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Una mirada al problemadel Cambio Climticodesde la Estadstica

Carlos M. Madrid Casado

DPTO. MATEMTICASIES DIEGO VELZQUEZ DE TORRELODONES

DPTO. ESTADSTICA E INVESTIGACIN OPERATIVA IIUNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

Meteorologa y Climatologa

El tiempo es el estado de la atmsferaen un momento dado.

El clima es el estado normal o mediode la atmsfera a lo largo de unperiodo de tiempo suficientementelargo (aprox. 30 aos).

Climatologa: Sinptica u observacional Dinmica caos!! Analtica-Estadstica

Utilidad de losUtilidad de losmtodos estadsticosmtodos estadsticos

Los procesos climticos presentan una variabilidadespacial (regionalizacin, clusters) y temporal (notanto estacional como interanual, p. ej. NIO +/-),

.

La estadstica permite el diagnstico y el pronstico:

describir los datos climticos; cuantificar la incertidumbre; realizar predicciones.

Adems, el anlisis estadstico puede sugerir laexistencia de relaciones entre variablesno necesariamente de causa-efecto!!

Mtodos Estadsticos I Estadstica descriptiva (anlisis

exploratorio de datos, estadsticos) Estadstica inferencial (estimacin

param tr ca y no-param tr ca : Inferencia frecuentista (intervalos de

confianza, contraste de hiptesis) Inferencia bayesiana

Anlisis Multivariante (correlacin,regresin lineal y no lineal, prediccin porensembles)

Mtodos Estadsticos II Series Temporales: aislar componentes

(tendencia, ciclo, estacional, ruido)mediante esquemas (aditivo,

, , Toma de Decisiones: decisiones en

ambiente de conflicto (teora de juegos)

En concreto, estos mtodos se emplean paradetectar el Cambio Climtico (sobre todo encuanto a eventos extremos) y para generarescenarios climticos futuros.

InIn orderorder to deal quantitatively withto deal quantitatively withuncertainty it is necessary to employ theuncertainty it is necessary to employ thetools of probability, which is thetools of probability, which is the

Daniel S. Wilks (2011): S t a t i s t i c a lM e t h o d s i n t h e A t m o s p h e r i c Sc i e n c es ,Academic Press, Elsevier, 3 edicin.

mathematicalmathematical languagelanguage ofof uncertaintyuncertainty..

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Las tres hiptesis delCambio Climtico:

Existe un calentamiento global de laTierra.

La causa rinci al del calentamientoglobal es el efecto invernadero.

Y la causa principal del efectoinvernadero son las emisiones deCO2 de origen humano.

Cuarto Informe deEvaluacin del IPCC (ONU)

Es p r o b a b l e quehaya habido uncalentamiento

Es p r o b a b l e que elcalentamiento medioglobal en 2100 se

an ropog n cosignificativo durantelos ltimos 50 aos

como promedio entodos los continentesexcepto en laAntrtida.

encuen re en eintervalo de 2C a4,5C, siendo la mejor

estimacin unos 3C, yes m u y i m p r o b a b l eque sea menor de1,5C.

DEFINICIN DE LOSEXPERTOS DEL IPCC

P r o b a b l e significa que laprobabilidad de ocurrencia esmayor de 0.66 (es decir, >66%).M u y i m p r o b a b l e significa que la

probabilidad de ocurrencia esmenor de 0.10 (es decir,

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El clima presente:qu es la temperatura global?

IPCC (ONU): entre +0,4 y +0,8C GISS (NASA): entre +0,5 y +0,7C

La temperatura global es unestimador, un estadstico

Lmitestemporaly espacial

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y = 0,0002x + 6,446 Regresin lineal y polinmica (orden 4)

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ERATURA

MEDIA

NAVACERRADA

5

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1935 1950 1965 1980 1995 2010

TEM

AO

OSCILACIONES o TENDENCIAS?

En general, las tendencias lineales no describen bien

la variabilidad climtica (ni la pasada ni la futura)

24.9 mm/100y

- .

Test de Tendencia deMann(1945) - Kendall(1975)

El contraste tiene como objetivo detectar una tendenciapositiva o negativa en la serie temporal (H0=no hay tal).

Cada par de valores yi, yj (i>j) es comparado para encontrar siyi>yj yi10, S sigue una distribucin normal de media 0 yvarianza:

Ves funcin del n total de datos (n) y del n de grupos con medidaidntica (g), siendo ti el n de observaciones iguales en cada grupo.

EFM

GrficamenteGrficamente NAVACERRADA

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El clima del pasado:El palo de hockey La Academia de CC. Estadsticas yel palo de hockey corregido

Buscando correlaciones

Correlacionespositivas y negativas

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El clima del futuro:la prediccin por ensembles

En la investigacin y creacin de

reconocer que nos enfrentamos conun sistema catico no lineal y, portanto, las predicciones a largo plazono son posibles. (IPCC)

De los De los modelosmodelos de balancede balance dede energasenergas

a los a los modelosmodelos dede circulacincirculacin general ...general ...

2000s: Earth System Models

1963: La atmsfera comosistema catico (Lorenz)

Deterministic Non-Periodic Flow

Sensibilidad a las condicionesiniciales Efecto MariposaEfecto Mariposa

Modelo simplificadode conveccin

Un Un ensembleensemble en el atractor de en el atractor deLorenzLorenz::

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Prediccin por e n s em b l e s

simulacin con la mejor

condicin inicial

evolucinreal

Ensemble de Pronsticos delTiempo (Londres):

Ensemble de Pronsticos delClima (El Nio):

De condiciones a modelosDe condiciones a modelos

Pero el futuro est abiertoEscenarios Econmicos

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Realismo y simulacin deescenarios econmicos:Los dos escenarios ms dramticos sonlos menos probables desde el punto devista econmico: A2 supone que larenta de los pases pobres crecer

,pese a ello, la poblacin mundial

aumentar (cuando la natalidad tiendea disminuir con la renta); y A1F1proyecta que la renta per cpita crecermucho y, sin embargo, seguiremosusando las mismas tecnologas sucias

Evaluando modelos antiguosEvaluando modelos antiguos En el caso de EspaaEn el caso de Espaa

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De la cara cientfica a lacara econmica: Kioto **

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G- 8

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El Protocolo de Kiotoy la Teora de Juegos El dilema del prisionero

Dilema del prisioneroMatriz de Pagos(aos de crcel)

Preso Y

lealtad traicin

Preso Xlealtad 2 \ 2 10 \ 1

traicin 1 \ 10 5 \ 5

T encubres T traicionas

l encubre Mximo beneficiocomn T ganas, l pierde

l traiciona l gana, t pierdes Mximo perjuiciocomn

El dilema decolaborar / no colaborar

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Multas contra los free riders y losequilibrios de Nash ineficientes Muchas gracias! FERNNDEZ, Yolanda et al. (2009): Estrategias ante

Kioto: una visin de teora de juegos, Papeles deEconoma Espaola, 121, 2009, pp. 36-44.

LOMBORG, Bjorn (2008): En fro. La gua del ecologista, .

MADRID, Carlos (2011): La mariposa y el tornado. Teoradel Caos y Cambio Climtico, RBA.

VV. AA. (2006): Mitos y Realidades del Cambio Climtico,Revista del Instituto de Estudios Econmicos, Vols. 3 y 4.

WILK, Daniel S. (2011): Statistical Methods in theAtmospheric Sciences, Elsevier.

GISS (NASA): www.giss.nasa.govIPCC (ONU): www.ipcc.ch