Modelo climático

Los modelos climáticos son sistemas de ecuaciones diferenciales basados en las leyes básicas de la física, la dinámica de fluidos y la química. Para realizar un modelo, los científicos dividen el planeta en una parrilla tridimensional, aplican las ecuaciones y evalúan los resultados. Los modelos atmosféricos calculan vientos, transferencia de calor, radiación, humedad relativa e hidrología superficial en cada cuadrado de la parrilla y evalúan las interacciones entre puntos contiguos.

Los modelos climáticos usan métodos cuantitativos para simular las interacciones de la atmósfera, océanos, superficie terráquea, y hielo. Son usados en muchos propósitos desde estudio de la cinética del tiempo y de los sistemas climáticos a proyecciones de futuros climas.

Los modelos más populares de estos años son los relacionados con la temperatura del aire por emisiones de CO2 (ver gas de efecto invernadero). Estos modelos predicen una tendencia ascendente en los registros de Tº superficial, y un rápido incremento de la temperatura en altitudes altas.

Los modelos pueden oscilar desde relativamente simples a muy complejos:

• Simples cálculos de la Tº radiativa tratando a la Tierra como un punto más
• Esto puede expandirse verticalmente (modelos radiativo-convectivo), u horizontalmente (modelos de balance de energía)
• finalmente, modelos climáticos globales acoplados atmósfera–océano–banquisa (hielo del mar) discretizan, resuelven las ecuaciones para movimiento de fluidos.

Ésta no es una lista completa; el ejemplo "modelo de caja" puede ser escrito para tratar flujos a través y dentro de mesetas oceánicas.

Modelos adimensionales

Es posible obtener un modelo muy simple del equilibrio radiativo de la Tierra:

(1 − a)Sπr² = 4πr²sT⁴

donde

• el lado de la mano izq. representa la energía de entrada desde el Sol
• el lado de la mano der. representa la energía de salida de la Tierra, calculado de la ley de Stefan-Boltzmann asumiendo una Tº radiativa constante, T, que debe ser hallada,

y

• S es la constante solar - la radiación solar de entrada por unidad de área - cerca de 367 W·m^-2
• a es el promedio de albedo de la Tierra, aproximadamente 0,37 a 0,39
• r es el radio de la Tierra — aproximadamente 6,371×10⁶m
• π e aproximadamente 3,14159
• s es la constante de Stefan-Boltzmann — aproximadamente 5,67×10^-8 J·K^-4·m^-2·s^-1

La constante πr² puede ser factoreada, dando

(1 − a)S = 4sT⁴

que da un valor de 246 a 248 kelvins — cerca de -27 a -25 °C — para los promedios de Tº de la Tierra T: es aproximadamente de 35 K más frías que las Tº superficiales]] de 282 K. Esto se debe primariamente a que la ecuación de arriba intenta representar la Tº radiativa de la tierra, y el nivel radiativo promedio es conocido por encima de la superficie. La diferencia entre las Tº radiativas y superficiales es el efecto invernadero natural.

Este modelo muy simple es bien instructivo, y el modelo único puede ajustar en una página. Pero produce un resultado del que no se está interesado en Tº radiativa; más que la más usada Tº superficial, que también tiene al albedo como una constante, sin caminos para "predecirlo" dentro del modelo.

Modelos de Balance de Energía

Alternativamente, el modelo adimensional puede expandirse horizontalmente para considerar la energía transportada horizontalmente en la atmósfera. Esta clase de modelo puede promediarse zonalmente. Este modelo tiene la ventaja de tener dependencia del albedo sobre la temperatura - los polos pueden tener hielo y el ecuador torridez - pero la pérdida de la verdadera dinámica significa que los transportes horizontales tienen que ser especificados.

• Modelos de Balance de Energía

EMIC (Modelos de sistema terráqueo de complejidad intermedia)

Dependiendo de la naturaleza de las preguntas y las pertinentes escalas temporales, hay, en el otro extremo, conceptualmente, más modelos inductivos, y, en el otro extremo, modelos generales de circulación operando a resoluciones altas espaciales y temporales actualmente disponibles. Los modelos de complejidad intermedia dan ese salto. Un ejemplo es el Modelo Climber-3. Su atmósfera es un modelo 2,5 dimensional y estadísticamente dinámico con 7,5° × 22,5° de resolución y tramos temporales de 1/2 a 1 día; el océano es MOM-3 (Modelo Modular Oceánico) con grillas de 3,75° × 3,75° y 24 niveles verticales.

• EMIC

GCMs (Modelos Climáticos Globales o Modelos Generales de Circulación)

Tres (o más propiamente, cuatro) GCM dimensionales discretizan las ecuaciones de movimiento de fluidos e integran esos avances en el tiempo. Ellos tiene parametrizaciones para los procesos - tales como convección - que ocurre a escalas demasiado pequeñas para ser resueltas directamente.

El modelo atmosférico GCM (AGCM) impone Tº superficiales del mar. GCM acoplados atmósfera-océano (AOGCMs, e.g. HadCM3, EdGCM) combina los dos modelos. AOGCM representa el súmmum de la complejidad en modelos climáticos y los internaliza con muchos procesos posibles. Sin embargo, siguen en proceso de desarrollo y mantiene incertidumbres.

Muchas recientes simulaciones muestran "plausible" acuerdos con las anomalías medidas de Tº en los pasados 150 años, cuando los cambios forzados por los observados en los gases de "invernadero" y con los aerosoles, pero se esperan mejores acuerdos se obtienen cuando los forzantes naturales se incluyen también. ^{[1] [2]}

Véase también:

• Cambio climático
• Climateprediction.net
• Global climate model
• Calentamiento global
• Forzante radiativo
• Modelo de predicción de ciclones tropicales
• Modelo científico

Modelos climáticos en la web

• - University Corporation for Atmospheric Research - NCAR MM5 Modelo a mesoescala
• - Hadley Centre - general info on their models
• - NCAR/UCAR Community Climate System Model (CCSM)
• - do it yourself climate prediction
• - a NASA/GISS global climate model (GCM) with a user-friendly interface for PCs and Macs
• - CCCma model info and interface to retrieve model data

Enlaces externos

• http://www.giss.nasa.gov/gpol/abstracts/1980/WangStone.html
• http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/258.htm

Referencias

• (IPCC 2001 section 8.3) - on model hierarchy
• (IPCC 2001 section 8) - much information on coupled GCM's
• Coupled Model Intercomparison Project
• On the Radiative and Dynamical Feedbacks over the Equatorial Pacific Cold Tongue