- Rasmus @ 23 de septiembre 2010
Invitado blog de Chris Colose (e-mail: colose-at-wisc.edu)
RealClimate ha ofrecido recientemente una serie de posts sobre el efecto invernadero y la troposfera, la articulación de algunas de las importantes física más del calentamiento global desde los primeros principios. Vale la pena revisar estos elementos cada cierto tiempo con diferentes inclinaciones tan amplia la imagen no se pierde en el desacuerdo sobre los detalles.Este puesto se extiende sobre este tema para discutir una de las mayores fuentes de interés y la incertidumbre en la ciencia física del cambio climático: la retroalimentación. Comentarios comportarse de interesantes y, a menudo a la intuición contra formas, algunas de las cuales sólo se puede apreciar por la demostración matemática. Los puestos anteriores en RC fueron criticados por ser demasiado complejo o demasiado simple, así que este post contará con dos partes, con la segunda parte proporciona un poco más de los detalles técnicos.
Comentarios son componentes del sistema climático que se ven limitados por el clima de fondo en sí, sino que no hacer que se apartan de su norma de referencia por su propia cuenta, sino que puede amplificar o atenuar algunas otras impulso inicial. Estos originales "empuja" son los forzamientos radiativos, que son típicamente de naturaleza (tales como la adición de CO2 a la atmósfera) y se manifiestan como un cambio climático cada vez que son lo suficientemente grandes o persistentes suficiente para superar la gran capacidad calorífica de los océanos, y por lo tanto el cambio la media anual de balance de energía radiante de la Tierra. En un sentido amplio, una retroalimentación significa que una fracción de la salida se realimenta a la entrada, por lo que la perturbación radiativa recibe un empujón adicional (amplificación del forzamiento, una retroalimentación positiva o amortiguamiento del forzamiento, una retroalimentación negativa). Los ejemplos más importantes, como disminución de la extensión del hielo en un mundo más cálido, lo que reduce la fracción de la radiación incidente se refleja la superficie son muy bien conocidos en este momento.
Otro experimento mental puede ayudar a apreciar las consecuencias. Cuando pensamos en el efecto invernadero terrestre, es necesario distinguir entre los gases que se condensan y luego se precipitan desde el aire como sólidos o líquidos con bastante rapidez (en la Tierra esta sustancia es agua) y los gases que pueden residir en la atmósfera durante un a largo plazo muy, y cuya concentración no es tan dependiente de la temperatura. Una vez que se cuenta para el solapamiento espectral entre las diferentes gases de efecto invernadero y las nubes en el cielo, se comprueba que el vapor de agua constituye aproximadamente el 50% del efecto invernadero moderno, las nubes alrededor del 25%, el CO2 es un 20%, y los gases restantes ( principalmente metano, ozono y óxido nitroso), constituyen el resto (Schmidt et al 2010, en prensa y un debate sobre el documento aquí). Todo esto conduce generalmente a las demandas populares como "vapor de agua es el gas de efecto invernadero más importante», puesto que constituye la mayor parte de la absorción de infrarrojos de la atmósfera. Esta foto simple es incompleta sin embargo, puesto que la concentración de vapor de agua total es en gran medida por la temperatura y por tanto la no condensables, vivió gases de efecto invernadero a lo largo (principalmente, CO2) realmente proporciona el esqueleto por el cual se mantiene el efecto invernadero y lo que rige su capacidad de cambio. En ese sentido, el vapor de agua es en gran parte con el apoyo de los demás gases y luego amplifica sus efectos de manera significativa.
Si se pudiera eliminar todo el CO2 de la atmósfera, además de hacer el planeta más eficiente en perder su calor al espacio (tanto de refrigeración) que se haría un par de cosas. En primer lugar, perdería gran parte del vapor de agua y nubes efecto invernadero ya que las temperaturas sería demasiado frío para que pueda existir en cantidades apreciables. En segundo lugar, también obtendría el frío suficiente para cubrir el punto de que la expansión del hielo se mejora enormemente el albedo de la superficie del planeta y la Tierra provoca una bola de nieve. Esta foto simple también es válido por lo que se calienta el clima actual, donde se ha observado de largo que el?? aumento del contenido de vapor de agua de la troposfera superior debe amplificar la señal de CO2 en un factor de dos.
concentración de CO2 en sí mismo puede actuar como una retroalimentación a la temperatura en escalas temporales más largas glaciales e interglaciales en respuesta a cambios en la dinámica del océano, temperatura y salinidad, así como la vegetación. También puede ser un voto negativo a la temperatura en escalas de tiempo aún más largo si silicato de efectos atmosféricos (determinado por la producción volcánica y la eliminación por precipitación) se cree que mantener el clima bajo control en períodos de tiempo geológico. A menudo, sin embargo, los climatólogos definen algunos cambios de CO2 métricas (como el doble) que permite hacer caso omiso de la realimentación del ciclo de carbono y enfóquese en las que alteran el balance radiativo y la temperatura aún más. El principio de retroalimentación de esta categoría son las respuestas de vapor de agua, albedo de la superficie, nubes, y los efectos lapso tasa.
El comportamiento de votos
La restricción en última instancia sobre el cambio climático es la radiación de Planck de votos, que establece que un mundo más caliente va a irradiar más eficiente y por lo tanto proporcionan un efecto de enfriamiento. Para un cuerpo negro, la emisión va como la cuarta potencia de la temperatura. Así que la pregunta de cómo se comportan las retroalimentaciones otros es realmente de cómo modificar los comentarios de Planck. Con el fin de decidir si un voto es positivo o negativo, es instructivo para definir un valor de sensibilidad de referencia que el sistema climático tendría en caso de ausencia de retroalimentación en funcionamiento en todo.Es decir, si nos perturban el clima con algunos de forzamiento, lo que es el cambio de temperatura que debería tener para permitir planeta balance de energía que deberán cumplir. Se puede demostrar que por cada vatio por metro cuadrado forzamiento radiativo del clima se caliente por unos 0,3 ° C sin otras respuestas. Para poner esto en perspectiva, se necesitarían alrededor de cinco doblajes de CO2 o un aumento del 7% en el total de radiación solar que golpea la Tierra para producir la magnitud del cambio climático típico de-a-interglaciares transiciones glaciales. Los cambios de este tipo están bien fuera de los límites de lo que es característico de los registros de proxy y observaciones, por lo que este debe significar que la retroalimentación diversas medidas para cambiar la temperatura mucho más de 0,3 ° C durante un vatio por metro cuadrado obligando. En otras palabras, el efecto agregado de la retroalimentación es ser positivo y mejorar la denominada sensibilidad climática en relación con lo que en otro caso. La figura 1 ilustra esto.
Fig. 1: factor de votos para las respuestas del clima diferente. Desde Roe, 2009, revisiones anuales del Plan de la Tierra. SCI.
El factor de retroalimentación es un valor que es proporcional al valor de la sensibilidad sin comentarios. Se relaciona con la fracción de la salida del sistema que se realimenta a la entrada original, y toma un valor entre 0 y 1 para positivos y menos de 0 para un voto negativo. También significa que la escala de tiempo que tarda la Tierra para llegar a un valor nuevo equilibrio es más largo.
Interacciones de votos
Cuando múltiples retroalimentaciones operan, pueden sumar de forma muy extraña. Por ejemplo, usted podría pensar que si usted toma un voto que duplica la sensibilidad al cambio climático y otro que reduce a la mitad, se cancelaría y te traeré de vuelta a la sensibilidad sin comentarios. También podría pensar que dos retroalimentaciones que cada amplificar el forzamiento original en un 50% aumentaría al doble de la sensibilidad sin comentarios. De hecho, ninguno de estos es el caso, y el comportamiento surge porque retroalimentaciones múltiples interactúan entre sí, así. Uno puede imaginar que si el vapor de agua y la retroalimentación hielo-albedo están operando, el impulso de vapor de agua significará que habrá más hielo se derriten, lo que implicará un mayor calentamiento, más vapor de agua, hielo y mucho menos, y así sucesivamente. Tenga en cuenta que la retroalimentación positiva no implica por sí una situación fuera de control, sólo significa que el cambio de temperatura final es mayor de lo que hubiera sido sin la información que se va allí.
Aparte de sólo aumentar la señal de temperatura, la existencia de reacciones es realmente lo que permite de un modo significativo en la evolución del clima planetario de un estado de referencia. No sería posible, por ejemplo, para cubrir todo el planeta con hielo en los trópicos o para hervir los océanos de Venus, sin patadas en la retroalimentación y reordenando el sistema climático para ser compatible con un estado totalmente nuevo. Aunque no es factible para desencadenar un efecto invernadero desbocado como Venus, incluso si quemamos todo el carbón de hoy, realmente hay que tener en cuenta que no hay nada único sobre nuestro clima actual, excepto que nos hemos adaptado a él. Es muy fácil capaces de cambiar rápidamente y terminar en un régimen completamente nuevo, y la decisión como un escenario a cabo no se puede hacer con confianza alta.
Hielo-Albedo comentarios
La retroalimentación positiva de hielo-albedo del hielo marino se debe a que es menos densa que su forma líquida, es más reflexivo, y la medida es muy sensible a la temperatura. El agua es algo único en este sentido ya que la mayoría sólidos tienden a ser más densa que su forma líquida, provocando que el hielo se sumidero que prohibiría una retroalimentación hielo-albedo.Esto significa que si el planeta se calienta la proporción de hielo de alta reflectividad de relativamente alta absorción de los océanos y la superficie terrestre se verá alterada. La clave en el clima moderno es la estacionalidad entre la absorción de la radiación solar en el verano y la liberación de energía de la parte superior del océano a la atmósfera más baja en los meses más fríos. Las temperaturas en el Ártico no suele ser muy amplificada en el verano como se podría esperar en gran parte porque una gran cantidad de energía va a derretir o evaporación. Sin embargo, las zonas de mar abierto desarrollar más temprano en la temporada de fusión, elevando el contenido de calor del océano y el derretimiento de la capa de mezcla más hielo.Cuando la temporada de fusión se haya completado, hay una gran cantidad de aguas abiertas y el calor en la capa de mezcla y transferencia a gran calor vertical desde el océano hasta que recubre el aire hasta que se forma el hielo marino, dando lugar a un retraso estacional de calentamiento de la radiación absorbida en el verano . Esta amplificación de superficie de las temperaturas del Ártico se ha convertido sobre todo en otoño e invierno, y debe avanzar en la primavera y el verano en el futuro (Serreze et al., 2009).
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Fig 2. representaciones de NCAR CCSM3: Cerca de la superficie (2 m) la temperatura anomalías por mes y año sobre el Océano Ártico. Desde Serreze et al (2009)
Caducidad de votos Vota
¿Por qué es el gradiente (el descenso de la temperatura con la altura) como una importante retroalimentación? En los trópicos, el gradiente de temperatura es en gran medida por convección para permanecer cerca de una adiabática húmeda perfil. En principio, esto debería disminuir en un mundo más cálido resulta en el calentamiento la atmósfera superior de más de la superficie. Esto significa que la mayor parte de la atmósfera se irradia hacia el espacio a una temperatura más cálida de lo que sería sin cambio tasa de caducidad, y la emisión de más cálidas capas es más eficiente que las emisiones del enfriador niveles. Esto proporciona una retroalimentación negativa que contrarresta en parte por los comentarios de vapor del agua.Curiosamente, los efectos en el tango el segundo acto entre sí y por lo que la incertidumbre en el vapor de agua lapso de retroalimentación + tasa es menor que la incertidumbre en los términos individuales.
En el contexto del calentamiento global antropogénico, todas estas regeneraciones complejas interacciones y terminan hirviendo a la pregunta de cuánto calentamiento que usted obtiene de una liberación adicional de CO2 a la atmósfera. La más reciente evaluación del IPCC AR4 da un alcance de unos 2 a 4,5 ° C en el equilibrio. Esta es la llamada "sensibilidad Charney» que toma en cuenta estas retroalimentaciones rápido se discutió anteriormente, así como las nubes que proporcionan la mayor incertidumbre en la reducción de estas estimaciones. Las estimaciones de este rango se han basado en no sólo GCM resultados, pero las limitaciones de los datos de observación (el ciclo estacional, o erupciones volcánicas), así como el registro climático del pasado (y Knutti Hegerl de 2008, ofrecen una revisión). Un problema es que los altos valores de sensibilidad son más difíciles de descartar que los valores bajos, y algunas observaciones que son buenas para descartar la parte baja no limitar la gama alta muy bien. Por ejemplo, las erupciones volcánicas mostrar una relación no lineal con la sensibilidad de equilibrio, de modo que el pico en la distribución de probabilidad cambia sólo ligeramente más grandes valores medios de sensibilidad.
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Fig. 3: Valores de sensibilidad del clima a partir de varias líneas de evidencia. Desde Knutti y Hegerl (2008)
Recientemente, algunos estudios se han ampliado en este fin de incluir también el lento retroalimentación ", tales como la respuesta de las capas de hielo y la vegetación que son importantes en cientos de años los plazos (Lunt et al 2010; Pagani et al 2010). Estas estimaciones muestran que el calentamiento de largo plazo debería ser aún más que las estimaciones Charney, en el orden de los 5 ° C.
En resumen, la función de retroalimentación es modificar la cantidad que esperan que el clima cambie para un forzamiento definidos. Parte 2 se describen algunas de las relaciones matemáticas básicas que son importantes para la discusión de retroalimentación, así como detalles sobre la retroalimentación del vapor de agua al cambio climático. El vapor de agua proporciona el efecto más fuerte de votos en la Tierra en términos de aumento de la sensibilidad, y también es un componente clave para entender la evolución de los planetas terrestres.
Fuente: Real Climate
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