Predecir el clima

En inglés el término es THERMOHALINE y es una palabra que, en oceanografía, aplica cuando ambas, la temperatura y la salinidad actuan juntas. Un ejemplo es la circulación termosalina la cual es inducida a una circulación vertical por el enfriamiento en la superficie, y que causa cambios por la transferencia del calor y una consecuente mezcla total.

Esta página describe el primero de los experimentos secundarios del proyecto sobre climateprediction.net. En este experimento se investigan los efectos de una disminución en la circulación cambiante meridional del Atlántico del Norte (también conocida como la circulación termosalina - de ahí sus iniciales en inglés THC - Thermohaline Circulation)

Los detalles respecto del experimento se indican a continuación. Este sub-experimento está siendo encabezado por Nick Faull (científico de climate) y por Tolu Aina (computación)

El experimento no es una predicción de la semejanza de una reducción en la fuerza de la THC. En este experimento imponemos una disminución de la THC consistente con experimentos anteriores con el modelo Hadley Centre acoplado y el estudio de la respuesta atmosférica. La fase actual del proyecto utiliza el modelo atmosférico del Hadley Centre en conjunción con un corte de océano termodinámico que comprende una sola capa de océano con calor preestablecido y con transporte de salinidad. Impusimos campos de superficie que reflejan la respuesta al modelo totalmente acoplado a una disminución obligada de THC (Circulación termosalina). Por lo mismo el experimento es consistente con trabajos previos de modelos acoplados con el mismo modelo y la misma resolución.

La esencia de nuestro experimento THC es la de ver como respondería la atmósfera a tales cambios en el océano, dada una disminución en la THC. Debido a que en esta fase, sólo estamos usando un corte de océano (esto cambiará en fases posteriores del proyecto), no podemos aún sondear los resultados entre las respuestas dinámicas de la atmósfera de regreso hacia el océano.

Motivación del experimento de la THC

La motivación que existe detrás del experimento de la THC es la de ver la sensibilidad de la corriente termosalina a imposiciones antropogénicas del clima. Los cambios rápidos de clima ya han ocurrido en el pasado geológico reciente y su coincidencia en tiempo con la creación de la formación de Agua Profunda en el Atlántico del Norte, sugieren una participación activa de la THC en estos cambios rápidos de clima. Los resultados de modelos nos muestran un amplio rango de respuestas de la THC a calentamientos y enfriamientos en latitudes elevadas, característico de los escenarios de calentamiento global. Muchos de los modelos indican una disminución modesta de la THC, pero algunos modelos proveen una fragmentación sustancial de la THC bajo fuerzas la suficientemente fuertes.

La incertidumbre respecto a la respuesta de la THC a fuertes efectos antropogénicos es crucial en la identificación y el entendimiento de los procesos físicos que controlan la estabilidad de la THC. Hoy en día ya es aceptado generalmente que los cambios en el pasado en la THC han sido ocasionados por grandes cantidades de agua dulce descargadas por las capas continentales de hielo en el Atlántico del Norte. Sin embargo, en el futuro, las mejoras en el ciclo hidrológico pueden cambiar el presupuesto de agua dulce en el Atlántico del Norte lo suficientemente para provocar una dinámica completamente diferente de la THC.

En este contexto, no sería nada raro que los componentes importantes del sistema climático sean controlados remotamente. [Un ejemplo de esto es el impacto sugerido del patrón SST en el Pacífico sobre el presupuesto de agua dulce en Atlántico Norte y consecuentemente en la THC] Otra motivación más para estudiar la estabilidad de la THC es la evidencia recopilada de modelos de diferentes complejidades, que la THC puede no estar muy lejos de un punto de inicio de inestabilidad y de que podría estar acercándose a ello como causa de un calentamiento de efecto invernadero.

Descripción completa del experimento THC

Una clave determinante de los posibles cambios en la THC durante los próximos cien años es el ciclo de respuesta hidrológica atmosférica tanto a los cambios de temperatura provocados externamente ( inducidos por el CO2 predominantemente) como a los propios cambios de la THC. La respuesta del ciclo hidrológico al CO2, particularmente el grado de agua fresca que force los cambios en el Atlántico Norte, determina el tamaño de lo que podrá ser la fuerza de imposición mayor sobre la THC en las próximas décadas. La respuesta del ciclo hidrológico a los flujos de calor de la superficie que acompañan cualquier cambio de la THC (ya sea generado interna o externamente) determinará si la atmósfera reacciona para reforzarse o disminuir el desarrollo de las anomalias en la circulación del océano.

Esta es un área de considerable incertidumbre al presente, por dos razones principales.
Los cambios en la precipitación son altamente sensitivos a los detalles de modelos de parámetros indeterminados, particularmente a nivel regional, reflejados en el campo más amplio de respuestas de precipitaciones con el aumento del CO2 en relación a respuestas de temperatura, por ejemplo, el modelo de inter-comparación CMIP-2.

Los mecanismos que controlan la respuesta a gran escala del ciclo hidrológico inter-anual de las fuerzas externas son tales que la mayor parte de los cambios de precipitación observados durante el siglo 20, en contraste con los cambios recientes de temperatura, han sido provocados por influencia natural (onda corta) De ahí que, el record de observaciones recientes proporcione una indicación menos precisa sobre futuros cambios de precipitación de lo que puede decirnos respecto de tendencias futuras de temperaturas. El balance entre las fuerzas de onda corta, onda larga y respuestas térmicas seguramente cambiará sustancialmente durante los próximos 30 años en comparación con los últimos 30, conduciendo a una mayor incertidumbre respecto de los futuros cambios en las precipitaciones en relación a los futuros cambios de temperatura.

Los resultados de las inter-comparaciones de modelos previos, nos dicen claramente que cualquier estudio del ciclo de respuesta hidrológico a gran escala en respuesta a fuerzas externas debe considerarse como un modelo incierto. Los estudios de "Modelo-Perfecto" que se basan puramente en una representación específica de un sistema océano-atmósfera, pierden, por construcción, lo que es probablemente la fuente más importante de incertidumbre en el problema. Contabilizar los modelos de incertidumbre en la predicción del clima se encuentra aún en pañales, pero en años recientes se han visto considerables avances con el desarrollo del primer montaje de sistemas de pronóstico de "física perturbada" para el análisis de la respuesta a fuerzas antropogénicas (CO2) Este proyecto será el primero en ampliar la metodología del montaje de física-perturbada para estudiar el papel del ciclo hidrológico en un posible cambio de clima rápido.

Metodología:

En esencia, nuestra metodología presenta el proyecto de climateprediction.net, usando la computación distribuida para construir un arreglo de simulación física alterada del rango de respuestas a los aumentos de CO2, a recientes estudios de Dong and Sutton (2002) y Palmer (2002) examinando la respuesta a un modelo particular de atmósfera para cambios en la THC. Bajo climateprediction.net, un modelo de circulación atmosférica general de clima en alta resolución (la versión estándard del modelo HadAM3, con resoluciones de longitud/latitud de 3.75 por 2.5 grados y 19 niveles en la vertical) va acoplado a un modelo de "capa" de océano termodinámica. Las propiedades de la atmósfera modelo se cambian utilizando algunas combinaciones de cambios de hasta 20 parámetros (incluyendo cambios que permiten que los subsistemas completos del modelo puedan ser activados o desactivados), y el modelo resultante perturbado es distribuido a un participante voluntario en el proyecto para que lo trabaje en un ordenador personal.

El experimento estándard de climateprediction.net comprende una integración de 15 años durante los cuales las temperaturas de la superficie del mar se mantienen comparables a las condiciones del presente y el campo de la Convergencia del Cambio del Calor del Océano se calcula para nivelar el proceso del flujo del calor hacia el interior del mar procedente de la atmósfera. Denominado en Inglés Ocean Heat Flux Convergence (OHFC)

Esto se continúa por una fase de "control" de 15 años con niveles pre-industriales de CO2, y una fase de 15 años de "doble-CO2” en la cual los niveles de CO2 se aumentan a 560ppmv. Un juego de diagnóstico estándard de aproximadamente 0.5Gb de salida se archiva en el ordenador personal del participante mientras que un juego de diagnósticos del sumario (~5Mb por experimento) es automáticamente cargado a uno de los servidores del proyecto al final del experimento. Este sumario de diagnósticos proporciona una indicación del rango del comportamiento a través de todo el arreglo al igual que nos hace notar las combinaciones interesantes de los parámetros para los cuales podemos solicitar todo el archivo para ser cargado (si la conexión a internet del participante lo permite) o que repitamos la prueba en el equipo.

En la revisión de este experimento, una perturbación adicional de OHFC se aplicará al final de la fase doblada del CO2 del experimento estándard, para representar el cambio en el flujo de calor de la combinación de la superficie océano-atmósfera que pueda resultar de una reducción sustancial en la THC y el modelo integrado para otros 15 años adicionales. Aunque muchos modelos no habrán llegado a un punto de equilibrio al final de este período, las retro-alimentaciones en una muestra de océano superficial son lo suficientemente cercanas a una línea en el cambio de temperatura para el nivel de desequilibrio que puede inferirse de la respuesta histórica del tiempo y del presupuesto de energía. Como una comprobación adicional, la perturbación de OHFC se iniciará al final del año 14 de la fase doble de CO2, asegurando así una súper-posición de 1 año entre el final de una fase y el comienzo de la siguiente. Con una condición del ensamble inicial de esta sobreposición, proporcionará información acerca del mantenimiento linear de la respuesta a la temperatura cuando la perturbación OHFC sea aplicada.

Esta perturbación del flujo de calor se deriva directamente del trabajo de Palmer (2002), quien utilizó un análisis de regresión múltiple para separar los cambios OHFC asociados con las anomalías en el estrés del viento (que afecta cualquier índice de THC pero no es directamente relevante a la señal termo-salina) desde la anomalía OHFC asociada con las fluctuaciones de THC en el modelo acoplado HadCM3 de control variable.

Palmer (2002) desarrolló un experimento en el cual este patrón de respuesta OHFC estaba en una escala para corresponder a un ~50% de reducción en la magnitud THC desde los controles de valores de HadCM3 y obtuvo un ~2K de enfriamiento global principal como respuesta, comparado con Vellinger and Wood (2002) quienes indujeron un cierre casi total de la THC asociado a ~4K de enfriamiento global principal. Nosotros proponemos utilizar inicialmente el doble de la perturbación de Palmer (2002), aunque la disposición de los efectos físicos de perturbación hace que se impongan una variedad de oerturbaciones OHFC muy directamente y la sensibilidad de respuesta al patrón propuesto y la amplitud serán exploradas en el transcurso de este proyecto. Siguiendo a Palmer (2002), la perturbación impuesta de OHFC es variable con las estaciones.

La comparación de la respuesta a la precipitación principal en la región del Atlántico Norte donde Vellinga y Wood (2002) impusieron forzosamente una masa de agua fresca para inducir un cese de corriente termo-salina (THC), para revelar que la magnitud (y hasta quizá la señal) de la retroalimentación del ciclo hidrológico atmosférico sobre los cambios de THC es altamente sensitivo a aspectos indeterminados de la formulación del modelo atmosférico. Bajo este proyecto, utilizaremos diagnósticos recibidos del montaje de física perturbada para identificar las combinaciones de los parámetros que dan como resultado atmósferas que son (1) sensitivas a la imposición de CO2 ; (2) sensitivas a cambios de THC con la respuesta de la precipitación dándonos una retroalimentación positiva y (3) relativamente realísticas en términos de su clima base.

Estimaremos hasta que grado las observaciones en curso nos permiten restringir el montaje en estas direcciones del parámetro-espacio "patológico" y proveen un rango de modelos estadísticos representativos de posibles respuestas atmosféricas a la variabilidad interna de los océanos, al CO2 y a los cambios de THC para usarse como condiciones de tope máximas en los estudios de predicción de THC oceánica.
 
Fuente

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