacutegina 207)

La verificacioacuten surgioacute con los modelos de prediccioacutennumeacuterica del tiempo (corto y medio plazo) como unaforma objetiva de medir la calidad de las prediccionesrealizadas con los mismos [20 45] En el contexto delas simulaciones numeacutericas realizadas con ordenado-res la verificacioacuten es un proceso que incluye tareas co-mo la correcta implementacioacuten de un modelo concep-tual (ausencia de errores) asiacute como la cuantificacioacutenobjetiva mediante una meacutetrica (score sec 1523 enla paacutegina 211) acordada de la distancia de las predic-ciones a lo que habitualmente denominamos realidadrepresentada por las observaciones Aunque hay dife-rentes puntos de vista acerca de lo que es una buenaprediccioacuten [32] existe una amplia variedad de procedi-mientos de verificacioacuten (cap 1523 en la paacutegina 211)Todos ellos incluyen una medida de la relacioacuten entreuna prediccioacuten o un conjunto de predicciones y la(s)correspondiente(s) observacioacuten(es) del predictando

La evaluacioacuten es un concepto que ha surgido con losmodelos climaacuteticos y que se asocia fundamentalmentecon el grado de realismo de las simulaciones y con lacomparacioacuten de eacutestas en periodos histoacutericos o paleo-climaacuteticos con las observaciones o reconstruccionesdisponibles del clima El grado de confianza en undeterminado modelo climaacutetico es mayor cuando eacutestees capaz de simular con cierto realismo periodos cli-maacuteticos pasados (Seccioacuten 2953 en la paacutegina 502) Laevaluacioacuten de un modelo climaacutetico puede realizarsede muy diferentes formas Por ejemplo mediante laevaluacioacuten de procesos yo componentes individuales(asiacute la atmoacutesfera el oceacuteano etc se evaluacutean tiacutepica-mente de forma aislada como parte del proceso dedesarrollo de cada componente) o mediante la evalua-cioacuten de la totalidad del modelo climaacutetico con todossus componentes ensamblados Las evaluaciones serealizan tambieacuten en diferentes escalas temporales Es-to permite conocer las capacidades de los modelospara simular la variabilidad climaacutetica en rangos tem-porales que abarcan desde la escala sinoacuteptica hastala decadal y secular Es muy importante conocer lacapacidad de los modelos climaacuteticos para simular conprecisioacuten los modos de variabilidad de baja frecuen-cia que condicionan fuertemente el clima en muchasregiones (veacutease sec 292 en la paacutegina 479) Eacuteste es elcaso por ejemplo de Europa occidental y de la peniacuten-sula ibeacuterica en particular cuyas precipitaciones estaacutencorrelacionadas con la fase e intensidad del patroacuten dela NAO (sec 2922 en la paacutegina 485)

Al igual que en la verificacioacuten la evaluacioacuten puederealizarse cuantitativamente mediante el uso de meacute-tricas que evaluacutean el grado de calidad de los modelosindividuales Normalmente los diferentes modelos si-mulan mejor uno u otro proceso de forma especiacuteficay tiene poco sentido hacer evaluaciones de caraacutectergeneral Por ello no es una cuestioacuten obvia discriminarlos modelos laquobuenosraquo de los laquomalosraquo para asignaruna credibilidad a las proyecciones climaacuteticas en lasescalas seculares De hecho en el caso de los modelosclimaacuteticos es mucho maacutes difiacutecil que en la prediccioacutennumeacuterica del tiempo definir un uacutenico iacutendice o meacute-trica para las proyecciones a escala secular ya quecada modelo tiende a simular mejor unos aspectos delsistema climaacutetico mientras que otros los simula maacutesdefectuosamente

La confianza en las proyecciones de un modelo cli-maacutetico se basa en la comprensioacuten fiacutesica del sistemaclimaacutetico y en su representacioacuten en los modelos asiacutecomo en la demostracioacuten de hasta queacute punto los mo-delos son capaces de simular un amplio rango de pro-


cesos y caracteriacutesticas climaacuteticas en diferentes escalasespaciales y temporales La credibilidad de un modeloclimaacutetico aumenta si el modelo es capaz de simu-lar las variaciones pasadas del clima tales como lastendencias a lo largo del siglo XX y los cambios pa-leoclimaacuteticos Al contrario de lo que sucede con laspredicciones a corto plazo las proyecciones climaacuteti-cas seculares estaacuten sometidas a forzamientos externosque empujan a los modelos hacia condiciones que seencuentran fuera del rango y situaciones observadasen un periodo histoacuterico utilizado para su evaluacioacutenPara tener una idea de las diferentes formas de evaluarlos modelos climaacuteticos puede consultarse el capiacutetulo9 del Grupo de Trabajo I del 5ordm Informe de Evaluacioacutendel IPCC dedicado exhaustivamente al tema [10]

2952 El Periodo histoacuterico

Utilizando un ensemble de oportunidad como el des-crito maacutes arriba se puede explorar en el periodo histoacute-rico (pe 1860-2010) tanto las incertidumbres proce-dentes de los modelos como de los forzamientos exter-nos La Figura 2919 muestra la dispersioacuten asociadaa dos ensembles multimodelo (CMIP3 y CMIP5) dela simulacioacuten de dicho periodo superpuesta a la ob-servacioacuten de la anomaliacutea de la temperatura globalen superficie La figura en la parte superior incluyesolamente los forzamientos naturales (erupciones vol-caacutenicas radiacioacuten solar) mientras que en la parteinferior incluye ademaacutes de los forzamientos natura-les los forzamientos antropogeacutenicos (emisiones degases de efecto invernadero partiacuteculas procedentes decontaminacioacuten atmosfeacuterica etc)

Figura 2919 Serie temporal de temperatura media global en superficie promediada anualmente entre 1850 y 2010El panel superior muestra las simulaciones de dos ensembles multimodelo (CMIP3 y CMIP5) forzados solamente conforzamientos naturales El panel inferior muestras los dos mismos ensembles forzados con forzamientos naturalesy antropogeacutenicos Las liacuteneas continuas azul y naranja muestran el promedio de los ensembles CMIP3 y CMIP5respectivamente Tres estimaciones de la observacioacuten aparecen representadas mediante las liacuteneas negras (fuenteFigura 101 de Bindoff et al 2013 [1])


Ambos MME (CMIP3 y CMIP5) son razonablementecapaces de simular la tendencia de la evolucioacuten de latemperatura global media mostrando la anchura dela banda que superpone todas las simulaciones la in-certidumbre asociada a la formulacioacuten de los diferen-tes modelos climaacuteticos Los dos MME nos permitenestimar la incertidumbre asociada con los modelosclimaacuteticos maacutes auacuten con las diferentes generacionesde modelos climaacuteticos ya que CMIP3 se correspon-de con una generacioacuten anterior de modelos a CMIP5Ademaacutes utilizando ambos ensembles con diferentesforzamientos externos se puede atribuir la tendenciacreciente de la temperatura global media a causas an-tropogeacutenicas ya que los forzamientos naturales porsiacute solos no son capaces de reproducir la evolucioacuten dela temperatura observada Simulaciones similares condiferentes forzamientos antropogeacutenicos atribuyen alas emisiones de gases de efecto invernadero princi-palmente por el uso extensivo de combustibles foacutesilesla mayor parte del aumento de la temperatura global

Las medias de los dos ensembles muestran variasreducciones bruscas en la temperatura que estaacuten aso-ciadas a grandes erupciones volcaacutenicas Este descensode la temperatura que dura un pocos antildeos se identifi-ca tambieacuten aunque menos marcadamente en la curvanegra correspondiente a las observaciones La curvaobservacional muestra tambieacuten una mayor variabili-dad interanual asociada a la variabilidad interna delsistema climaacutetico singularmente condicionada por lavariabilidad oceaacutenica de gran escala principalmentedebida a las fluctuaciones de ENSO en el oceacuteano Pa-ciacutefico ecuatorial (veacutease sec 2931 en la paacutegina 492Influencia del forzamiento radiativo en el clima) Estavariabilidad interna aparece simulada por cada miem-bro individual del ensemble pero desaparece al pro-mediar los diferentes miembros

2953 Paleoclima

El estudio del clima en eacutepocas pasadas o paleocli-ma permite comprender mejor los mecanismos quecontribuyen a la variabilidad climaacutetica en escalas tem-porales mayores que el periacuteodo instrumental Estopermite entender mejor el contexto climaacutetico actual ylas posibles respuestas a un cambio climaacutetico futuro[18 28]

Las herramientas fundamentales de la investigacioacutenpaleoclimaacutetica son dos las reconstrucciones y lassimulaciones Las reconstrucciones mediante datos

indirectos o proxy (corales sedimentos marinos olacustres espeleotemas testigos de hielo dendrocli-maacuteticos etc) proporcionan informacioacuten acerca de lavariabilidad climaacutetica natural en el pasado asiacute comolos forzamientos climaacuteticos que contribuyeron a eacutesta(Seccioacuten 293 en la paacutegina 487) Las reconstruccionesy las simulaciones paleoclimaacuteticas tienen propoacutesitosdiferentes Mientras que las reconstrucciones inten-tan conocer lo maacutes exactamente posible la evolucioacutenclimaacutetica pasada las simulaciones generan de acuer-do con las ecuaciones de la dinaacutemica y fiacutesica de losdistintos componentes del sistema climaacutetico estadosfiacutesicamente consistentes con el forzamiento externoPor tanto para compararlas se necesitan ensembles dereconstrucciones que permitan evaluar las incertidum-bres en los datos y metodologiacuteas de reconstruccioacutenutilizadas asiacute como ensembles de simulaciones con di-ferentes modelos condiciones iniciales forzamientosexternos (condiciones de contorno) especiacuteficamentedisentildeados para poder ofrecer explicaciones cuantitati-vas de las reconstrucciones y explorar los mecanismosde variabilidad climaacutetica que han podido influir en loscambios observados

Las comparaciones entre las simulaciones y las re-construcciones paleoclimaacuteticas son uacutetiles en relacioacutencon las proyecciones de cambio climaacutetico futuro envarios aspectos En primer lugar permiten evaluar losmodelos bajo condiciones de contorno independien-tes de las utilizadas en el desarrollo y ajuste de eacutestoscorrespondientes al clima actual La habilidad de losmodelos a la hora de reproducir climas pasados bajolos forzamientos considerados relevantes incrementanuestra confianza en su capacidad para simular correc-tamente el clima en las proyecciones de futuro Lasreconstrucciones permiten ademaacutes corroborar la exis-tencia de relaciones robustas entre variables fiacutesicassugeridas por los modelos en las simulaciones para unrango de climas diferentes

La comparacioacuten de las simulaciones y reconstruccio-nes permite potencialmente reducir las incertidumbresen las proyecciones de escenarios de cambio climaacuteticofuturo al evaluar la incertidumbre estructural asociadaa una deficiente representacioacuten de los procesos fiacutesi-cos en diferentes modelos En principio la bondad deun modelo para simular el clima actual podriacutea consi-derarse una meacutetrica adecuada para atribuir un ciertogrado de confianza en las proyecciones Sin embargolas observaciones presentan limitaciones importantesya que la franja del espectro de variaciones climaacuteti-cas muestreado en el periodo instrumental es estrecha(veacutease la Figura 292 en la paacutegina 480) y el rango


de las mismas pequentildeo comparado con el proyecta-do para el futuro En consecuencia con frecuencia ladispersioacuten en las proyecciones es independiente dela bondad de la simulacioacuten del clima en el periacuteodoinstrumental Al ser la magnitud de los cambios pa-leoclimaacuteticos relativos al presente mayor que en elpasado reciente y comparable con la proyectada bajocambio climaacutetico futuro (Seccioacuten 2956 en la paacutegi-na 508) las reconstrucciones maacutes robustas puedenproporcionar pruebas cruciales de la bondad de losmodelos en un rango maacutes amplio que el proporciona-do por las observaciones en el registro instrumental

La evaluacioacuten sistemaacutetica de los modelos requierela realizacioacuten de ensembles de simulaciones paleo-climaacuteticas PMIP [13] que tiene como objetivo com-parar el comportamiento de diferentes modelos ensimulaciones con un disentildeo experimental ideacutenticoTal como se ha mencionado para el CMIP en elPMIP se desarrollan ensembles de oportunidad Lafase maacutes reciente PMIP3 incluyoacute por primera vezla realizacioacuten de simulaciones paleoclimaacuteticas de for-ma coordinada utilizando los mismos modelos quepara la realizacioacuten de simulaciones futuras empleadosen el CMIP5 [39] Las simulaciones paleoclimaacuteticasCMIP5PMIP3 abarcan tres periodos anteriores al pe-riacuteodo histoacuterico el uacuteltimo maacuteximo glacial (LGM) elHoloceno medio (MH) y el uacuteltimo milenio (LM) dela era comuacuten (veacutease Seccioacuten 293 en la paacutegina 487 yTaylor et al 2012 [41])

La consideracioacuten de estos diferentes periacuteodos ofreceperspectivas y oportunidades de estudio diferentes ElLGM y el MH representan estados climaacuteticos muydiferentes al actual y con forzamientos naturales bienconocidos y comparables o mayores que los del sigloXX (Seccioacuten 293 en la paacutegina 487) y para ambos sedispone de un gran nuacutemero de reconstrucciones Enambos casos el enfoque principal de los anaacutelisis de losexperimentos es sobre el impacto de un gran cambioen el forzamiento en la respuesta climaacutetica media en si-mulaciones de equilibrio con forzamientos constantesPor el contrario las simulaciones del LM son transi-torias i e el forzamiento externo se va cambiandocon resolucioacuten anual siguiendo las reconstruccionesde forzamientos naturales y antropogeacutenicos En estecaso los forzamientos naturales son similares a los

actuales y los antropogeacutenicos representan el estado dereferencia antes de la inyeccioacuten masiva de gases deefecto invernadero resultantes de la quema de combus-tibles foacutesiles a lo largo de la era industrial post 1850CE Esto permite continuar sin solucioacuten de continui-dad el anaacutelisis de la variabilidad y el cambio climaacuteticoactual en el contexto de los dos uacuteltimos milenios Porotro lado en este periacuteodo existe un elevado nuacutemerode registros proxy con alta resolucioacuten temporal loque hace posible la comparacioacuten con simulacionestransitorias

La comparacioacuten de simulaciones y reconstruccionesa escala global es en general satisfactoria en los di-ferentes periacuteodos estudiados (ver sec 2954 en lapaacutegina siguiente y sec 2955 en la paacutegina 506) Noobstante a escala regional existen diferencias que pue-den resultar de una representacioacuten todaviacutea inadecuadade procesos fiacutesicos o condiciones de contorno (pejla vegetacioacuten) Estas diferencias plantean retos impor-tantes para la evolucioacuten de las proacuteximas generacionesde modelos Los ensembles de simulaciones que serealizaraacuten en el futuro incorporaraacuten un mayor gradode realismo en los procesos a escala regional y lo-cal Se incluiraacuten mejores representaciones de ciclosbiogeoquiacutemicos incluyendo aerosoles minerales y or-gaacutenicos con impactos esperables en la simulacioacuten delclima regional y en las interacciones con la biogeo-quiacutemica oceaacutenica Se mejoraraacute la estimacioacuten de laincertidumbre en las reconstrucciones de la elevacioacutende los mantos de hielo de la evolucioacuten histoacuterica de lavegetacioacuten o de la actividad volcaacutenica y solar pasadasLa realizacioacuten de ensembles de simulaciones se ex-tenderaacute a la consideracioacuten del efecto de forzamientosradiativos individuales y su retroalimentacioacuten sobreel clima La comparacioacuten de simulaciones y recons-trucciones climaacuteticas se extenderaacute a la generacioacuten deproductos hiacutebridos similares a los reanaacutelisis del sigloXX en los cuales se asimila la informacioacuten de datosproxy en simulaciones climaacuteticas Adicionalmente lainclusioacuten de modelos biogeoquiacutemicos maacutes sofistica-dos permitiraacute obtener la representacioacuten no soacutelo de laclimatologiacutea del pasado sino tambieacuten de la evolucioacutende concentraciones isotoacutepicas en los diferentes subsis-temas o la simulacioacuten de ecosistemas (pej bosques)facilitando asiacute la comparacioacuten directa de simulacionescon informacioacuten proxy


2954 Los climas glacial e interglacial elLGM y el MH

En el Uacuteltimo Maacuteximo Glacial (LGM) los paraacuteme-tros orbitales eran similares a los actuales por lo quelas diferencias en la insolacioacuten eran pequentildeas Lasprincipales diferencias en el forzamiento son la pre-sencia de grandes mantos de hielo en el hemisferionorte y la menor concentracioacuten atmosfeacuterica de gasesde efecto invernadero La expansioacuten de la cubierta dehielo resultoacute en un descenso del nivel del mar de unos130 m y un incremento importante en el albedo su-perficial La mayor parte de los experimentos no hanconsiderado el forzamiento que resulta de cambiosen la distribucioacuten de la vegetacioacuten debido a que lasobservaciones de la vegetacioacuten en la eacutepoca glacial sonescasas Por lo tanto eacutesta se calcula mediante mode-los que incluyen vegetacioacuten dinaacutemica o se prescribeigual que en las simulaciones de control preindustrialTampoco se considera el impacto de los cambios enla concentracioacuten de polvo atmosfeacuterico La magnituddel cambio total en el forzamiento del LGM fue com-parable o algo mayor al proyectado para el proacuteximosiglo motivo por el que resulta de especial intereacutes

El MH por su parte permite analizar la respuesta acambios en la estacionalidad de la insolacioacuten cuan-do la extensioacuten de la capa de hielo y la geografiacuteaterrestre-mariacutetima eran comparables a la actual Ladistribucioacuten estacional y latitudinal de la insolacioacutendel MH diferiacutea de la actual como consecuencia dela diferencia en la configuracioacuten orbital El contrasteestacional en el hemisferio norte se incrementoacute alrede-dor de 60 Wmminus2 como consecuencia del aumento enla insolacioacuten de verano y su disminucioacuten en inviernoLas concentraciones de gases de efecto invernaderofueron similares a los niveles en la era preindustrialAunque los cambios en la distribucioacuten de la vegeta-cioacuten fueron relevantes estos tampoco se han tenidoen cuenta en los experimentos del PMIP

La comparacioacuten entre las reconstrucciones y las simu-

laciones paleoclimaacuteticas ha mostrado coacutemo la respues-ta a gran escala de la temperatura y la precipitacioacuten alos cambios pasados en el forzamiento para el LGM yel MH estaacuten correctamente representadas en los mode-los Eacutestos reproducen los cambios climaacuteticos pasadosglobales o hemisfeacutericos de primer orden reconstrui-dos en respuesta a los cambios en el forzamiento parael LGM y el MH lo que sugiere que eacutestas son ca-racteriacutesticas robustas de la respuesta real del sistemaclimaacutetico a los cambios en el forzamiento Ello incre-menta nuestra confianza en que las proyecciones en elcontraste de temperatura tierra-mar la amplificacioacutena latitudes altas la estacionalidad de la temperaturay la respuesta de la precipitacioacuten a los cambios en latemperatura sean fiables En general los resultadospara el LGM son maacutes fiables que para el MH por ser elforzamiento y por tanto la respuesta al mismo mayoren magnitud y escala espacial

Sin embargo los modelos son menos fiables en loque respecta a la simulacioacuten regional Para el LGMtal como se recoge en el uacuteltimo informe del IPCC[10] la mayoriacutea de los modelos muestra un reduccioacutende la temperatura con respecto al presente dentro delrango de las reconstrucciones (Figura 2920 en la paacute-gina siguiente parte a) pero con cierto sesgo sobre eloceacuteano Las simulaciones tienden a sobrestimar el en-friamiento tropical y a subestimar el enfriamiento delatitudes medias y por tanto la amplificacioacuten polarcomo muestra la Figura 2920 en la paacutegina siguienteparte b Lo mismo ocurre en el MH Se han identifica-do diversos aspectos como posibles fuentes de errorEstos incluyen problemas en la representacioacuten de laconveccioacuten en el monzoacuten de los intercambios de aguay energiacutea entre la tierra y la atmoacutesfera la variabilidada corto plazo en la circulacioacuten atmosfeacuterica y el hielomarino Por uacuteltimo existen procesos relevantes a esca-la regional que todaviacutea no se han tenido en cuenta enlas simulaciones paleoclimaacuteticas PMIP Esto incluyelos cambios en la vegetacioacuten y sus retroalimentacio-nes con el clima y la influencia de aerosoles naturalesorgaacutenicos y minerales (i e polvo)


Figura 2920 Condiciones reconstruidas y simuladas para el Uacuteltimo Maacuteximo Glacial (LGM hace 21 000 antildeos(a) Cambio en la temperatura superficial anual media (degC) terrestre a partir de reconstrucciones climaacuteticaspaleoambientales de polen macrofoacutesiles y testigos de hielo y en temperatura media anual de la superficie del mar(degC) sobre el oceacuteano a partir de diferentes tipos de registros marinos el tamantildeo de los puntos es proporcional a lasincertidumbres en los diferentes sitios seguacuten lo previsto en las reconstrucciones (b) Cambios anuales de temperaturapromedio sobre la tierra frente a cambios en el oceacuteano en los troacutepicos (triaacutengulos descendentes) y sobre el AtlaacutenticoNorte y Europa (triaacutengulos ascendentes) La media y el rango de las reconstrucciones se muestran en negro lassimulaciones PMIP2 como triaacutengulos grises y las simulaciones CMIP5 PMIP3 como triaacutengulos de colores Losrangos del modelo del 5 al 95 estaacuten en rojo para los troacutepicos y en azul para el Atlaacutentico Norte Europa La figuraes una modificacioacuten de la Figura 911 de Masson-Delmotte et al 2013 [28]


2955 La Era Comuacuten

La era comuacuten (CE de las siglas en ingleacutes) i e los uacutelti-mos dos milenios constituye un intervalo rico en fuen-tes proxy muchas de las cuales ofrecen alta resolucioacutentemporal anual o incluso superior (Figura 2921 en lapaacutegina siguiente parte a) La mayoriacutea de los proxiesse distribuyen sobre zonas continentales La extensioacutentemporal de los mismos es variable y la cobertura esrelativamente alta en los uacuteltimos 500 antildeos disminu-yendo hacia el pasado

Esta disponibilidad de proxies permite desarrollar re-construcciones de temperatura y variables hidroclimaacute-ticas (precipitacioacuten sequiacutea cobertura de nieve etc)para el pasado a diferentes escalas espaciales seguacuten ladisponibilidad de informacioacuten (local regional conti-nental hemisfeacuterica) Las teacutecnicas de reconstruccioacutenclimaacutetica utilizan normalmente intervalos temporalesde calibracioacuten y validacioacuten de modelos estadiacutesticos enlos que se entrena el modelo para que reproduzca delmodo maacutes realista posible la variabilidad observadadel paraacutemetro de intereacutes en el periacuteodo instrumentalutilizando los datos proxy como variables predicto-ras El modelo obtenido se somete a verificacioacuten condatos independientes y posteriormente se utiliza paraestimar la variable de intereacutes en todo el periodo dedisponibilidad de datos proxy La Figura 2921 en lapaacutegina siguiente parte b muestra ejemplos de recons-trucciones de la temperatura en el hemisferio norte alo largo de la CE a partir de diferentes conjuntos dedatos proxy Algunas reconstrucciones como las basa-das en testigos de temperatura del subsuelo muestransolamente informacioacuten de baja frecuencia y se desa-rrollan por meacutetodos de inversioacuten en vez de calibracioacutenestadiacutestica

El ensemble de reconstrucciones disponibles permi-te estimar la incertidumbre en nuestro conocimientode las variaciones de temperatura en estas escalas alo largo de la CE Las diferentes metodologiacuteas dereconstruccioacuten distribucioacuten y disponibilidad espacio-temporal de datos proxy errores de calibracioacuten y otrosfactores contribuyen a estimaciones puntuales sensi-blemente diferentes de la temperatura en el pasadoSin embargo el conjunto de reconstrucciones concuer-da en identificar un periodo la anomaliacutea climaacuteticamedieval (950-1250 MCA de sus siglas en ingleacutes)relativamente caacutelido con temperaturas comparables

a las de la primera mitad del siglo XX y un periacuteodofriacuteo posterior la pequentildea era glacial (1450-1850 LIAde sus siglas en ingleacutes) con temperaturas maacutes friacuteasque se interrumpen coincidiendo con el desarrollode la era industrial Los primeros siglos del primermilenio fueron maacutes friacuteos que la MCA aunque la can-tidad de reconstrucciones disponibles es menor enesta eacutepoca Muchos de los eventos maacutes friacuteos de la CEcoinciden con eventos singulares o agrupaciones deeventos volcaacutenicos importantes La incertidumbre enlas reconstrucciones nos remite a la idea de probabili-dad en la determinacioacuten de las temperaturas pasadasy suele representarse por una distribucioacuten que indicael solapamiento entre las diferentes reconstruccionesconsiderando las incertidumbres asociadas a cada es-timacioacuten (Figura 2921 en la paacutegina siguiente partec)

El ensemble de reconstrucciones puede compararsecon el de simulaciones disponibles para el uacuteltimo mile-nio producidas en el contexto del CMIP5PMIP3 parael periacuteodo 850 a 1850 y su continuacioacuten en el intervalohistoacuterico (1851-2005) Mientras que las reconstruc-ciones climaacuteticas intentan obtener una estimacioacuten dela temperatura que realmente ocurrioacute en el pasadolas simulaciones climaacuteticas son el resultado de ex-perimentos en los que se modifican las condicionesde contorno ie el forzamiento externo (Figura 299en la paacutegina 488 Seccioacuten 293 en la paacutegina 487) apartir de condiciones iniciales diferentes y por tan-to proporcionan estados fiacutesicamente consistentes quepodriacutean haber sido compatibles con el forzamientoexterno Las simulaciones climaacuteticas estaacuten por tantoafectadas de las incertidumbres asociadas a la limitadarepresentacioacuten de los mecanismos fiacutesicos que contri-buyen a la variabilidad climaacutetica a la estimacioacuten delas variaciones pasadas en el forzamiento radiativo yal hecho de que los modelos no pueden reproducir lavariabilidad interna del sistema en el pasado Aun asiacuteen la medida en la que las tendencias multidecadales yseculares del sistema climaacutetico se deban a cambios enel forzamiento externo cabe esperar consistencia en-tre los ensembles de simulaciones y reconstruccionesEl conjunto de simulaciones disponibles actualmenteremite a esta consistencia (Figura 2921 en la paacuteginasiguiente parte c) mostrando tambieacuten la secuencia deperiacuteodos caacutelido en el MCA y friacuteo en la LIA y en lossucesivos eventos volcaacutenicos a lo largo de la CE asiacutecomo tambieacuten el aumento de temperatura desde 1850


Figura 2921 a) Distribucioacuten tipo y extensioacuten temporal de datos proxy utilizados en algunas de las reconstruccionesde temperatura del uacuteltimo milenio [27] los tipos de proxy se indican en la leyenda y los acroacutenimos indican proxiesusados en dendroclimatologiacutea (MXD densidad maacutexima de madera tardiacutea TRW anchura de los anillos TRW-RCserie regional de TRW CFR reconstruccioacuten multiproxy de campos de temperatura) b) Reconstrucciones de latemperatura del Hemisferio Norte a lo largo de los dos uacuteltimos milenios respecto al periodo 1881-1980 Las seriesson salidas de filtros paso baja de 50 antildeos Los colores indican el dominio espacial de la reconstruccioacuten (rojocontinental naranja continental extratropical cian continental y oceaacutenico extratropical azul continental yoceaacutenico) c) Comparacioacuten de temperaturas simuladas y reconstruidas para el Hemisferio Norte a lo largo deluacuteltimo milenio (MCA anomaliacutea climaacutetica medieval LIA pequentildea edad glacial 20C siglo XX) respecto al periodo1500-1850 Las simulaciones se muestran en liacuteneas a color indicando la media de todas las simulaciones (liacuteneagruesa) y los percentiles 5 y 95 (liacutenea fina) Se indica el ensemble de simulaciones utilizando forzamientos del CMIP3(rojo) y CMIP5 (azul) La distribucioacuten de probabilidad de temperaturas reconstruidas se muestra en gris Las seriesson filtros paso baja de 30 antildeos Las figuras son modificaciones de las Figs 57 58 y 59 en Masson-Delmotte et al2013 [28] La incertidumbre en el forzamiento externo se ilustra en c) mostrando dos ensembles de simulacionesutilizando estimaciones de actividad solar de mayor variabilidad en baja frecuencia tiacutepicas del proyecto CMIP3y de menor variabilidad siguiendo las indicaciones del CMIP5 Las simulaciones usando forzamiento de mayoramplitud de variabilidad solar muestran un MCA ligeramente maacutes caacutelido pero son en general muy consistentes conlas del forzamiento CMIP5


Figura 2922 Conjunto de incertidumbres que afectan a las proyecciones de cambio climaacutetico en forma jeraacuterquica ode cascada

2956 Proyecciones de cambio climaacutetico

La obtencioacuten de proyecciones o escenarios regiona-les de cambio climaacutetico estaacute sujeta a una variedad defuentes de incertidumbre que como se ha descritomaacutes arriba (veacutease la introduccioacuten de la sec 295 enla paacutegina 499) se refieren principalmente a las con-diciones iniciales las condiciones de contorno y losmodelos que simulan la evolucioacuten del sistema climaacute-tico En el caso de las proyecciones se suelen incluircomo fuentes adicionales de incertidumbre las teacutecni-cas de regionalizacioacuten que permiten hacer un descensode escala (downscaling) desde las resoluciones tiacutepi-cas de los modelos globales a escalas maacutes pequentildeasTambieacuten se pueden incluir en la coleccioacuten de incerti-dumbres las asociadas con los modelos de impacto ylas diferentes respuestas de la adaptacioacuten al cambioclimaacutetico Estas incertidumbres se pueden describiren forma jeraacuterquica o de cascada [30] de tal formaque cada paso conducente a la generacioacuten de proyec-ciones regionales hereda todas las incertidumbres delos pasos anteriores tal y como se representan en laFigura 2922

En el veacutertice de todas las incertidumbres se situacutean lasasociadas a los cambios en las condiciones de con-torno del sistema climaacutetico que se refieren en el casode proyecciones seculares a la evolucioacuten futura de la

sociedad y los forzamientos antropogeacutenicos asociadosa ella (pej emisiones de gases de efecto invernaderoy de aerosoles antropogeacutenicos asiacute como cambios deuso de suelo) Como la evolucioacuten futura de la sociedadno es predecible al menos seguacuten los modelos fiacutesico-matemaacuteticos que simulan los procesos del sistemaclimaacutetico se recurre a utilizar una serie de escenariosplausibles de futura evolucioacuten de los anteriores facto-res de tipo socioeconoacutemico (veacutease Seccioacuten 293 en lapaacutegina 487)

La contribucioacuten relativa de las diferentes fuentes deincertidumbre depende del alcance de las prediccionesy proyecciones climaacuteticas Si nos restringimos a tresde las principales fuentes de incertidumbre [i) condi-ciones iniciales ii) diferentes formas de representarel sistema climaacutetico por parte de una coleccioacuten de mo-delos climaacuteticos iii) forzamientos externos] mientrasque en la escala estacional las incertidumbres asocia-das a las condiciones iniciales y las imperfeccionesde los modelos son las que tienen mayor contribucioacutenrelativa en la escala decadal y secular la mayor con-tribucioacuten corresponde a las imperfecciones de los mo-delos y a los diferentes forzamientos externos siendoel peso de estos uacuteltimos representados por escenariosalternativos de emisiones el dominante a medida quese aumenta el alcance temporal


Figura 2923 Contribuciones relativas de tres fuentes de incertidumbre condiciones iniciales (naranja) modelosclimaacuteticos (azul) escenarios de emisioacuten (verde) Los rectaacutengulos en rojo muestran la diferente contribucioacuten relativade las distintas fuentes de incertidumbre para diferentes escalas temporales (veacutease explicacioacuten en el texto) (FuenteKirtman et al 2013 [23] modificado)

La Figura 2923 representa las contribuciones relati-vas a la incertidumbre en la temperatura media anualglobal de estas tres fuentes mencionadasUna vez iden-tificadas las principales fuentes de incertidumbre queafectan a las prediccionesproyecciones climaacuteticas elsiguiente paso es disentildear un ensemble de simulacionescon miembros que exploren las incertidumbres cono-cidas Algunas incertidumbres no se exploran en lossistemas operativos bien por insuficiencia de conoci-miento (pej incertidumbres estructurales o naturales)o por limitaciones teacutecnicas (pej de caacutelculo)

La Figura 2924 en la paacutegina siguiente muestra unejemplo de utilizacioacuten de ensembles referidos a latemperatura de superficie y el nivel del mar extraiacute-dos del quinto informe de evaluacioacuten del IPCC dondese evaluacutean las incertidumbres provenientes de los es-cenarios de emisioacuten (condiciones de contorno) y delas representaciones del sistema climaacutetico (diferentesmodelos) Maacutes detalles relativos a la utilizacioacuten de en-sembles en proyecciones de cambio climaacutetico puedenverse en Collins et al 2013 [7]

La Figura 2924 en la paacutegina siguiente parte a muestra

la evolucioacuten del cambio de temperatura media globalen superficie para distintos escenarios de emisioacuten Elaumento en el periacuteodo 2081ndash2100 respecto al periodo1986ndash2005 obtenido a partir del ensemble multimode-lo generado con las simulaciones CMIP5 variacutea desde03 - 17 degC para el escenario RCP26 y 26 - 48 degCpara el escenario RCP85 Tambieacuten se concluye enel AR5 que el cambio de la temperatura superficialno seraacute regionalmente uniforme si bien en el largoplazo el calentamiento seraacute mayor sobre tierra quesobre los oceacuteanos La regioacuten Aacutertica se calentaraacute maacutesraacutepidamente En un clima maacutes caacutelido el contraste enla precipitacioacuten estacional media entre las regionessecas y huacutemedas aumentaraacute en la mayor parte del glo-bo Las regiones situadas en latitudes altas y en eloceacuteano Paciacutefico ecuatorial veraacuten incrementarse susprecipitaciones En la mayoriacutea de las regiones habraacutemaacutes episodios relacionados con extremos de altas tem-peraturas y menos relacionados con extremos de bajastemperaturas Las olas de calor seraacuten maacutes frecuentesy tendraacuten mayor duracioacuten Los friacuteos invernales ex-tremos continuaraacuten ocurriendo ocasionalmente Enalgunas aacutereas aumentaraacute la frecuencia intensidad yocantidad de precipitaciones fuertes [7]


Figura 2924 Evolucioacuten del cambio en a) temperatura media global y b) nivel medio global del mar desde 2006hasta 2100 obtenida a partir de un ensemble multimodelo Todos los cambios son relativos al periodo 1986-2005Los valores medios y la incertidumbre (sombreada) se representa para dos escenarios de emisioacuten RCP26 (azul) yRCP85 (rojo) Las medias y las incertidumbres asociadas para el periodo 2081-2100 para todos los escenarios serepresentan como barras verticales a la derecha Se indica tambieacuten el nuacutemero de modelos utilizados del CMIP5utilizados en el ensemble Fuente (IPCC 2014 [34])

El nivel medio global del mar se incrementaraacute duranteel siglo XXI por el calentamiento de los oceacuteanos ylas peacuterdidas de masa de glaciares y mantos de hie-lo La Figura 2924 parte b muestra la elevacioacuten delnivel medio del mar para distintos escenarios de emi-sioacuten El aumento en el periacuteodo 2081ndash2100 respecto a1986ndash2005 se situaraacute probablemente en el rango 026 -055 m para RCP26 y 045 - 082 m para RCP85Estos rangos se obtienen del ensemble multimode-lo de proyecciones CMIP5 en combinacioacuten con lascontribuciones de glaciares y mantos de hielo [7]

Con respecto a los patrones de variabilidad (veacutease

sec 292 en la paacutegina 479 asiacute como secs 2921 enla paacutegina 484 y 2922 en la paacutegina 485) el infor-me AR5 concluye que el ENSO continuaraacute siendo elprincipal modo de variabilidad natural del clima enel siglo XXI si bien el cambio proyectado de la am-plitud de ENSO seraacute pequentildeo en todos los escenariosRCP comparado con las diferencias entre los modelosOtros patrones de variabilidad presentaraacuten distintoscambios en un contexto de cambio climaacutetico duranteel siglo XXI Por ejemplo la NAO es probable queen promedio sea ligeramente maacutes positiva que en elperiodo observacional de referencia


Figura 2925 Anomaliacuteas de temperatura superficial global anual (respecto del periodo 1961-1990) i) miembrospertenecientes a las integraciones EC-Earth (azul) y su promedio (negro) ii) datos seguacuten observacionesHadCRUT45 con acotacioacuten de incertidumbres (magenta) iii) datos reanaacutelisis ERA40 (rojo) Las liacuteneasverticales punteadas indican importantes erupciones volcaacutenicas

2957 Ejemplo de modelizacioacuten climaacute-tica con el modelo EC-Earth

Aquiacute se muestra un ejemplo de la utilizacioacuten de en-sembles en proyecciones climaacuteticas mediante la pre-sentacioacuten de algunos resultados (temperatura mediaglobal en superficie) de las integraciones de largoplazo realizadas con el modelo climaacutetico EC-EarthEstas simulaciones estaacuten incluidas en CMIP5 [41]EC-Earth es el nombre de un modelo y a su vezel nombre del proyecto que lo desarrolla en el queparticipan varios servicios meteoroloacutegicos naciona-les asiacute como diversas instituciones de investigacioacuten yuniversidades todos ellos europeos El proyecto EC-Earth (httpwwwec-earthorg) se inicioacute con laintencioacuten de desarrollar un ESM a partir del mode-lo atmosfeacuterico operativo de prediccioacuten estacional delECMWF que permitiera realizar simulaciones climaacute-ticas basaacutendose en el concepto de simulaciones sincosturas (veacutease sec 2941 en la paacutegina 496) Una des-cripcioacuten detallada sobre la estrategia de desarrollo loscomponentes del modelo una completa evaluacioacutenasiacute como diversos estudios realizados con EC-Earthse pueden encontrar en [14 15 16 37] Una de lascaracteriacutesticas del modelo es la posibilidad de ejecu-tarse en diferentes plataformas de supercomputacioacuteny su flexibilidad en la eleccioacuten de diferentes configu-raciones

Una vez realizada una integracioacuten de ajuste (spin-upen ingleacutes) de maacutes de 700 antildeos utilizando forzamientosexternos constantes consistentes con las condicionesde la eacutepoca preindustrial para alcanzar un equilibrio(o cuasi-equilibrio) interno que evite una deriva cli-maacutetica del modelo con el paso del tiempo se tomarondistintos antildeos del final de la integracioacuten preindustrialy se utilizaron como condiciones iniciales para unensemble de integraciones de la simulacioacuten histoacuterica(1850-2005) Partiendo del final de las integracioneshistoacutericas realizadas por cada uno de los miembros serealizaron las simulaciones de escenarios de cambioclimaacutetico con los forzamientos correspondientes a losescenarios de emisiones RCP45 y RCP85

En la Figura 2925 se representan las anomaliacuteas detemperatura global anual media del aire en superfi-cie respecto al periodo 1961-1990 para los distintosmiembros del ensemble (y su media) correspondientesa la simulacioacuten histoacuterica las anomaliacuteas de temperatu-ra global superficial observadas (seguacuten HadCRUT45[31]) junto con acotacioacuten de incertidumbres asocia-das y los datos correspondientes al reanaacutelisis ERA-40[42] Las liacuteneas verticales punteadas indican erupcio-nes volcaacutenicas de importancia (Krakatoa 1883 Agung1963 Chichoacuten 1982 Pinatubo 1991) Se puede com-probar que las anomaliacuteas de temperatura simuladaspor el modelo para el siglo XX y principios del sigloXXI se ajustan razonablemente bien a las observacio-nes y al reanaacutelisis


La dispersioacuten entre los miembros del modelo co-rrespondientes a las distintas integraciones realizadaspara la simulacioacuten histoacuterica nos proporciona infor-macioacuten sobre la incertidumbre asociada a las condi-ciones climaacuteticas iniciales que nos permite muestrearla variabilidad interna del modelo Impliacutecitamente seincluye la dispersioacuten debida a las distintas platafor-mas de computacioacuten utilizadas para las integraciones(incertidumbres asociadas al hardware y entornos decompilacioacuten) Se observa que las condiciones inicialesapenas influyen en la dispersioacuten entre los miembros yque eacutesta no aumenta con el paso del tiempo

La Figura 2926 parte a muestra la evolucioacuten de losdistintos miembros y su valor promedio correspon-dientes a las simulaciones del modelo EC-Earth paralos escenarios de emisiones RCP45 y RCP85 Seobserva claramente que la evolucioacuten de la temperaturasuperficial en las proyecciones climaacuteticas viene deter-minada principalmente por los forzamientos externoso condiciones de contorno la sensibilidad del mode-lo a estos forzamientos y en menor medida por losefectos producto de la variabilidad interna La Figu-ra 2926 parte b muestra la evolucioacuten completa para elperiodo histoacuterico y su extensioacuten a los dos escenariosRCP45 y RCP85 Se observa claramente la poca dis-persioacuten en las proyecciones debido a que solamentese ha explorado la variabilidad natural y no se hanincluido en el ensemble miembros que incluyan laincertidumbre asociada a los diferentes modelos

Figura 2926 a) Evolucioacuten de la temperatura media global en superficie para los escenarios de emisionesRCP45 y RCP85 En liacuteneas finas las integraciones de cada uno de los miembros y en liacutenea gruesa los valorespromedio b) Evolucioacuten temporal completa para el periodo histoacuterico y su extensioacuten a los dos escenarios RCP45y RCP85 En sombreado el intervalo de variabilidad de las integraciones de cada uno de los miembros y enliacutenea gruesa los valores promedio en negro para la simulacioacuten histoacuterica y en color para la simulacioacuten histoacutericay los escenarios RCP

296 Cambio climaacutetico 513

296 Cambio climaacutetico

Las primeras mediciones del CO2 atmosfeacuterico comen-zaron a realizarse en 1958 en Mauna Loa tras lasinvestigaciones pioneras de entre otros ARRHENIUSCALLENDAR etc [3 21 22 36] y tras una serie deeventos climaacuteticos y medioambientales que tuvieronconsecuencias desastrosas Estas medidas comenza-ron a crear una conciencia generalizada de la impor-tancia del sistema climaacutetico terrestre y la influenciaen el mismo de las emisiones de gases a la atmoacutesfera

Con objeto de establecer los conocimientos que seteniacutean sobre el clima y considerar los efectos de lavariabilidad climaacutetica y los cambios en la sociedadhumana en 1979 se celebroacute la primera conferenciamundial sobre el clima bajo los auspicios de la WMOEn ella se adoptoacute una declaracioacuten que invitaba a losgobiernos a prever y evitar los posibles cambios en elclima provocados por el hombre

A eacutesta la sucedieron una serie de conferencias e in-formes en particular el informe aparecido en 1987 ytitulado Nuestro futuro comuacuten o Informe Brundtlanden el que se presenta a grandes rasgos un mundoen raacutepido cambio y con una creciente e insostenibleexplotacioacuten de los recursos naturales

Previamente en 1972 ya habiacutea tenido lugar en Esto-colmo la Conferencia de las Naciones Unidas sobreel Desarrollo Humano donde se tomoacute la iniciativa decrear el Programa de Naciones Unidas para el Me-dio Ambiente (UNEP de sus siglas en ingleacutes) paracoordinar las actividades relacionadas con el medioambiente y asistir a los paiacuteses en la implementacioacutende poliacuteticas medioambientales adecuadas asiacute como afomentar el desarrollo sostenible

A iniciativa del UNEP y de la WMO se creoacute en 1988el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre elCambio Climaacutetico (veacutease sec 2961) que proporcio-na informacioacuten objetiva transparente y poliacuteticamenteneutra a la Convencioacuten Marco de las Naciones Uni-das sobre el Cambio Climaacutetico (UNFCCC de sussiglas en ingleacutes) adoptada en 1992 y ha permitidoalcanzar importantes acuerdos internacionales comoel Protocolo de Kioto (1997) dirigido a la reduccioacutende emisiones de seis gases de efecto invernadero y elacuerdo de Pariacutes (2015) que tambieacuten se centra tantoen la reduccioacuten de gases de efecto invernadero co-mo en otras herramientas para combatir el cambioclimaacutetico

2961 Grupo Intergubernamental de Ex-pertos sobre Cambio Climaacutetico(IPCC)

En 1988 la WMO y el UNEP establecieron el GrupoIntergubernamental de Expertos sobre Cambio Climaacute-tico (IPCC de sus siglas en ingleacutes) con el objetivode evaluar la informacioacuten cientiacutefica teacutecnica y socio-econoacutemica relevante para la comprensioacuten del cambioclimaacutetico El trabajo del IPCC constituye el referentecientiacutefico para la toma de decisiones en el procesode negociacioacuten de la Convencioacuten Marco de las Na-ciones Unidas sobre el Cambio Climaacutetico (UNFCCCde sus siglas en ingleacutes) Actualmente 195 paiacuteses sonmiembros del IPCC junto con las organizaciones ob-servadoras (cuerpos y organizaciones de NacionesUnidas Organismos Internacionales y ONG) Milesde cientiacuteficos de todo el mundo contribuyen al traba-jo del IPCC de forma voluntaria El trabajo esencialdel IPCC es la elaboracioacuten de informes sobre cambioclimaacutetico que se desarrolla de una forma objetivatransparente inclusiva y coordinada Los informes delIPCC representan un equilibrio de los puntos de vistacientiacuteficos y si bien son poliacuteticamente relevantes noson vinculantes

Entre los distintos tipos de informes que elabora elIPCC los llamados Informes de Evaluacioacuten constitu-yen los principales por su caraacutecter exhaustivo y globalsobre el estado del conocimiento cientiacutefico teacutecnicoy socioeconoacutemico del cambio climaacutetico sus causassus potenciales impactos y las estrategias de respues-ta El Primer Informe de Evaluacioacuten (1990) tuvo unpapel decisivo en la creacioacuten de la UNFCCC en 1992El Segundo Informe de Evaluacioacuten (1995) propor-cionoacute informacioacuten cientiacutefica clave para la adopcioacutendel Protocolo de Kioto en 1997 El Tercer Informede Evaluacioacuten (2001) ofrecioacute una valoracioacuten de losdiferentes aspectos cientiacuteficos teacutecnicos y socioeco-noacutemicos poliacuteticamente relevantes sobre el cambioclimaacutetico En el antildeo 2007 se aproboacute el Cuarto Infor-me de Evaluacioacuten (AR4) proceso que culminoacute en lareunioacuten celebrada en noviembre de ese antildeo en Valen-cia (Espantildea) El Quinto Informe de Evaluacioacuten (AR5)publicado en 2014 proporciona la maacutes actualizadavaloracioacuten y siacutentesis de los conocimientos sobre losaspectos cientiacuteficos teacutecnicos y socioeconoacutemicos delcambio climaacutetico y ha servido de base para el Acuerdode Pariacutes (2015)

El IPCC no lleva a cabo ninguna investigacioacuten propiasino que evaluacutea los avances publicados en revistascientiacuteficas y otros documentos mediante un amplio


proceso inclusivo de evaluacioacuten y revisioacuten abierto atoda la comunidad de expertos Su objetivo es reco-ger los uacuteltimos avances cientiacuteficos teacutecnicos y socio-econoacutemicos ofreciendo una evaluacioacuten equilibrada ycompleta de la informacioacuten y el conocimiento sobreel cambio climaacutetico Los Informes de Evaluacioacuten delIPCC en tanto que persiguen la excelencia son ela-borados a traveacutes de un proceso complejo e iterativotanto en las fases de nominaciones de expertos comode redaccioacuten y de revisioacuten

El IPCC recibioacute en 2007 el Premio Nobel de la Pazconjuntamente con AL GORE por sus esfuerzos paraconstruir y difundir un mayor conocimiento sobre elcambio climaacutetico causado por el hombre y poner lasbases para tomar las medidas necesarias para contra-rrestar ese cambio El IPCC constituye una iniciativasingular e inclusiva como no existe en ninguna otraespecialidad Sus informes constituyen la mejor y maacutesactualizada fuente de informacioacuten sobre las bases fiacute-sicas del cambio climaacutetico y las medidas para contra-rrestarlo siendo su informacioacuten la referencia obligadaen las negociaciones y decisiones poliacuteticas relevantesen materia de cambio climaacutetico (maacutes informacioacuten enhttpwwwipccch)

2962 Cambio climaacutetico resultados con-cluyentes

En la actualidad existe un consenso cientiacutefico gene-ralizado en torno a la idea de que nuestro modo deproduccioacuten y consumo energeacutetico estaacute generando unaalteracioacuten climaacutetica global que provocaraacute a su vezserios impactos tanto sobre la Tierra como sobre lossistemas socioeconoacutemicos Como los informes de eva-luacioacuten del IPCC constituyen la principal fuente dereferencia relativa al cambio climaacutetico -incluidas tan-to las bases fiacutesicas como las diferentes estrategiaspara combatirlo- en este capiacutetulo se ha hecho un usoextensivo de informacioacuten procedente del quinto y uacutel-timo informe de evaluacioacuten (AR5 de sus siglas eningleacutes) del IPCC extrayendo de ellos la informacioacutenrelevante a la utilizacioacuten de ensembles en escalas tem-porales climaacuteticas Las principales conclusiones delgrupo de trabajo relativo a las bases fiacutesicas del sistemaclimaacutetico del AR5 son [34 38] las siguientes

El calentamiento del sistema climaacutetico es inequiacute-voco Desde 1950 se han observado cambios en elmismo que no tienen precedente tanto si se com-paran con registros histoacutericos observacionales que

datan de mediados del siglo XIX como si se com-paran con registros paleoclimaacuteticos referidos a losuacuteltimos milenios Este calentamiento se manifiestaen el hecho de que la atmoacutesfera y los oceacuteanos hanaumentado su temperatura la cantidad y extensioacutende las masas de hielo y nieve han disminuido elnivel del mar ha subido y las concentraciones degases de efecto invernadero han aumentadoLa influencia humana en el clima ha sido la causadominante (con una probabilidad superior al 95)de maacutes de la mitad del aumento observado en latemperatura superficial media global en el periodo1951-2010 El principal agente responsable del ca-lentamiento a largo plazo son las emisiones totalesde CO2 De hecho ambas magnitudes -incrementode temperatura y emisiones acumuladas de CO2-estaacuten aproximadamente relacionadas de forma li-neal En consecuencia si se establece un objetivode calentamiento (por ejemplo limitar el ascensoglobal de temperaturas a 2 ordmC) el hecho de que seproduzcan unas emisiones mayores en las deacutecadasproacuteximas implica la necesidad de contrarrestar conemisiones menores despueacutesLas emisiones continuadas de gases de efecto in-vernadero causan un calentamiento adicional al ac-tualmente existente Emisiones a las tasas actualeso superiores induciraacuten cambios en todos los com-ponentes del sistema climaacutetico algunos de ellos sinprecedentes en cientos o miles de antildeos Los cam-bios tendraacuten lugar en todas las regiones del globoincluyendo cambios en la tierra y el oceacuteano en elciclo del agua en la criosfera en el nivel del mar enalgunos eventos extremos y en la acidez de los oceacutea-nos Muchos de estos cambios persistiraacuten durantemuchos siglos La limitacioacuten del cambio climaacuteticorequeriraacute reducciones substanciales y sostenidas delas emisiones de CO2Las emisiones antropogeacutenicas de CO2 acumula-das desde el comienzo de la revolucioacuten industrialdeberiacutean limitarse a aproximadamente 1000 PgC(1 PgC=1 Petagramo de carboacuten=1 GtC=1 Gigato-nelada de carboacuten) si se quiere restringir el calen-tamiento a 2 ordmC respecto a la eacutepoca preindustrialAproximadamente la mitad (entre 460 y 630 PgC)ya se habiacutea emitido en 2011 Si se tienen en cuentalos otros forzamientos (resto de gases de efecto in-vernadero emitidos como resultado de la actividadhumana) una posible liberacioacuten de gases del per-mafrost o de los hidratos de metano o si se quiereuna mayor certeza de que no se superaraacuten los 2 ordmChabriacutea que rebajar sustancialmente esa cifra

297 Conclusiones 515

297 Conclusiones

En este capiacutetulo se han descrito fuentes adicionalesde incertidumbres a las consideradas en anteriorescapiacutetulos y que son relevantes en escalas temporalesclimaacuteticas Ademaacutes de las incertidumbres provenien-tes de las condiciones iniciales y de las formulacionesde los modelos que son las principales desde el cortoy medio plazo hasta la escala estacional es necesa-rio considerar las incertidumbres provenientes de losforzamientos externos bien sean de tipo natural oantropogeacutenico cuando se simulan en las escalas deca-dales seculares y maacutes largas Para explorar estas nue-vas fuentes de incertidumbres se recurre a ensembles(SPC) basados en diferentes bases de datos de forza-mientos naturales cuando se simulan climas pasados yen diferentes escenarios de emisioacuten para simulacionesde climas futuros

En las escalas climaacuteticas se hace un uso frecuentede los denominados ensembles de oportunidad quesimplemente utilizan las bases de datos y simulacio-nes disponibles sin que exista un disentildeo experimentalclaro para explorar las incertidumbres existentes Se

ha descrito el uso de ensembles en diferentes perio-dos climaacuteticos que abarcan desde el uacuteltimo maacuteximoglacial en el pasado hasta proyecciones de cambioclimaacutetico hasta el antildeo 2100 en el futuro Se ha he-cho tambieacuten un esfuerzo para poner en contexto lasfuentes de incertidumbre asociadas a la variabilidadnatural y exploradas con ensembles basados en dife-rentes condiciones iniciales Tambieacuten se ha incluidouna seccioacuten que explica la variabilidad natural en teacuter-minos de patrones o modos de variabilidad

Finalmente y aunque no directamente relacionadocon el tema central del uso de meacutetodos basados en en-sembles en escalas climaacuteticas se ha incluido un breveresumen de las principales conclusiones del quinto yuacuteltimo informe de evaluacioacuten del IPCC Este infor-me constituye la evaluacioacuten maacutes reciente de nuestroconocimiento actual del sistema climaacutetico y de lasperspectivas futuras de evolucioacuten antropogeacutenica delmismo La utilizacioacuten de ensembles de simulacionesen el informe del IPCC es praacutecticamente generalizadapara conocer y entender los climas pasados para es-timar las evoluciones futuras y para realizar estudiosde atribucioacuten en los cambios del clima


298 Enlaces de intereacutes

Aparte de los informes originales del IPCC citados en la bibliografiacutea correspondiente a este capiacutetulo pueden consultarselas guiacuteas resumidas siguientes correspondientes al 5ordm Informe de Evaluacioacuten Los enlaces fueron consultados enoctubre de 2018 en el sitio web del Ministerio para la Transicioacuten Ecoloacutegica (MITECO)

El IPCC y su 5ordm Informe de Evaluacioacuten httpswwwmitecogobesesceneamrecursosmini-portales-tematicosCclimaticoinforme_ipccaspx

Cambio Climaacutetico Bases Fiacutesicas httpswwwmitecogobesesceneamrecursosmini-portales-tematicosguia-resumida-grupo-trabajoi_tcm30-376939pdf

Cambio Climaacutetico Impactos Adaptacioacuten y Vulnerabilidad httpswwwmitecogobesesceneamrecursosmini-portales-tematicosquinto-informe-ipcc--grupo-2_tcm30-70704pdf

Cambio Climaacutetico Mitigacioacuten httpswwwmitecogobesesceneamrecursosmini-portales-tematicosguia_resumida_gt3-mitigacion_tcm30-70706pdf

Cambio Climaacutetico Informe de siacutentesis httpswwwmitecogobesesceneamrecursosmini-portales-tematicosguia-sintesis-resumida_tcm30-376937pdf

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Figura 291 Fuentes de incertidumbre en la simulacioacuten climaacutetica (fuente Cubasch et al 2013 [8])

291 Introduccioacuten

En los capiacutetulos previos el teacutermino caos (sec 54 enla paacutegina 63) se refiere fundamentalmente al resultadode interacciones dentro de la atmoacutesfera en un sentidometeoroloacutegico y a lo sumo de las interacciones dela atmoacutesfera con las primeras capas del oceacuteano Laevolucioacuten de estos sistemas es muy dependiente delas condiciones iniciales Por esta razoacuten de cara asimular el estado futuro el muestreo del espacio deestados se desarrolla realizando conjuntos (ensemblesver cap 13 en la paacutegina 165) de simulaciones a partirde diferentes condiciones iniciales o conjuntos de si-mulaciones en las que se usan diferentes modelos yoparametrizaciones (sec 105 en la paacutegina 137) en unintento de establecer diferentes hipoacutetesis acerca de lafiacutesica de los procesos involucrados

Cuando se ampliacutea el rango de escalas temporales yespaciales a considerar entramos en el dominio delclima En este contexto el comportamiento caoacutetico esel resultado no solamente de los procesos que se desa-rrollan en el subsistema atmosfeacuterico sino tambieacuten entodos los otros subsistemas del sistema Tierra y de lasinteracciones entre ellos Eacutesto ampliacutea el espectro demecanismos que contribuyen a la variabilidad climaacute-tica en relacioacuten a la meteoroloacutegica La variabilidad

y el cambio climaacutetico son el resultado de las interac-ciones de procesos internos y externos que afectan ala energiacutea del sistema En este contexto se usan tam-bieacuten ensembles por medio de conjuntos de modelosque permiten explorar diferentes representaciones delsistema climaacutetico (modelos de circulacioacuten general omodelos del sistema Tierra Global Circulation Model(GCM) o ESM de sus siglas en ingleacutes) en experimen-tos con diferentes condiciones iniciales y diferentescondiciones de contorno Estas uacuteltimas modulan laenergiacutea que entra en el sistema a traveacutes de diferentesfactores de forzamiento naturales (pej la variabilidadsolar o volcaacutenica) o antropogeacutenicos (pej variacionesen la concentracioacuten de los gases de efecto invernaderoyo aerosoles) En estas simulaciones el rango de laprediccioacuten se extiende a escalas temporales en las queel sistema va perdiendo la memoria de las condicio-nes iniciales y en las que domina la influencia de loscambios en la energiacutea del sistema impuestos por lascondiciones de contorno En este rango cuando sehacen estimaciones de las posibles evoluciones delclima en el futuro se deja de hablar de prediccioacutenpara hablar de proyeccioacuten climaacutetica

La Figura 291 ilustra las diferentes fuentes de incer-tidumbre asociadas a la simulacioacuten climaacutetica Auacutenen ausencia de forzamientos externos el clima variacutea















































































































































2953 Paleoclima













































































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