Cambio Climático                

Reporte del IPCC 2001
(Aprobado en la Plenaria del IPCC 24-29 Septiembre de 2001)

20/02/2002


El Panel Intergubernamental de Cambio Climático (IPCC) fue integrado por la Organización Meteorológica Mundial (WMO) y el Programa Ambiental de las Naciones Unidas (UNEP) en 1988. El objetivo era, y sigue siendo, proporcionar una evaluación del conocimiento de todos los aspectos del cambio climático, incluyendo, cómo es que las actividades humanas pueden provocar tales cambios y cómo éstas últimas son impactadas por dicho cambio

El presente resumen cubre los aspectos científicos del sistema climático y el cambio climático.

El Primer Reporte de Evaluación se elaboró en 1990. En esa ocasión se describió el estado del conocimiento del sistema climático y del cambio climático. Se enfatizaban algunos puntos principales. El efecto invernadero es una característica del planeta, y su física es entendida. Los gases tipo invernadero se estaban incrementando, debido principalmente a las actividades humanas. Se predijo que en el caso de incremento futuro de los gases tipo invernadero, llevaría a un incremento de la temperatura promedio de la superficie del planeta. Tal incremento sería mayor a la variación natural de los últimos miles de años y que tal proceso sólo podría revertirse lentamente. En el siglo pasado, la temperatura promedio se incrementó en un 0.5°C, lo cual era consistente con lo predicho por los modelos climáticos para el incremento en gases tipo invernadero, pero también era comparable con la variación natural. Por ello, en ese entonces las predicciones fueron un tanto limitadas.

En 1996 se elaboró un Segundo Reporte de Evaluación. En dicho reporte se resaltó que los gases tipo invernadero seguían en incremento y que se requerían reducciones sustantivas para estabilizar la concentración de gases tipo invernadero en la atmósfera. Más aún el incremento en la temperatura global continuó, lográndose que los últimos años fueran los más calientes desde al menos 1860. Los modelos climáticos mejoraron para predecir las tendencias observadas, en particular con la inclusión de agentes forzadores del clima como los aerosoles de sulfato y ozono estratosférico. Sin embargo las nuevas predicciones aún se encontraban perdidas en el ruido de la variabilidad natural y debido a otras incertidumbres de los parámetros claves. Aún con estas limitantes, se concluyó que había una clara influencia humana en el clima global.

El Tercer Reporte de Evaluación es el presente, que incorpora los resultados de los últimos cinco años de investigaciones del clima. Este resumen intenta explicar las características principales del sistema climático y el cambio climático al inicio del siglo XXI. En particular,


Reporte Técnico sobre Cambio Climático y Biodiversidad (IPCC Technical Paper V, April 2002)

Resumen Ejecutivo:


¿Qué forza los cambios en el Clima?

La Tierra absorbe radiación del Sol, principalmente en su superficie. Esta energía luego es redistribuida por las circulaciones atmosféricas y oceánicas y después radiada de regreso al espacio a una longitud de onda mayor (infrarrojo). La energía de radiación solar incidente es balanceada aproximadamente por la radiación terrestre saliente, en promedio anual y para la Tierra en conjunto. Cualquier factor que altere la radiación recibida del Sol o perdida hacia el espacio, o que altere la redistribución de energía dentro de la atmósfera o entre la atmósfera, terreno y océano, puede alterar el clima. Un cambio en la energía de radiación neta disponible para el sistema Tierra-atmósfera global, se le llama forzamiento radiativo. Los forzamientos radiativos positivos tienden a calentar la superficie de la Tierra y la atmósfera baja. Los forzamientos radiativos negativos la tienden a enfriar.

Los incrementos en las concentraciones de los gases tipo invernadero reducen la eficiencia en la cual la superficie de la Tierra radia al espacio. Una mayor radiación terrestre saliente de la superficie es absorbida por la atmósfera y reemitida en altitudes mayores y temperaturas menores. Esto provoca un forzamiento radiativo positivo que tiende a calentar la atmósfera baja y la superficie. Debido a que es menor la radiación que escapa al espacio, esto constituye el efecto invernadero, efecto que ha operado en la atmósfera de la Tierra por miles de millones de años debido a la presencia de gases tipo invernadero que existen de manera natural como son: vapor de agua, bióxido de carbono, ozono, metano, y óxido nítrico. Muchos gases residen en la atmósfera por siglos después de haber sido emitidos, introduciendo por ello un proceso de forzamiento radiativo positivo de larga duración.

Los aerosoles antropogénicos (partículas microscópicas suspendidas en el aire) en la troposfera, como los derivados de combustibles fósiles y quema de biomasa, pueden reflejar la radiación solar, lo cual lleva a una tendencia de enfriamiento del sistema climático. Debido a que el carbón negro (hollín) puede absorber radiación solar, ayuda a calentar la atmósfera. Además los cambios en las concentraciones pueden alterar las la cantidad de nubes y la reflectividad de las nubes debido a que afectan las propiedades de las nubes y su vida media. En muchos casos, los aerosoles producen un forzamiento radiativo negativo y un clima más frío. Su vida media es menor (de días a semanas) comparada con la de los gases tipo invernadero (décadas a siglos).

Las erupciones volcánicas pueden inyectar a la estratosfera, grandes cantidades de gases que contienen azufre (principalmente bióxido de azufre), los cuales son transformados en aerosoles de sulfato. Las erupciones individuales pueden producir un forzamiento radiativo negativo mayor pero de poca duración, que tiende a enfriar la superficie de la Tierra y la atmósfera baja en periodos de unos cuantos años.

La energía que libera el Sol varía en pequeñas cantidades (0.1%) en ciclos de 11 años y en ciclos más largos. En escalas de decenas de miles años las lentas variaciones de la órbita terrestre, ha llevado a cambios estacionales y latitudinales de la distribución de radiación solar. Tales cambios han jugado un papel importante en el control de las variaciones de clima en el pasado, como son los ciclos glaciales e interglaciares.

Cuando cambia el forzamiento radiativo, el sistema climático responde a varias escalas de tiempo. La mayor de ellas se debe a la gran capacidad calorífica que posee el océano profundo y al ajuste dinámico de las capas de hielo. Esto significa que una respuesta transiente a un cambio (positivo o negativo) puede durar miles de años. Cualquier cambio en el balance radiativo de la Tierra, incluyendo a aquel debido al incremento de los gases tipo invernadero o de aerosoles, alterará el ciclo hidrológico global y la circulación atmosférica y oceánica, afectando por lo tanto los patrones del estado del tiempo y las temperaturas y precipitaciones regionales.

Cualquier cambio climático inducido por el humano estará inmerso en el fondo de la variabilidad climática natural que ocurre en una amplio rango de escalas de tiempo y de espacio. La variabilidad climática puede ocurrir como resultado de los cambios naturales en el forzamiento del sistema climático, por ejemplo en la variación de la radiación solar incidente y cambios en las concentración de aerosoles debido a erupciones volcánicas. Las variaciones naturales del clima pueden suceder también en ausencia de un forzamiento externo, como resultado de las interacciones complejas entre las componentes del sistema climático, como el acoplamiento entre atmósfera-océano. Por ejemplo el fenómeno de El Niño, es un ejemplo de variabilidad "interna" en escalas de tiempo interanuales.

Para distinguir entre cambios climáticos antropogénicos de las variaciones naturales, es necesario identificar la "señal" antropogénica contra el "ruido" de fondo de la variabilidad climática natural.


Cambios de Clima Observados.

B.1 Cambios en la Temperatura.

Temperaturas registradas en superficie y en los océanos

 


    Temperaturas en las capas superiores de registros de satélite y globos meteorológicos.

Temperaturas de superficie durante el periodo preinstrumental obtenidas indirectamente.

B2. Cambios Observados en Presión y Humedad Atmosférica.

B3. Cambios Observados en la Cubierta de Nieve y Extensión de Capas de Hielo Continentales y en el Océano.

B.4 Cambios observados en el Nivel del Mar.

Cambios durante el registro instrumental.

Cambios durante registros pre-instrumentales  

B.5 Cambios Observados en los Patrones de Circulación Atmosférica y Oceánica.

Los vientos en época normal | Los vientos en El Niño | ENSO 1877-actualidad | SOI (Southern Oscillation Index) | Comparación entre diferentes Niños y Niñas 

B.6 Cambios Observados en la  Variabilidad Climática  y en el Estado de Tiempo Severos y Eventos Climáticos.

B.7 Una visión colectiva: Un mundo en calentamiento y otros cambios en el sistema climático.

La siguiente figura ilustra la tendencias en los indicadores de temperaturas y en los indicadores hidrológicos y los relacionados con tormentas


C. Los agentes forzantes que ocasionan el cambio climático.

Además de las variaciones y cambios en el clima de la Tierra, también se ha documentado sobre cambios de los agentes que causan el cambio climático. Entre los incrementos  más notables están los de las concentraciones de gases tipo invernadero y aerosoles y las variaciones de actividad solar, ambos capaces de alterar el balance de radiación terrestre y por lo tanto el clima.

 

A un cambio en la energía disponible al sistema global Tierra-Atmósfera debido a estos agentes de forzamiento se le llama forzamiento radiativo (Wm-2) del sistema climático. Estos forzamientos radiativos surgen de los cambios de la composición atmosférica, alteración de la reflectancia de la superficie por el uso del suelo, y la variación de los procesos de radiación solar. 

Forzamiento radiativo promedio global del sistema climático del 200 respecto a 1750.

Las barras rectangulares representan las estimaciones de las contribuciones de estos forzamientos - algunos de los cuales producen calentamiento y otros enfriamiento. No se incluyen los forzamientos debido a los eventos de episodios volcánicos, que producen forzamientos negativos y que duran un par de años. Los efectos indirectos de los aerosoles mostrados es su efecto en el tamaño y número de gotas de nubes. No se muestran tampoco, el efecto indirecto de los aerosoles sobre la vida de una nube, el cual produce un enfriamiento. Se incluyen los efectos de la aviación sobre los gases de tipo invernadero. La línea vertical sobre las barras rectangulares, indican el rango de estimación de los datos.  Una línea vertical sin ninguna barra rectangular, denota un forzamiento para el cual no existe ningún estimado.


C.1 Cambios Observados en las Concentraciones Mezcladas de Gases Tipo Invernadero y Forzamiento Radiativo.

En el milenio que antecedió a la Era Industrial, las concentraciones atmosféricas de los gases tipo invernadero permanecieron relativamente constantes. Desde entonces, sin embargo, las concentraciones de muchos de los gases invernadero se han incrementado directa o indirectamente debido a las actividades humanas.

Gases invernadero que son afectados por las actividades humanas. CO2

(Bióxidio de Carbono)

CH4

(Metano)

N2O

(Oxido Nítrico)

CFC-11

(Cloro Fluor- Carbono 11)

HFC-23

(Hidrofluoro- Carbono 23)

CF4

(Perfluorometano)

Concentración preindustrial  ~280ppm ~700ppb ~270ppb 0 0 40ppt
Concentración en 1988  365 ppm 1745ppb 314ppb 268ppt 14ppt 80ppt
Razón de Cambio de la Concentración 1.5ppm/año 7.0ppb/año 0.8ppb/año -1.4ppt/año 0.55ppt/año 1ppt/año
Vida media en la atmósfera 5 a 200 años 12 años 114 años 45 años 260 años >50,000 años

Bióxido de Carbono (CO2): La concentración de CO2 se ha incrementado 31%. La mayoría de las emisiones en los últimos 20 años se deben al quemado de combustible fósil, el resto (10 a 30%) se debe predominantemente al cambio de uso del suelo, especialmente a la deforestación. El bióxido de carbono es el gas invernadero dominantemente antropogénico, con un forzamiento radiativo de 1.46Wm-2, que representa un 60% de todos los gases invernadero.

Tabla de balances globales de CO2 basados en mediciones de CO y  O2.   Los valores positivos representan flujos hacia la atmósfera; los valores negativos representan pérdidas de la atmósfera.

 

1980-1989

1990-1999

Incremento Atmosférico

Emisiones (combustíbles fósiles, cemento)

Flujo Oceano-Atmósfera

Flujo Suelo-Atmósfera

3.3 ± 0.1

5.4 ± 0.3

-1.9 ± 0.6

-0.2 ± 0.7

 3.2 ± 0.1

6.3 ± 0.4

-1.7 ± 0.5

-1.4 ± 0.7

Figura: Variaciones en las concentraciones de CO2 en la atmósfera en diferentes escalas de tiempo. (a) Mediciones directas de CO2 de la atmósfera; (b) Concentración de CO2 en núcleos de hielo del Antártida; (c) Concentración de CO2 del núcleo de hielo de la estación Taylor en Antártida; (d) Concentración de CO2 en la capa de hielo de la estación de Antártida Vostok. (e-f) Concentraciones de CO2 inferidas con estudios Geoquímicos; (g) Incrementos anuales promedio de CO2

 

Metano (CH4): Las concentraciones de metano atmosférico se han incrementado en un 150% desde 1750. El metano es un gas invernadero con fuentes tanto naturales (humedales, etc), como humanas (e.g. agricultura, actividades del gas natural, y rellenos sanitarios).Casi la mitad de las emisiones de metano provienen de origen humano. Es removido de la atmósfera por reacciones químicas.EL forzamiento radiativo directo actual de 0.48Wm-2 del metano que representa un 20% del total de todos los gases invernadero.

Oxido Nítrico (N2O): La concentración de óxido nítrico ha venido creciendo desde la Era Industrial, habiendo alcanzado un 16% (46ppb) más de lo que había en 1750.

Halocarbonos y compuestos relacionados

Las concentraciones de muchos de esos gases que son ambos destructores de ozono y gases tipo invernadero, estan ya sea disminuyendo (CFC-11, CFC-113, CH3CCl3 y CCl4) o incrementándose lentamente (CFC-12) como resultado de los acuerdos del Protocolo de Montreal. Muchos de estos halocarbonos son gases invernaderos de vida larga.

Los Halocarbonos contribuyen en un forzamiento radiativo de 0.34 Wm-2 el cual representa un 14% de todo el forzamiento radiativo proveniente de los gases invernadero. Las concentraciones de los gases  que han sustituido a los CFCs también se estan incrementando y algunos de ellos son gases tipo invernadero.

Los perfluorocarbonos (PFCs como el CF4 y C2F6) y el hexafloruro de azufre (SF6) son de orígen antropogénico y tienen vidas de residencia  en la atmósfera muy grandes y son fuertes absorbedores de radiación infrarroja. El perfluorometano (CF4) reside en la atmósfera por al menos 50,000 años. El hexafloruro de azufre (SF6) es 22,200 veces mas efectivo como gas invernadero que el CO2.


C.2 Cambios observados en otros gases radiativos importantes.

Ozono Atmosférico (O3)

El Ozono (O3) es un gas tipo invernadero importante que se encuentra tanto en la estratósfera como en la troposfera. Las pérdidas observadas en el ozono de la estratósfera ha causado un forzamiento negativo de 0.15 ± 0.1 Wm-2 (es decir tendencia al enfriamiento) del sistema de la troposfera superficial.

El promedio global de forzamiento radiativo debido a los incrementos de ozono troposférico desde los tiempos preindustriales, se estima que ha resaltado el forzamiento de gases tipo invernadero de origen antropogénico en 0.35 ± 0.2 Wm-2. Esto hace que el ozono troposférico sea el tercer gas tipo invernadero más imprtante despues del CO2 y NH4.


C.3 Cambios observados y modelados en los aerosoles.

Los aerosoles (pequeñas partículas y gotas suspendidas en el aire) tienen una influencia en el balance radiativo de la Tierra/Atmósfera. Los efectos radiativos de los aerosoles ocurren de dos modos:

Loa aerosoles son producidos por una variedad de procesos, tanto naturales (tormentas de polvo y actividad volcánica) como antropogénicas (combustibles fósiles y biomasa).


C.4 Cambios en otros agentes de forzamiento de orígen antropogénico.

Cambios en el (Albedo) uso del suelo.

Los cambios en el uso del suelo, siendo la desforestación el principal factor, aparenta haber producido un forzamiento radiativo negativo de -0.2 ± 0.2 Wm-2.


C.5 Cambios observados y modelados en la actividad solar y volcánica.

El forzamiento radiativo debido a los cambios en la irradiación solar se estima que es 0.3  0.2 Wm-2 para el periodo de 1750 hasta la fecha, y el mayor cambio se ha dado en la primera parte del siglo XX.

Los aerosoles estratosféricos debidos a erupciones volcánicas ha llevado a forzamiento negativo que tiene duración de un poco de años. Hubo algunas explosiones en los periodos de 1880 a 1920, y de 1960 a 1991. Desde 1991, no ha habido erupciones explosivas. El incremento de aerosoles en la estratósfera debido a erupciones volcánicas, aunado a las pequeñas variaciones en la radiación solar, han producido un forzamiento radiativo negativo neto en las ultimas dos a cuatro décadas.


Simulación del sistema climático y sus cambios

 


MC Carlos Lizárraga Celaya
Laboratorio de Física Interdisciplinaria
Departamento de Física
Universidad de Sonora