Climatologia

 

CLIMATOLOGÍA CLASE 1

 

1) Si Sist stem emaa climá climátic tico. o. Pred Predic icta tabi bili lida dadd y aleato aleatori ried edad ad.. Conce Concept ptoo de Clim Clima. a. Cond Condic icio ione ness exte extern rnas as e inte intern rnas as.. Ergod Ergodic icid idad ad.. Transitividad. Climatología Descriptiva, Física, Sinóptica y Dinámica. 2)

Factores Factores astronóm astronómicos icos del del clima. clima. Radia Radiación ción solar. solar. Distanc Distancia ia tierra-s tierra-sol. ol. Altura Altura del sol sol en función función de la latitu latitud, d, día día y hora. hora.

3) Ra Radi diac ación ión sola solarr en el sis siste tema ma cli climá mátic tico. o. Abs Absorc orción ión por por oz ozono ono,, va vapor por de agu aguaa y otro otross ga gase ses. s. Dif Difus usió iónn y dis dispe pers rsión ión.. Transmitancia. masa óptica. Refracción. Variación diaria, estacional y espacial. Reflexión por gases, partículas y nubes. Albedo de diferentes superficies de la críósfera y océanos. Distribución global y variación estacional del albero total. 4) Radi Radiac ació iónn ter terre rest stre re.. Emi Emisi sivi vida dad. d. Ba Band ndas as de abso absorci rción ón del del agu aguaa y otros otros ga gase ses. s. Ve Vent ntan anaa de de rad radia iaci ción ón.. Gas Gases es de invernadero. Mecanismo de calentamiento de la atmósfera. Variación estacional y geográfica de la radiación terrestre. Balance de radiación del sistema climático. 5) Cr Crios iosfe fera ra:: niev nievee esta estaci cion onal al,, hiel hieloo mari marino, no, man manto toss cont contin inen enta tale les, s, gl glac acia iare ress y perma permafro frost st.. El rrol ol de de los los océa océanos nos en el el sistema climático: Calentamiento por radiación, flujo vertical de calor, capa de mezcla y termoclima estacional. Balance térmico con la atmósfera. Almacenamiento y transporte de calor en los océanos. Litosfera: flujo de calor en el suelo. Penetración desfasaje de las ondas térmicas, diurnas y anuales.. 6) Balanc Balancee global global ddee radiac radiación ión y calor calor en el el sistem sistemaa climáti climático co y en la atmós atmósfer fera. a. Tra Transp nsporte orte meri meridio dional nal ddee energí energía. a. Teoría Teoríass antiguas sobre la circulación general. Experimentos físicos y matemáticos sobre el transporte meridional de momento angular y calor. Circulación de Hadley y de Rossby. Transporte meridional medio celular y turbulento.

7) La cir cmeridionales. ircu cullac ació iónn obse observ rvad ada. a. Res Resol oluc ució iónn de de la la calor, circ circul ulac ació iónn gene genera ral l. camp campos m med edio ios s prom promed edia iado doss de zon zonal alme ment nte. e. Las Las circulaciones Transporte meridional momento angular yosagua. Esquema global la circulación general. los campos medios en superficie., troposfera media, alta y estratosfera. Variación estacional. Implicancias climáticas. Convergencia y movimientos verticales.

 

8) La circ circul ulac ación ión de los los tró trópi picos cos.. Cara Caract cter erís ísti tica cass gene genera rale less de la la atmó atmósf sfer eraa trop tropic ical al.. Los Los océa océanos nos en los los tróp trópic icos os:: corrientes y temperatura. La zona de convergenci convergenciaa intertropical. intertropical. La circulación del Walker. Walker. La circulación circulación AtlánticoAtlánticoAmazonas. Las oscilaciones de 30-60 días. El monzón asiático. El monzón africano. Las ondas de los Estes. Tormentas y ciclones tropicales. otras perturbaciones tropicales. Efectos diurnos y topográficos. 9) As Aspec pectos tos ge gene nera rale less de la la circ circul ulaci ación ón de de los los Oe Oest stes es.. Vari Variab abil ilid idad ad.. Dist Distri ribu buci ción ón geo geogr gráfi áfica ca ce ce las las mas masas as de de ai aire re.. Mecanismos de formación del frente polar. Familias de ciclones, circulación general. Distribución geográfica del frente polar y del jet subtropical. Trayectorias de las depresiones en los hemisferios. Variabilidad de distintas frecuencias. El patrón PNA. Fenómeno de vacilación. Transición entre regímenes climáticos diferentes. La onda semianual de presión en el Hemisferio Sur. 10) La precipi precipitació taciónn a escala escala global. global. El contine continente nte ideal. ideal. Los climas del del mundo. mundo. El clima de Sudaméric Sudamérica. a. La circulac circulación ión sobre Sudamérica. La zona del Pacífico: Colombia, Ecuador; los climas de Perú y norte de Chile; centro y sur de Chile. La zona atlàntica: latitudes medias y subtropicales, el nordeste de Brasil. El Amazonas. El litoral de Caribe. 11) El clima de Argentina. Argentina. La circulación circulación sobre Argentina. Argentina. Los sistemas de Jets. La depresión del noroeste. Las Las situaciones típicas. El pasaje de sistemas frontales el desarrollo de ciclones. Campos medios de precitación y su variación anual.

12) Factores Factorde eslaque controlan controlanLaelbrisa clima clima loca clima climaVientos urbano. urbanolocales. . La islaC urbana urbana de calor. calor. Flujos Flujos alrededor alrededor de obstácu obstáculos. los. La influencia topografía. de local. marl.y El tierra. Contaminación. ontaminación. 13) Cambio Cambio climático. climático. Concepto. Concepto. Relación Relación señal-r señal-ruido. uido. Test Test de significanc significancia ia para la media media y la varianza. varianza. Intervalo Intervalo de confianza. Relación de confiabilidad. Estimación de la relación señal-ruido. Cambios climáticos en la escala de 10 a 10 años. El actual interglaciar. Influencia de los cambios en la Historia. El clima de los últimos cien años. Cambios de la temperatura en función de la latitud y región Geográfica. 14) El fe fenóm nómeno eno de El El Niño. Niño. Histor Historia: ia: Carr Carranz anza, a, Lockyel Lockyel,, Walker Walker,, Wyrtky Wyrtky,, Bjerne Bjernes, s, Ichry Ichrye, e, Quin. Quin. El Niño Niño,, La niña niña y la Oscilación del Sur; ENSO. Descripción del fenómeno. El Niño fuera de su área de influencia directa: Africa, India, ONA, Sudamérica.

 

ELEMENTOS DEL CLIMA Actitud antropocéntrica Socio económica

- Te Temp mper erat atur uraa - Precipi Precipitac tación ión - Contenido Contenido de de agua en el suelo suelo - Ve Vecto ctorr viento viento - Humeda Humedadd relativ relativaa - Inso Insola laci ción ón - Nubos Nubosid idad ad - Visib Visibili ilidad dad - Pres Presió iónn - Tiempo Tiempo significa significativo: tivo: Niebla Niebla - Tormentas, Tormentas, heladas, heladas, etc

 

CLIMA Contextos

Geomorfólogo

V, Temp., PPP, H suelo

Agricultor

H suelo, Temp., Insolación PPP, H, Nubosidad

Turista

Generalización del vocabulario Clima del Ozono Clima de 500 hPa

Temp, PPP, Nubosidad Insolación, V, H

 

Balance de energía del sistema tierra-atmósfera Qué factores pueden producir cambios en el balance?

 

ELEMENTOS DEL CLIMA Actitud antropocéntrica Socio económica

SISTEMA CLIMÁTICO

- Te Temp mper erat atur uraa - Precipi Precipitac tación ión - Contenido Contenido de de agua en el suelo suelo - Ve Vecto ctorr viento viento - Humeda Humedadd relativ relativaa - Inso Insola laci ción ón - Nubos Nubosid idad ad - Visib Visibili ilidad dad - Pres Presió iónn - Tiempo Tiempo significa significativo: tivo: Niebla Niebla - Tormentas, Tormentas, heladas, heladas, etc

(SC)

Es el sistema que es afectado por la variabilidad de los elementos climáticos. Depende de la escala del tiempo.

Lo que no es parte del sistema climático c limático pero influye en el mismo: Factores externos. Ej: Variabilidad Variabilidad de la radiación solar. Movimientos astronómicos de la tierra

Axiomática: Axiom ática: Se Según gún OMM el SC está compue compuesto sto por los subsis subsistema temass . ATMÓSFERA . HIDRÓSFERA (Ríos, lagos, océanos, etc) . CRIÓSFERA ( Hielos continentales y marinos, Nieve y permafrost) . SUELO (Primeros metros de la litósfera) . BIÓSFERA (terrestre y marina)

 

ELEMENTOS DEL CLIMA T PPP H

Actitud antropocéntrica Social-económica

V H suelo Insolacion Nub Tiempo significativo : Nieblas, tormentas,etc.

Actitud científica

Variables significativa (suceptibles de cambio)

(Exclusiva) Ej. Si el Sistema Climático = Atmósfera Todas las variaciones del sistema hidrodinámico más todas las variables del resto de la física.

 

SISTEMA TEMA CL CLIMÁ IMÁTIC TICO O SIS Posición extrema: Todo lo que qu e interactúa con las variables climáticas depende de T e SOL ATMÓSFERA Te ∼ 1-100 años

OCÉANO (no(no todo) LITÓSFERA todo) CRIÓSFERA

Posición manejable: Todo lo que es influenciado por los elementos climáticos de superficie Factores internos del clima Características termo e hidrodinámicas de la atmósfera

O.M.M.

Atmósfera

Capa límite planetaria Atmósfera libre

Hidrósfera Ríos, lagos, mares, océanos. Criósfera

Hielos continentales y marinos Nieve Permafrost

Suelo

Primeros mts. de la Litósfera

Biósfera

Terrestre y marina

Factores externos del clima Física del Sol Movimientos Astronómicos

 

TIEMPO DE RESPUESTA : T Es una medida de tiempo que tarda un sistema en equilibrarse después de una perturbación pequeña sobre el mismo

Una expresión:

l – fo fold lding ing tim time e=T A´ = Ae –αt

Perturbación de magnitud A cuando t = 1/α ya que que A´ = A/e A/e

t=T

En general en el sistema climático T de respuesta es el T respuesta térmico

Cuando un subsitema tiene

T

> T de respuesta grande

- Muy Inest Inestab able le

- Masa * Calor eespec specífic íficoo >> que todos los otros subsistemas

- Mas din dinámi ámico co de los subsis subsistem temas as

- Rese Reservor rvorio io de ener energía gía

- Dimensi Dimensiones: ones: Horizontal >> Vertical

- Gran iner inercia cia mec mecánic ánicaa

- Movi Movimien mientos tos esen esencial cialmen mente te horizantales . Equilibrio hidrostático . Fuerte interacción con la superficie y el espacio exterior

- Dim Dimensi ensione oness idem at atmósf mósfera era . Equilibrio hidrostático . Fuerte interacción con la atmósfera

 

SUBSISTEMAS ATMÓSFERA Cv más pequeños ρ T, pequeño más inestable más dinámica

Dimensiones

Fuerte interacción con la superficie

Redistribución propiedades

por movimientos esencialmente horizontales Relación hidrostática

HIDRÓSFERA ρ , Cv >> atmósfera

Masa . Cv >> Todos los otros subsistemas Reservorio energía de

Gran inercia mecánica Dimensiones: Océano idem Atmósfera pero aún más Hidrostático

Fuerte interacción Ma Marr Atmó Atmósf sfer eraa  

CRIÓSFERA

LITÓSFERA

- Hie Hielo lo eenn Antárt Antártida ida y Groenlandia

- Cond Condici icionad onadoo por por el clima

- Hi Hielo elo cont cont.. en glaciares

- Age Agente nte

- yHie Hielo lo m marin arinoo , capas capas témpanos

- Int Interc ercam ambia bia co conn atmósfera:

- Niev ieve (transitoria estacionalmente)

Permafrost

Vulc Vulcanis anismo mo

- Ciclo Ciclo de de ga gase sess de invernadero CO2CO 2- CH4, CH4, N NO7 O7 - Reflexió Reflexiónn de la luz

- Mo Mom men entto - En Ener ergí gíaa - Ma Masa sa ((ag agua ua))

Desacopla Océano – Atmósfera en lat. altas

BIÓSFERA

- Ciclo Ciclo de dell ag agua ua

 

FEEDBACK input

FEEDBACK

SISTEMA

output

 

FEEDBACK input

SISTEMA

output

FEEDBACK

T

+ sup. con HIELO y NIEVE

T

+ reflexió reflexiónn de la LUZ SOLAR SOLAR FEEDBACK K POSITIVO FEEDBAC

ejemplos:

T

mas capac capacid idad ad de cont conten ener er H2O vapor en la atmósfera mayor retenc mayor retención ión de la emisi emi sión ón de onda onda la larg rgaa otra vez FEEDBACK POSITIVO

 

T

+ H2O vapor eventualmente

+ Nubosidad + Albedo - Radi Radiac ació iónn O. lar larga ga saliente Complicado, aunque generalmente

T

FEEDBACK NEGATIVO

 

T

+ H2O vapor eventualmente

+ Nubosidad + Albedo - Radi Radiac ació iónn O. lar larga ga saliente Complicado, aunque generalmente

T

FEEDBACK NEGATIVO

FORZANTE EXTERNO Y VARIABILIDAD INTERNA

FB-

Perturbación decrece

FB+

Perturbación crece

y puede dar lugar a otros procesos con FB- ó FB+

VARIABILIDAD INTERNA  

R = respuesta F= forzante

Para que la respuesta periódica tenga la misma frecuencia que el forzante debe haber una relación lineal

R(t) = a F(t) + b

gafico 2.7

Importancia de la variabilidad interna

 

¿Predictabilidad?

4

x2

Predecible al tiempo t1 – t0

xn

si para cada ε   ∃ un δ

ε

δ

t0 S1

tal que si ? S1to

t1

?

– S2to   ? < δ

S1t – S2t ? < ε

si no ocurre es impredictible al tiempo t1 – t0 x1

En la atmósfera ε puede ser la distancia media entre dos estados cualquiera tomados al azar

n: enorme t1 – t0

Depende de la escala

 

Aleatoria en los promedios climáticos

Impredictabilidad La predicción del clima no puede ser una simple extensión de la predicción numérica del tiempo

¿Por qué qué la atmósfe atmósfera ra es im impredi predictib ctible? le? Sus procesos son esencialmente no lineales

ENERGÍA LAS PEQUEÑASDEESCALAS

en la gran escala las ondas son inestables dinámicamente

se propaga

CRECEN

A LA GRAN ESCALA

 

CONCEPTO DE CLIMA Idea de promedio T enero un año

difiere

T enero de otro año

T 30 eneros

difiere generalmente

T otros 30 eneros

mucho menos

Tentación: Clima como promedio sobre t

:

Problema práctico: No se puede calcular Problema conceptual: No se puede hablar de cambio climático Problema similar al de la macánica estadística Se introduce el concepto de población Colección infinita del mismo sistema dinámico, cada una de ellas evolucionando en forma independiente y diferente.

 

APLICACIÓN CLIM A APLICACIÓN AL CLIMA Copia : de sistemas con las mismas condiciones Astronómicas Geográficas Componentes Químicos Etc. El tiempo en cada sistema evoluciona independientemente independientemente La distribución de probabilidad no cambia si no cambian las condiciones externas.

Clima como promedio sobre la población En este caso la variabilidad sobre la población constituye el ruido climático

Clima como la distribu distribución ción de la probabilidad multivariada El ruido climático sería parte del clima y en el lugar de promedio se hablaría de valor esperado del clima.

 

Herramienta de estudio Modelos de Circulación General (MCG) de los “cl “climas imas”” de los MC MCG G la 1° En el caso de vantaja es evidente: se puede en un principio construír una muestra de la población

 

¿Qué ¿Q ué se ga ganó nó? ? de los “cl “climas imas”” de los MC MCG G la 1° En el caso de ventaja es evidente: se puede en un principio construír una muestra de la población

Sistema climático real 2° En el supuesto que ambos promedios * y todas las estadísticas coincidan

• aProm Promedio edio en una reali realizaci zación ón cuando cuando t tiende infinito • Pro Prome medio dio so sobre bre la ppob oblac lació iónn (el proceso es ergódico) se dispone de una realización y es posible calcular sobre ella las estadísticas pues se va ganando un marco conceptual que permite aplicar la teoría estadística.

Este nuevo concepto es tan invasible y teórico como el del promedio

 

¿Qué ¿Q ué se ga ganó nó? ? de los “cl “climas imas”” de los MC MCG G la 1° En el caso de vantaja es evidente: se puede en un principio construír una población (una muestra)

Sistema climático real 2° En el supuesto que ambos promedios * y

todas las estadísticas coincidan • Pro Promed medio io en la rea realiz lizaci ación ón cuan cuando do t ttien iende de a infinito

* Promedio sobre la población

(el proceso es ergódico) se dispone de una realización y es posible calcular sobre ella las estadísticas pues se va ganando un marco conceptual que permite aplicar la teoría estadística.

3° Se ha tenido que precisar las ideas y se ha debido introducir el concepto de condiciones externas lo que termina por definir en cada caso de qué

Este nuevo concepto es tan invasible y teórico como el del promedio

sistema sistem a se está hablando. hablando.  

En la definición del sistema climático - pue puede de habe haberr ci cierta erta LIBERTAD

- aunq aunque ue nnoo pu puede ede ser ARBITRARIA Las condiciones ó variables ext externas ernas no pueden ser influídas por la evolución del sistema Son variables externas al sistema aquellas que en el lapso de tiempo de interés sufren una influencia despreciable despreciable por parte del de l mismo. La elección de las variables externas está estrechamente vinculada con la escala de tiempo que se elige

 

En la definición del sistema climático - pue puede de habe haberr ci cierta erta LIBERTAD

- aunq aunque ue nnoo pu puede ede ser ARBITRARIA Las condiciones Ó variables externas no pueden ser influídas influídas por la evolución del sistema Son externas las vaiables qu en el lapso de tiempo de interés sufren una influencia despreciable por parte del mismo. La elección de las variables externas está estrechamente vinculada con la escala de tiempo que se elige

FINALIDAD Predicción del tiempo (pocos días)

SISTEMA MCG (atmósfera) +Balance térmico en la superficie de la Litósfera

Simulación climática

CONDICIONES EXTERNAS

MCG + Al menos parte del océano y la Criósfera

T prefijada en el mar y la Criósfera como condición de borde

ener en era a es

 

Factores del Clima

EXTERNOS

Locales

 

Ca mb ios en la ór ó rbi bita ta ter t errres estre tre Cambios en la órbita terrestre Astronómicos Astronómicos

Vari ab abil ilidad idad de la e mis ión s olar

Variabilidad de la emisión solar Deriva de los continentes Deriva de los continentes Geológicos Geológicos Movimientos orogénicos Movimientos orogénicos Vulcanismo

Vulcanismo

Composición Composición de la at mós fera era Camb Ca mbio ios s en la l a c once ncent ntr r ación de GEI Cambios en la concentraci concentración ón de la atmósfera

de GEI Camb Ca mbii os en la c once ncent ntr r ación de aero aer os oles

Cambios en la concentración y distribución de aerosoles

Varia bil ilii da d in tern a del del s is tem ema a

Variabilidad interna del sistema

 

¿El sistema climático es o no ergódico? En un sentido estricto no puede haber respuesta parece una pregunta inútil

Explorar sistemas similares matemátic matemáticos os (sistemas de ecuaciones) o físicos. Los sistemas matemáticos similares presentan en principio infinitas soluciones. Cada solución tiene sus propias pro pias estadísticas de largo plazo. Si al elegir una solución cualquiera c ualquiera del sistema hay un sólo conjunto de estadísticas de largo plazo el sistema es transitivo. Es decir que las estadísticas no van a depender de qué valores valores haya haya tomado el sistema sistema en algún momento

¿Por qué tra transit nsitivo ivo? ? ¿Por qué Los valores de las soluciones no están impedidos de transitar por cualquier valor. En el largo plazo presentarán las mismas estadísticas.

 

Si hay más de un conjunto de estadísticas con probabilidades no nula el

sitema es intransitivo

Analogía física

Sistema Transitivo V

V=0

V

V=0

Sistema Intransitivo

Sistema TRANSITIVO

Proceso ergódico

Sistema INTRANSITIVO

No ergódico

 

Enseñanza del experimento Podría ocurrir: Cambio en las condiciones externas modifica el clima en forma

irreversible

Tercera posibilidad Sistema es transitivo pero por ciertos tiempos mantiene estadísticas diferentes. Esto es un

Sistema semitransitivo Posibles explicaciones de: NIÑO Periodos Interglaciares

NO-NIÑO Periodos Glaciares