Modelación climática
| Autor | Ignacio Sánchez Cohen - Gabriel Díaz Padilla - María Tereza Cavazos Pérez - Guadalupe Rebeca Granados Ramírez - Eugenio Gómez Reyes |
| Páginas | 59-116 |
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Mediante la simulación de procesos se pueden obtener conclusiones relativas al
comportamiento de un sistema por medio del estudio de un modelo cuya
relación causa-efecto es la misma la del sistema original. Así, la simulación se
circunscribe al desarrollo y uso de modelos que describen el comportamiento de
un sistema (Sánchez, 2005).
Muchos modelos han sido desarrollados para auxiliar a los tomadores de
decisiones a entender la operación de diversos sistemas y proveer un pronóstico del
comportamiento futuro bajo ciertas condiciones de manejo (Sánchez, 2005);
tal pronóstico puede realizarse con respecto a tiempo real (pronóstico, común-
mente asociado con la reconstrucción del pasado) o sin ningún tiempo específico
de referencia (predicción, a menudo asociado con la construcción del futuro)
(Wilks, 1995). Esta jerarquización ubica al problema en el tiempo, mientras
que una segunda jerarquización sería ubicar al problema en el espacio al consi-
derar la variabilidad espacial y la regionalización. En hidrología, las relaciones
matemáticas que describen a un fenómeno son frecuentemente dependientes de
la escala en el sentido de que diversas relaciones se manifiestan en diversas
escalas de espacio y tiempo. La ciencia se ocupa actualmente de identificar y
formular relaciones apropiadas a las escalas de interés práctico, probarlas expe-
rimentalmente y buscar conexiones analíticas consistentes entre estas relacio-
nes y otras a diferentes escalas.
Los modelos climáticos son una herramienta esencial para entender el cli-
ma actual y su variabilidad. El clima es quizá el factor natural más difícil de
modelar debido a las enormes variaciones en espacio y tiempo de las variables
que lo definen. Estas fluctuaciones resultan de las interacciones entre el océano,
la atmósfera, la tierra y la capa cubierta de hielo de ésta, así como de los cam-
bios en el balance de energía que resultan de las erupciones volcánicas y la
variación en la intensidad de los rayos solares (Prager y Earle, 2001).
Modelación climática
[ 60 ]I. Sánchez C., G. Díaz P., T. Cavazos P., R. Granados R. y E. Gómez R.
MODELOS DE CIRCULACIÓN GENERAL (GCM)
Los modelos numéricos GCM que representan procesos físicos en la atmósfera y
el océano constituyen las herramientas fundamentales para simular la respues-
ta del sistema climático global al incremento en las concentraciones de los ga-
ses de efecto de invernadero. Estos modelos junto con modelos que simulan los
procesos de los hielos marinos, así como los que incorporan componentes del
sistema terrestre, forman los modelos numéricos acoplados más avanzados
para simular el cambio climático en nuestro planeta. Con la aplicación de téc-
nicas de reducción de escala (downscaling), a los resultados de las simulaciones de
los modelos climáticos globales, se tiene el potencial de proveer estimaciones
consistentes geográficamente y físicamente de los cambios climáticos regiona-
les que se requieren en los estudios de impacto.
TABLA 3
ECUACIONES FUNDAMENTALES RESUELTAS EN LOS MODELOS DE CIRCULACIÓN GENERAL
Ley Definición
Conservación de energía Primera ley de la termodinámica: Energía entrante = incre-
mento en la energía interna + trabajo realizado
Conservación de momentum Segunda ley de movimiento de Newton (Fuerza = masa ×
aceleración)
Conservación de masa Ecuación de continuidad (La suma de los gradientes del pro-
ducto de densidad y velocidad en las tres direcciones ortogona-
les es = 0)
Ley del gas ideal Una aproximación a la ecuación de estado del aire (Presión ×
volumen = constante de los gases × la temperatura absoluta)
Conservación de sal
y de temperatura
Ecuación de transporte de sustancias disueltas y en suspensión
en el agua que permiten, en el caso de la salinidad y la tem-
peratura en el océano, completar la ecuación de estado del
agua
Conservación de energía cinética
turbulenta
Ecuación de transporte de energía cinética turbulenta que
permite, en el caso del océano, establecer las condiciones de
cerradura de turbulencia de segundo y medio momento para
los coeficientes verticales de mezcla
Fuente: Adaptada de Sellers (1978).
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Modelación climática
Los modelos de circulación general están constituidos por sistemas de
ecuaciones diferenciales derivadas de las leyes básicas de la física (v.gr., el mo-
vimiento de los fluidos), de la química y algunas veces de la biología (tabla 3)
que describen la circulación global de la atmósfera y el océano. La ecuación de
movimiento la describe la ecuación de Navier-Stokes para un sistema rotatorio
en coordenadas esféricas, con términos termodinámicos que involucran varios
componentes de energía (radiación, calor latente). Estas ecuaciones son resuel-
tas en super computadoras con capacidad de procesamiento y almacenamiento
mucho más allá de una computadora personal.
Los principales componentes de un modelo de circulación general son
aquellos que representan la dinámica atmosférica y la oceánica, incluyendo
las interacciones radiación Solar-Tierra y atmósfera-océano. Los cálculos
dinámicos ayudan a definir la circulación general de la atmósfera y del océano,
así como a menor escala las circulaciones turbulentas de pequeña escala “eddy”
como los sistemas de tormentas mismos que controlan mucho el clima tropi-
cal y de latitudes medias. Los cálculos de la radiación determinan el balance
de energía en la Tierra por medio de la evaluación entre radiación absrorbida y
reflejada por la superficie, la atmósfera y el océano, considerando también el
almacenamiento de calor en el océano, su transferencia a la atmósfera y la
dispersión y reflexión de energía térmica de regreso al espacio. Los cálculos
en un GCM deben considerar, en su componente atmosférica, el grosor de las
nubes así como su distribución (horizontal y vertical), las condiciones de la
superficie (Tierra, océano, topografía, tipos de vegetación y cubierta de nieve
y hielo) también deben de considerar la presencia de gases de invernadero así como
aerosoles (figura 24). Por otra parte, los cálculos de la componente oceánica
deben considerar tanto la evaporación como el flujo de calor sensible.
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