Ciencia y tecnología

Imbalance del presupuesto de energía de la Tierra: investigación de J. Hansen

Datos sobre el cambio climático hasta 2005 fueron publicados como parte del Cuarto Reporte de Evaluación de PICC (Resumen para la Toma de Decisiones, febrero de 2007) para el periodo 1750-2005.  leer más
Laura Mendoza Blanco

En la línea de comprensión de las fuentes de algunos de los datos publicados, en un artículo de investigación que aparece en la revista Science (Earth’s energy imbalance: confirmation and implications, Dr. J Hansen et al, de GISS y JPL de la NASA, de la Universidad de Columbia, y del Laboratorio Nacional Lawrence de Berkeley) se comenta que por medio del modelo climático de GISS se calcula en 0.85 +/- 0.15 vatios por metro cuadrado la energía absorbida por la Tierra que no es reemitida al espacio como calor (a 2003) y se tiene una media de 0.75 vatios por metro cuadrado para esta energía correspondiente al periodo 1993-2003, causando esto un imbalance en el presupuesto de energía del sistema climático y el consecuente calentamiento observado, este imbalance calculado por medio del modelo climático es confirmado por observaciones de la temperatura oceánica en 1993-2003 (datos del proyecto Argo y de sensores de altimetría satelital). El periodo analizado en el estudio de los investigadores J. Hansen et al es 1880-2003.

Los investigadores comentan que las implicaciones de la existencia de un imbalance incluyen un calentamiento adicional al existente actualmente en tanto que se alcanza de nuevo un equilibrio de la energía entrante y la energía saliente. Este calentamiento adicional ocurrirá en los próximos años sin un cambio adicional en la composición atmosférica actual y fue estimado en 0.6°C (a 2003 correspondiente a 0.85 vatios por metro cuadrado de imbalance). El retardo en la respuesta del sistema climático de la Tierra al imbalance de energía debido a la gran inercia térmica del sistema permite tomar acciones anticipativas en cuanto a evitar ciertos niveles de cambio climático considerados peligrosos, estas acciones tratan de impedir un mayor imbalance y sus efectos. Un tercer aspecto de este esperado incremento adicional de 0.6°C en los próximos años son efectos como el del aceleramiento de la desintegración de las masas de hielos polares y el de la elevación del nivel del mar.

El retraso en la respuesta a un forzamiento es función de la sensitividad climática de equilibrio y depende del intercambio de calor entre la capa superficial de los océanos y capas más profundas de ellos. Los investigadores agregan que si la sensitividad climática de equilibrio se supone con valor 0.25°C por vatio por metro cuadrado el retraso es aproximadamente de una década, pero si el valor se supone igual a 1°C por cada vatio por metro cuadrado el retraso es de por lo menos un siglo. Un valor sugerido por la historia de la Tierra (datos paleoclimáticos) y por los modelos climáticos computacionales para la sensitividad es de ¾ +/- ¼ °C por cada vatio por metro cuadrado con una estimación de 25 a 50 años para que se alcance 60 por ciento de la respuesta de la temperatura superficial al equilibrio de energía del sistema. La sensitividad climática en el modelo climático computacional por doble de dióxido de carbono es de 2.7°C (aproximadamente 2/3 de grado centígrado por cada vatio por metro cuadrado) y las simulaciones por medio del modelo para el periodo 1880-2003 usando este valor para la sensitividad están incluidas en el Cuarto Reporte de Evaluación de PICC ( http://www-pcmdi.llnl.gov/ipcc/about_ipcc.php o http://www.giss.nasa.gov/data/imbalance)

Los investigadores estiman que el forzamiento positivo total debido a GEI incluyendo al ozono y vapor de agua estratosférico debido a la oxidación de metano, a 2003, es de aproximadamente 3.05 vatios por metro cuadrado con respecto a los valores de 1880, y el forzamiento negativo estimado debido a efectos directos e indirectos de aerosoles es de menos 1.39 vatios por metro cuadrado (incluido el forzamiento positivo de los efectos en albedo por carbono negro en la nieve, que aparecen por primera vez en un reporte de evaluación de PICC), un forzamiento no antropogénico debido al incremento en irradiancia solar es de 0.22 vatios por metro cuadrado entre 1880 y 2003. El forzamiento neto se estima así en 1.8 vatios por metro cuadrado para 1880-2003 en tanto que el forzamiento neto antropogénico en el Cuarto Reporte de PICC es de 1.6 vatios por metro cuadrado sin considerar el forzamiento por incremento de irradiancia solar estimado en 0.12, para 1750-2005.

Una cuantificación indirecta del imbalance (que corresponde a la proporción de 1.8 vatios por metro cuadrado que no es reemitida al espacio) puede hacerse estimando el contenido de calor de los océanos (en vatios por metro cuadrado por año) por medio del censado de la temperatura entre las latitudes 60°S y 60°N. En el estudio publicado por los investigadores se incluyen gráficos de cinco simulaciones donde se observan en ese rango de latitudes masas de agua más caliente que penetran a las profundidades oceánicas entre 0 y 750 metros para las cuales las temperaturas varían entre -0.8°C y 0.8°C con respecto a su valor en 1880 en el periodo 1880-2003. Se incluye también un gráfico del imbalance de energía en la parte superior de la atmósfera para el periodo 1880-2003 (0.85 +/- 0.15 vatios por metro cuadrado en 2003).

El contenido de calor acumulado en 1993-2003 en los 750 metros más superficiales es de 6.0 +/- 0.6 vatios por año por metro cuadrado de acuerdo con el modelo climático computacional, y de acuerdo con datos observados para cada año el incremento en el contenido de calor es de 0.86 +/- 0.12 en 93.4 por ciento de los océanos que fue la región analizada. Suponiendo condiciones similares en la parte no observada de los océanos en la cual no se dispone adecuadamente de datos se obtiene una media global anual de 0.60+/-0.10 o de un acumulado de 6 +/- 1 en un periodo de 10 años (suponiendo que 70 por ciento de la superficie de la Tierra está cubierta por océanos, 70 por ciento de cada metro cuadrado superficial es océano y 0.7 x 0.86 es aproximadamente la media global anual observada). El que la media observacional 6 +/- 1 vatios por año por metro cuadrado esté por debajo de la media del imbalance de 0.75 estimada por medio del modelo climático (por metro cuadrado) se atribuye principalmente al contenido de calor existente por debajo de los 750 metros de profundidad pero se observa que 85 por ciento del incremento en el contenido de calor oceánico ocurre a 750 metros o menos de profundidad. El cuarto reporte de PICC (p4) menciona una cifra de 80 por ciento y profundidades de tres mil metros a las que ha llegado el calentamiento.

De los 1.8 vatios por metro cuadrado estimados computacionalmente se ha observado la respuesta del sistema climático a aproximadamente un vatio por metro cuadrado (0.6-0.7°C de calentamiento observado en 1880-2003). La respuesta al imbalance observado 0.85 +/- 0.15 en 2003 implica un calentamiento futuro de 0.6°C adicional (~0.85 x 2/3). De acuerdo con el escenario alternativo de equiparar un aumento de 1°C por sobre los niveles de dos mil con una interferencia antropogénica peligrosa a la que se asocia un límite de 440 ppm para las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono y dados los datos del Cuarto Reporte de Evaluación de PICC de una concentración y tasa actual de crecimiento de 378 ppm y de 1.9 ppm por año respectivamente para el dióxido de carbono puede resultar impráctico tratar de evitar la concentración de 440 ppm del escenario alternativo, pero hay propuestas viables para concentraciones por debajo de 520 ppm de dióxido de carbono atmosférico manteniendo un incremento en el calentamiento global del orden de 1°C con respecto a los niveles de dos mil por la aplicación de una nueva estrategia de reducción de gases GEI no dióxido de carbono, más difícil de lograr que la estrategia del escenario alternativo (estudio Greenhouse gas growth rates, J. Hansen y M. Sato, PNAS, 2004).

Lecturas:
Hansen, Nazarenko, Ruedy, Sato, Willis, Del Genio, Koch, Lacis, Lo, Menon, Novakov, Perlwitz, Russell, Schmidt, Tausnev, “Earth’s Energy Imbalance: Confirmation and Implications”, Science, Vol. 308, pp 1431-1435, junio de 2005., disponible en línea: http://pubs.giss.nasa.gov/docs/2005/2005_Hansen_etal_1.pdf
PICC, Cuarto Reporte de Evaluación (Resumen para la Toma de Decisiones), disponible en línea: http://ipcc-wg1.ucar.edu/wg1/docs/WG1AR4_SPM_PlenaryApproved.pdf
Hansen y Sato, Greenhouse gas growth rates, PNAS, nov 2004, Vol. 101, no 46, pp 16109-16114, disponible en línea: http://pubs.giss.nasa.gov/docs/2004/2004_HansenSato.pdf

Fuente: Teorema

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