Tercer Informe de Evaluación



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Muchos aspectos del sistema climático de la Tierra son caóticos—

su evolución es sensible a pequeñas perturbaciones de las condiciones

iniciales. Esta sensibilidad limita la posibilidad de predecir

la evolución detallada del tiempo más allá de un lapso de aproximadamente dos semanas. No obstante, la posibilidad de predecir el clima no está tan limitada por las influencias sistemáticas en la atmósfera de los componentes del sistema climático que varían más lentamente. Sin embargo, para poder hacer pronósticos fiables, teniendo en cuenta tanto las incertidumbres en las condiciones iniciales como las debidas a los modelos, es conveniente repetir la predicción muchas veces a partir de distintos estados de perturbación iniciales y utilizando modelos mundiales diferentes. Estos conjuntos de predicciones son la base de los pronósticos de probabilidad del estado del tiempo.

Los MCGAO son muy complejos y se requieren computadoras muy potentes para poder ejecutarlos. Con frecuencia se utilizan también modelos más sencillos para investigar en mayor profundidad distintos escenarios de emisión de gases de efecto invernadero y los efectos de ciertas hipótesis o aproximaciones en los parámetros del modelo. Las simplificaciones pueden consistir en una menor resolución y en procesos dinámicos y físicos simplificados. Juntos, los modelos simples, intermedios e integrales forman una “jerarquía de modelos climáticos”, todos ellos necesarios para analizar las opciones elegidas en las parametrizaciones y evaluar la magnitud de los cambios climáticos.


significa automáticamente que el vapor de agua tenga que aumentar.

Dentro de la capa límite atmosférica (la capa inferior de la atmósfera,

de aproximadamente 1 a 2 kilómetros de altura), el vapor de agua

aumenta a medida que sube la temperatura. En la troposfera libre, por

encima de la capa límite, donde el efecto invernadero del vapor de agua

es más importante, la situación es más difícil de cuantificar. Según indican

los modelos actuales, la retroacción del vapor de agua tiene por

efecto duplicar, aproximadamente, el nivel de calentamiento que se

produciría únicamente por la acción del vapor de agua fijo. Desde el

SIE se han hecho importantes avances en cuanto a la forma de encarar

el vapor de agua en los modelos, aunque la descarga de humedad

de las nubes sigue siendo un factor bastante incierto y existen divergencias

entre la distribución del vapor de agua que indican los modelos

y la que se observa en la realidad. Los modelos son capaces de

simular las regiones húmedas y muy secas que se observan en las zonas

tropicales y subtropicales y la forma en que éstas evolucionan a lo largo

de las estaciones y de un año a otro. Si bien esto da mayor confianza,

no permite comprobar las retroacciones, aunque el resto de las

pruebas parecen inclinarse a favor de un efecto de retroacción positivo

del vapor de agua en cielos despejados, de una magnitud comparable

a la indicada por las simulaciones.

NUBES


Las nubes y sus interacciones con la radiación son probablemente los factores que generan la mayor incertidumbre en las proyecciones del clima futuro, situación que ha permanecido invariable desde que se publicó el Primer Informe de Evaluación del IPCC, en 1990. Las nubes pueden absorber y también reflejar la radiación solar (enfriando la superficie), así como absorber y emitir radiación de onda larga (calentando de esa manera la superficie). El balance entre estos efectos depende de la altura, el espesor y las propiedades radiativas de las nubes. Las propiedades radiativas y la evolución de las nubes dependen de la distribución del vapor de agua atmosférico, las gotas de agua, las partículas de hielo, los aerosoles atmosféricos y el espesor de las nubes. La base física de las parametrizaciones de las nubes mejora considerablemente en los modelos si se incluye una representación general de las propiedades microfísicas de las nubes en una ecuación del balance de agua de las nubes, aunque subsiste una incertidumbre considerable. Las nubes representan una fuente importante de posibles errores en las simulaciones del clima. La posibilidad de que los modelos subestimen sistemáticamente la absorción de radiación solar por las nubes sigue siendo objeto de controversia. El signo de la retroacción neta de las nubes es todavía incierto y los distintos modelos muestran un margen de variación muy amplio. Hay otras incertidumbres relacionadas con los procesos de las precipitaciones y con la dificultad para simular correctamente el ciclo diurno y el volumen y la frecuencia de las precipitaciones.

ESTRATOSFERA

Se ha tomado mayor conciencia de la importancia de la estratosfera

en el sistema climático debido a los cambios en su estructura, y se ha

reconocido el papel fundamental que desempeñan tanto los procesos

radiativos como los procesos dinámicos. El perfil vertical del cambio

de la temperatura en la atmósfera, incluida la estratosfera, es un indicador

importante en los estudios de detección y atribución. Los

descensos observados en las temperaturas de la capa inferior de la

estratosfera se han debido en su mayor parte a la disminución del

Cambio climático 2001–– La base científica

ozono—fenómeno en el que se incluye el “agujero de ozono” sobre la Antártida––, más que al aumento de las concentraciones de CO2. Las ondas generadas en la troposfera pueden propagarse hacia la estratosfera donde son absorbidas. Como consecuencia de ello, los cambios estratosféricos alteran el lugar y la forma en que esas ondas son absorbidas y sus efectos pueden extenderse en sentido descendente hacia la troposfera. Los cambios en la irradiancia solar, principalmente en la radiación ultravioleta (UV), determinan cambios en el ozono que son inducidos fotoquímicamente y que, a su vez, modifican los ritmos de calentamiento de la estratosfera, lo que puede alterar la circulación troposférica. Las limitaciones existentes en cuanto al grado de resolución y la representación relativamente imprecisa de algunos procesos estratosféricos añade incertidumbre a los resultados de los modelos.


OCÉANOS

Se han logrado importantes avances en la modelización de los procesos oceánicos, en particular del transporte de calor. Estos avances, unidos a un aumento en el grado de resolución, han sido importantes para reducir la necesidad de hacer un ajuste de flujo en los modelos y para producir simulaciones realistas de los modos de la circulación natural a gran escala y mejorar la simulación de El Niño (véase el Recuadro 4). Las corrientes oceánicas transportan calor desde los trópicos a latitudes más altas. Los océanos intercambian calor, agua (a través de la evaporación y la precipitación) y CO2 con la atmósfera. Debido a su enorme masa y su gran capacidad de almacenamiento de calor, los océanos tornan más lento el cambio climático e influyen en la escala temporal de la variabilidad del sistema océano-atmósfera. Se han hecho progresos considerables en la comprensión de los procesos oceánicos que guardan relación con el cambio climático. El aumento de la resolución, así como una mejor representación (parametrización) de procesos importantes a escala subreticular (p.ej., vórtices de mesoescala) han aumentado el realismo de las simulaciones. Sigue habiendo grandes incertidumbres en torno a la representación de los procesos a pequeña escala, como los desbordamientos (flujo por canales estrechos, como por ejemplo entre Groenlandia e Islandia), las corrientes occidentales de contorno (es decir, corrientes angostas a gran escala a lo largo de la línea de la costa) y los fenómenos de convección y mezcla. Las corrientes de contorno en las simulaciones climáticas son más débiles y anchas que en la naturaleza, si bien las consecuencias de ello para el clima no son claras.

CRIOSFERA

La representación de los procesos del hielo marino continúa mejorando,

y hay actualmente varios modelos climáticos que incorporan

métodos basados en la física para representar la dinámica de los

hielos. La representación de los procesos del hielo terrestre en los

modelos climáticos mundiales sigue siendo rudimentaria. La criosfera

está compuesta por aquellas regiones de la Tierra que están cubiertas,

estacionalmente o permanentemente, de nieve y hielo. El hielo

marino es importante porque refleja más radiación solar incidente que

la superficie del mar (es decir que tiene un albedo mayor) y protege

al mar de la pérdida de calor durante el invierno. Por lo tanto, la

reducción del hielo marino tiene un efecto de retroacción positivo sobre

el calentamiento del clima en las latitudes altas. Además, debido a que

el hielo marino contiene menos sal que el agua del mar, cuando se

forma el hielo marino el contenido de sal (salinidad) y la densidad de

la capa superficial del océano aumentan. Esto promueve un


Resumen técnico del Grupo de trabajo I del IPCC 43

Recuadro 4: El Niño/Oscilación Austral (ENOA)

La fluctuación natural más intensa del clima a escala temporal interaguas

superficiales. Entonces, las aguas más frías y ricas en nutrienanual

es el fenómeno El Niño/Oscilación Austral (ENOA). El tértes

afloran desde abajo a lo largo del ecuador y de la costa occidenmino

“El Niño” se aplicaba originalmente a una débil corriente tal del continente americano, favoreciendo el desarrollo del fitooceánica

que todos los años, cerca de las Navidades, pasaba a lo largo plancton, el zooplancton y, por lo tanto, de los peces. Como la conde

la costa del Perú en dirección al sur, y fue sólo más tarde que vección y las tormentas eléctricas ocurren principalmente en aguas

comenzó a asociarse con un nivel de calentamiento inusualmente más cálidas, la configuración de las temperaturas de la superficie del

alto. Sin embargo, el calentamiento en las zonas costeras se asocia mar determina la distribución de las lluvias en los trópicos, y esto a

con frecuencia a un calentamiento anómalo y mucho más extenso del su vez determina las tendencias de calentamiento de la atmósfera

océano, hasta la Línea internacional de cambio de fecha, y es a este mediante la liberación de calor latente. El calentamiento impulsa las

fenómeno, presente en toda la cuenca del Pacífico, al que se asocian circulaciones de tipo monzónico en gran escala en los trópicos, y

modos climáticos anómalos a nivel mundial. El componente atmospor

ende determina los vientos. Este estrecho acoplamiento de la

férico vinculado a “El Niño” se ha denominado “Oscilación Austral”. atmósfera y el océano en los trópicos da origen al fenómeno de

Los científicos suelen designar este fenómeno, en el que la atmós-El Niño.

fera y el océano colaboran entre sí, con el nombre de ENOA (El

Niño/Oscilación Austral). Durante El Niño, las aguas cálidas del Pacífico occidental tropical

migran hacia el este a medida que los alisios amainan, desviando la

El ENOA es un fenómeno natural, y hay abundantes pruebas, encontrayectoria

de los temporales de lluvias tropicales, atenuando aún más

tradas en muestras de corales y de hielo de los glaciares de los la fuerza de los alisios y acentuando así los cambios en las tempe-

Andes, que indican que ha venido ocurriendo desde hace milenios. raturas del mar. A medida que las aguas cálidas avanzan hacia el este

Las condiciones oceánicas y atmosféricas imperantes en la zona troa

lo largo del ecuador, el nivel del mar baja en el oeste, pero se eleva

pical del Pacífico son raramente uniformes, sino que fluctúan con en el este hasta 0,25 m. Ahora bien, los cambios en la circulación

cierta irregularidad entre los episodios de El Niño y su fase opuesatmosférica

no se limitan a los trópicos, sino que se extienden por

ta, “La Niña”, que consiste en un enfriamiento en toda la cuenta del todo el planeta y repercuten en las corrientes en chorro y en la tra-

Pacífico tropical durante un período que por lo general abarca de tres yectoria de las tormentas en las latitudes medias. Durante La Niña

a seis años. La fase más intensa de cada fenómeno habitualmente – la fase opuesta del fenómeno – se observan configuraciones

dura un año. aproximadamente inversas.

Hay un patrón característico de las temperaturas de la superficie del Los cambios asociados al ENOA producen grandes variaciones

mar en el Océano Pacífico que anuncia el comienzo de los episodios meteorológicas y climáticas en todo el mundo de un año a otro. Esto

del ENOA. Algunas características fundamentales son la “piscina de tiene a menudo profundas repercusiones en la humanidad y en la

agua caliente” en la zona tropical del Pacífico occidental, donde se sociedad, a causa de las sequías, las inundaciones, las olas de calor

encuentran las aguas oceánicas más cálidas del mundo; aguas mucho y demás cambios asociados a este fenómeno, que pueden tener con-

más frías en el Pacífico oriental, y una lengua de agua fría a lo secuencias muy perjudiciales para la agricultura, la pesca, el medio

largo del ecuador, que es más pronunciada en octubre y menos ambiente, la salud, la demanda de energía, la calidad del aire, y

marcada en marzo. Los alisios atmosféricos del este en los trópicos modificar además los riesgos de incendios. El ENOA desempeña tamamontonan

las aguas cálidas en el oeste, produciendo una pendienbién

un papel preponderante en la modulación del intercambio de

te ascendente en el nivel del mar a lo largo del ecuador de CO2 con la atmósfera. El afloramiento normal de aguas frías ricas en

0,60 m de este a oeste. Los vientos impulsan las corrientes marinas nutrientes y en CO2 en el Pacífico tropical desaparece durante el episuperficiales,

lo que determina el lugar donde fluyen y se separan las sodio El Niño.

intercambio de agua con las capas más profundas del océano, que afecta la circulación oceánica. La formación de icebergs y la fusión de las barreras de hielo devuelve agua dulce de los continentes a los océanos, de tal manera que los cambios en el ritmo de estos procesos podría afectar la circulación oceánica al modificar la salinidad en la superficie. La nieve tiene un albedo mayor que la superficie terrestre; en consecuencia, la disminución de la capa de nieve produce un efecto de retroacción positivo en el albedo, aunque menor que el del hielo marino. En algunos modelos climáticos se están introduciendo esquemas de nieve cada vez más complejos así como de la variabilidad a escala subreticular de la capa de hielo y su espesor, lo que puede influir considerablemente en el albedo y en los intercambios entre la atmósfera y el océano.

SUPERFICIE TERRESTRE

Las investigaciones realizadas con modelos que contienen las representaciones

más recientes de la superficie terrestre indican que los

efectos directos del aumento del CO2 en la fisiología de las plantas

podrían conducir a una disminución relativa de la evapotranspiración

en los continentes tropicales, junto con un calentamiento regional y

una desecación superiores a los pronosticados convencionalmente

como efectos de calentamiento de los GEI. Los cambios en la superficie

terrestre producen importantes efectos de retroacción, ya que los

cambios climáticos antropógenos (como el aumento de la temperatura,

los cambios en las precipitaciones, las alteraciones en el calentamiento

radiativo neto y los efectos directos del CO2) influyen en el

estado de la superficie terrestre (p.ej., la humedad del suelo, el albedo,

la rugosidad y la vegetación). Los intercambios de energía,


impulso, agua, calor y carbono entre la superficie terrestre y la atmósfera

pueden definirse en los modelos como funciones del tipo y la densidad

de la vegetación local y de la profundidad y las características

físicas del suelo, todo ello de acuerdo con bases de datos sobre la superficie

terrestre que han podido mejorarse merced al uso de observaciones

mediante satélites. Los adelantos logrados en la comprensión de

la fotosíntesis de la vegetación y el uso del agua se han utilizado

para combinar los ciclos de la energía terrestre, del agua y del carbono

dentro de una nueva generación de parametrizaciones de la superficie

terrestre, que se han verificado mediante su comparación con las

observaciones sobre el terreno y se han aplicado en algunos MCG. Eso

ha permitido mejorar en forma comprobable la simulación de los

intercambios entre la superficie terrestre y la atmósfera. Sin embargo,

aún quedan por resolver problemas importantes en lo que respecta a

los procesos de humedad del suelo, la predicción del escurrimiento,

los cambios en el uso de la tierra y los procedimientos aplicables a la

nieve y la heterogeneidad a escala subreticular.

Los cambios en la cubierta vegetal de la superficie terrestre pueden afectar el clima mundial de varias maneras. La deforestación a gran escala en las zonas tropicales húmedas (p.ej., en América del Sur, África y Asia Sudoriental) ha sido señalada como el proceso más importante que está ocurriendo actualmente en relación con la superficie terrestre, porque reduce la evaporación y aumenta la temperatura en la superficie. Estos efectos son reproducidos cualitativamente por la mayoría de los modelos. Sin embargo, siguen habiendo grandes incertidumbres en cuanto al impacto cuantitativo de la deforestación a gran escala sobre el ciclo hidrológico, particularmente en la Amazonia.

CICLO DEL CARBONO

En vista de las mejoras introducidas recientemente en los modelos basados

en los procesos del ciclo terrestre y oceánico del carbono, y de las

evaluaciones realizadas en función de las observaciones, hoy se tiene

mayor confianza en el uso de estos modelos para el estudio de escenarios

futuros. El CO2 tiene un ciclo natural rápido entre la atmósfera, los

océanos y la superficie terrestre. En cambio, para que desaparezca la perturbación

causada en el CO2 por las actividades humanas se requiere mucho

más tiempo. Esto se debe a los procesos que limitan la velocidad con

que pueden aumentar las reservas oceánicas y terrestres de carbono. El

CO2 antropógeno es absorbido por los océanos debido a su alta solubilidad

(que se debe a la naturaleza de la química de los carbonatos), pero

el ritmo de absorción está limitado por la velocidad finita de la mezcla

vertical. El CO2 antropógeno es absorbido por los ecosistemas terrestres

por varios mecanismos posibles, por ejemplo, la gestión de las tierras,

la fertilización por CO2 (intensificación del crecimiento vegetal por

efecto de una mayor concentración de CO2 en la atmósfera) y un mayor

suministro antropógeno de nitrógeno. Esta absorción está limitada por

la proporción relativamente pequeña de carbono vegetal que puede

almacenarse por períodos prolongados (en la madera y el humus). Se

prevé que la proporción del CO2 emitido que puede ser absorbida por

los océanos y la superficie terrestre irá disminuyendo a medida que aumenten

las concentraciones de CO2. Se han elaborado modelos basados

en los procesos de los ciclos oceánicos y terrestres del carbono (que

incluyen representaciones de los procesos físicos, químicos y biológicos)

y se han evaluado mediante su comparación con las mediciones pertinentes

del ciclo natural del carbono. Estos modelos se han utilizado

también para simular la perturbación humana del ciclo del carbono y han

podido generar series temporales de la absorción de carbono por los

Cambio climático 2001–– La base científica

océanos y la superficie terrestre que en general coinciden con las tendencias observadas a nivel mundial. Todavía hay diferencias considerables entre los distintos modelos, especialmente en cuanto a la forma en que encaran la circulación física de los océanos y a las respuestas regionales de los procesos del ecosistema terrestre al clima. Sin embargo, los modelos actuales indican de manera uniforme que, cuando se consideran los efectos del cambio climático, la absorción de CO2 por los océanos y la superficie terrestre disminuye.

D. 2 Los sistemas acoplados

Como se señaló en la Sección D.1, muchos efectos de retroacción se

producen dentro de los distintos componentes individuales del sistema

climático (atmósfera, océanos, criosfera y superficie terrestre). Sin

embargo, hay muchos procesos y retroacciones importantes que ocurren

cuando se acoplan los distintos componentes del sistema climático.

Su representación es importante para predecir reacciones a gran

escala.

FORMAS DE VARIABILIDAD NATURAL

Hay un reconocimiento cada vez mayor de que las formas de circulación natural, como el fenómeno ENOA y la OAN, desempeñan un papel fundamental en el clima mundial y en su variabilidad interanual y a más largo plazo. La mayor fluctuación natural del clima a escala interanual es el fenómeno ENOA (Véase el Recuadro 4). Es una modalidad intrínsecamente acoplada atmósfera-océano que tiene su principal actividad en la zona tropical del Pacífico, pero que produce importantes impactos climáticos regionales en todo el mundo. Los modelos climáticos mundiales están apenas comenzando a señalar una variabilidad en la zona tropical del Pacífico que es similar al ENOA, principalmente debido al aumento de la resolución meridional en el ecuador. Hay características de la temperatura de la superficie del mar y de la circulación atmosférica similares a las que se observan a escala interanual durante el ENOA que también se registran a intervalos decenales y a escalas temporales más prolongadas.

La Oscilación del Atlántico Norte (OAN) es la modalidad predominante de variabilidad de la circulación atmosférica en el hemisferio norte durante el invierno y se está simulando de una forma cada vez más realista. La OAN está estrechamente relacionada con la Oscilación del Ártico (OA), que tiene un componente anular adicional en torno al Océano Ártico. Hay claros indicios de que la OAN se deriva principalmente de procesos atmosféricos internos que abarcan todo el sistema troposfera-estratosfera. Las fluctuaciones de la temperatura de la superficie del mar en el Océano Atlántico están relacionadas con la intensidad de la OAN y existe una modesta interacción en ambos sentidos entre la OAN y el Océano Atlántico que determina una variabilidad decenal y que se está convirtiendo en un elemento importante para la proyección del cambio climático.

El cambio climático puede manifestarse como un medio de transformación

y también como una preferencia de cambio de determinados

regímenes climáticos, como lo demuestra la tendencia hacia valores

positivos observada en el índice de la OAN durante los últimos 30 años

y el “desplazamiento” del clima en la zona tropical del Pacífico alrededor

de 1976. Si bien los modelos acoplados simulan características

de la variabilidad climática natural observada, como la OAN y el

ENOA, lo que sugiere que muchos de los procesos pertinentes están


Resumen técnico del Grupo de trabajo I del IPCC

incluidos en los modelos, es necesario seguir avanzando para poder describir estas modalidades naturales con exactitud. Además, como el ENOA y la OAN tienen una importancia clave como factores determinantes del cambio climático regional y pueden quizás provocar cambios abruptos y contrarios a lo que intuitivamente cabría esperar, ha aumentado la incertidumbre en torno a los aspectos del cambio climático que dependen fundamentalmente de los cambios regionales.



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