¿Qué es la sensibilidad climática?

En el contexto de la ciencia climática, sensibilidad es el cambio en la temperatura atmosférica que resulta de un cambio en el forzamiento. Para un nivel dado de forzamiento, un clima más sensible sufrirá un mayor cambio de temperatura atmosférica. Si quieres saber cuánto aumentarán las temperaturas a causa del cambio climático, tienes que saber cómo de sensible es el clima.

El principal impacto del ser humano sobre el clima han sido nuestras emisiones de dióxido de carbono, y el resultante incremento en la concentración de este gas en la atmósfera. Por este motivo, cuando alguien habla simplemente de “sensibilidad” normalmente se refiere al aumento de la temperatura asociado con un aumento en las concentraciones de CO2. Cuando uno quiere hablar de la sensibilidad del clima con respecto a otro factor, se menciona ese otro factor de forma explícita.

Por lo general, cuando alguien habla de la sensibilidad del clima ante el CO2, se refiere al incremento de temperatura cuando la concentración de este gas se duplica. El motivo es que el efecto calentador del CO2 es aproximadamente logarítmico; esto es una forma de decir que el aumento de temperatura causado por un incremento en el CO2 depende del porcentaje o proporción en que se haya incrementado, no del nivel absoluto. Por ejemplo, la concentración atmosférica del CO2 en la era pre-industrial (antes del año 1800, aproximadamente) era de unas 280 partes por millón (ppm); la concentración actual de unos 410 ppm. El incremento de temperatura causado si se duplica la concentración de 280 a 560 ppm es, aproximadamente, el mismo que si se duplica de 410 a 820 ppm.

¿Forzamiento?

El ejemplo de forzamiento más claro es una erupción volcánica. Un evento de ese tipo afecta al clima, pero no está causado por el clima. Si los aerosoles volcánicos provocan que la Tierra reciba menos luz solar, se estará produciendo un forzamiento negativo. Es decir, uno que provoca enfriamiento.

Prácticamente toda la energía recibida por la Tierra es radiación solar. La energía emitida por nuestro planeta, en cambio, es de dos tipos: luz solar reflejada y radiación infrarroja. Eventos con una causa externa que provoquen cambios en los niveles de radiación, ya sea entrante o saliente, se consideran forzamientos.

El desequilibrio energético del planeta es la diferencia entre la radiación emitida y la recibida. Cada metro cuadrado de la superficia de la Tierra emite y recibe unos 340 vatios, y el forzamiento que resulta cuando se duplica la cantidad de CO2 en la atmósfera es de unos 3,8 vatios por metro cuadrado. Si el planeta recibe más radiación de la que emite, como sucede en la actualidad, entonces experimentará una ganancia de energía. En otras palabras: más calor.

(A menudo es difícil saber exactamente qué constituye un forzamiento, porque la mayor parte de los factores que pueden afectar al sistema climático son a su vez influenciados o causados por el clima).

A veces se habla solo de “forzamiento” y otras de “forzamiento radiativo”. A nivel planetario, ambos conceptos son intercambiables, porque todo el flujo de energía entre el planeta y el exterior es por radiación; no fluye energía por convección, evaporación, etc. Por tanto, esta aplicación y página web hablarán simplemente de “forzamiento”.

Para ver una descripción más técnica del forzamiento recomiendo este capítulo del Quinto Informe de Evaluación del IPCC. También explica un concepto relacionado, el feedback, que desgraciadamente no tiene traducción al castellano (lo más parecido es “retroalimentación”).

Desequilibrio energético

El grueso de la energía absorbida por el planeta a raíz del calentamiento global (un 90% o más) está almacenada en el océano. “Almacenada” significa que la temperatura del mar ha subido… un poco. La capacidad térmica del océano es tan grande que no tiene sentido hablar en términos de grados. En su lugar, medimos la cantidad de energía en zetajulios, y los flujos de energía en vatios por metro cuadrado.

Imagínate que el océano está ganando en la actualidad 0,9 vatios por metro cuadrado, mientras que el desequilibrio energético total de la tierra es un poco mayor, de 1 vatio por metro cuadrado (porque no toda la ganancia energética tiene lugar en el océano). Imagínate además que, a causa de las emisiones de gases de efecto invernadero, la humanidad ha creado un forzamiento de 3 vatios por metro cuadrado. Eso significaría que 2 vatios han sido “consumidos” y han incrementado la temperatura de la atmósfera, mientras que el otro vatio aún no ha afectado a la temperatura del aire. En su lugar, ese otro vatio ha tenido principalmente el efecto de aumentar la temperatura del océano.

Respuesta climática transitoria

Para simplificar la explicación, supón que la única influencia que tiene el ser humano sobre el clima son nuestras emisiones de CO2. Digamos que nuestras emisiones incrementan la concentración atmosférica de este gas, desde unos 370 ppm que había en el año 2000 hasta 740 ppm en el año 2100. Pero para ese año, gracias a un declive en las emisiones, la concentración de CO2 se estabiliza.

La respuesta climática transitoria, o TCR por sus siglas en inglés, es una estimación de cuánto habrán subido las temperaturas para el momento en que la concentración de CO2 se haya duplicado. En la página 82 de este documento del IPCC puedes ver una descripción más técnica.

Sensibilidad climática en el equilibrio

Piensa en el ejemplo que acabamos de mencionar. Para el año 2100, la concentración de CO2 es el doble que en el año 2000. Como resultado, la temperatura habrá subido , digamos, 1,5ºC entre estas dos fechas. Pero, incluso si el nivel CO2 deja de aumentar, las temperaturas seguirán subiendo. La sensibilidad climática en el equilibrio (llamada ECS por sus siglas en inglés) se refiere al calentamiento total, a largo plazo, que resulta cuando se dobla la cantidad de CO2 en la atmósfera.

Para entender por qué ECS es casi con total seguridad mayor que TCR, piensa de nuevo en el concepto de desequilibrio energético. Un desequilibrio positivo significa que la Tierra está recibiendo más energía de la que emite – es decir, que el planeta se está calentando. El calentamiento sólo se detiene cuando el desequilibrio desaparece o, en otras palabras, cuando el sistema climático vuelve al equilibrio. (Evidentemente un desequilibrio de exactamente cero es imposible, y no podríamos medirlo aun si ocurriese; en este contexto, “equilibrio” significa simplemente que el desequilibrio es tan pequeño que no influye en la temperatura atmosférica).

¿Pero cómo se puede reducir el desequilibrio? Una forma es rebajando la cantidad de energía solar recibida por la tierra: a eso se refieren las propuestas de “geoingeniería”. La otra forma es incrementando la energía infrarroja emitida por el planeta. Lo que ocurre es que la única forma de que la emisión infrarroja aumente significamente es aumentar la temperatura de la atmósfera: la emisión de radiación infrarroja de un cuerpo está directamente relacionada con la temperatura de dicho cuerpo. Y la gran mayoría de la radiación infrarroja emitida por la Tierra se libera desde la atmósfera, no desde el océano (hay una pequeña parte que se emite directamente desde la superficie, principalmente en los polos).

Por tanto, si el planeta emite más energía infrarroja hacia el espacio, es porque la temperatura de la atmósfera ha subido. El incremento en la temperatura del aire es precisamente el mecanismo por el cual el clima recupera el equilibrio.

La única forma en que TCR podría ser igual a ECS es si, en el ejemplo dado anteriormente, para el año 2100 el desequilibrio energético ya hubiese desaparecido. Pero hay motivos para pensar que eso es improbable; en primer lugar, el hecho de que el clima actual está muy lejos del equilibrio.

El documento del IPCC definiendo TCR también tiene información técnica sobre ECS.

Eficacia de los forzamientos

Es posible que el climate no reaccione de igual forma a distintos tipos de forzamientos. Tal vez un forzamiento negative de 1 vatio, si proviene de una erupción volcánica, reduzca las temperaturas menos que un forzamiento equivalente de aerosoles emitidos por el ser humano.

Como el CO2 es el principal objeto de estudio en los forzamientos del clima, la eficacia de otros factores se mide en relación a este gas. Si el forzamiento volcánico es la mitad de eficaz que el CO2, decimos que tiene una eficacia de 0,5. Si los aerosoles son el doble de eficaces que el CO2, entonces su eficacia es 2.

La aplicación permite a los usuarios variar los niveles de eficacia de los distintos forzamientos y ver qué ocurre. Por defecto todos los valores de eficacia empiezan en 1, excepto en el caso de los volcanes y el carbono negro sobre la nieve, ya que en esos casos hay evidencia de que su eficacia es, respectivamente, menor y mayor que la del CO2.

Entonces, ¿cómo se calcula la sensibilidad del clima?

Lo ideal sería tener un laboratorio con un planeta Tierra en el que doblamos la cantidad de CO2 y esperamos a ver cuánto aumenta la temperatura. Eso es lo que intentan simular los modelos climáticos. Pero si queremos usar datos del mundo real, la única forma de calcular (o más bien estimar) la sensibilidad del clima es mirando la evolución de la temperatura atmosférica, el forzamiento y el desequilibrio energético a lo largo de la historia.

Supón que, durante un período de tiempo, el forzamiento ha aumentado en 2 vatios por metro cuadrado mientras que la temperatura ha subido 1º C. Estos 2 w/m2 serían en realidad una mezcla de dos forzamientos: 3 w/m2 positivos por el CO2, y 1 w/m2 negativo por los aerosoles.

Para calcular TCR, tenemos que extrapolar desde el aumento de temperaturas histórico hasta el aumento que tendría lugar si ocurriese un forzamiento como el que ocurre cuando se duplica la cantidad de CO2. Como ese forzamiento son 3,8 w/m2, la estimación de TCR sería un 90% mayor que el aumento histórico de temperatura (ya que 3,8 / 2 = 1,9). Es decir, TCR = 1ºC * 1,9 = 1.9ºC.

¿Pero qué ocurre si los aerosoles tienen una eficacia un 50% mayor que la del CO2? Entonces, el forzamiento real sufrido por el sistema climático no sería de 3 – 1 = 2 w/m2, sino de 3 – 1,5 = 1,5 w/m2. La extrapolación ahora daría un resultado muy diferente. Como 3,8 / 1,5 = 2,53, el resultado sería TCR = 1ºC * 2,53 = 2,53ºC.

En cuanto a ECS, recuerda que dijimos en la sección sobre el desequilibrio energético que parte del forzamiento aún no ha afectado a la temperatura del aire, porque en su mayor parte ha sido absorbido por el océano. La estimación de ECS tiene en cuenta el impacto que este forzamiento “restante”, el desequilibrio energético, tendrá en la temperatura del aire.

Asumamos que, durante un período determinado, el incremento en el desequilibrio energético ha sido de 0,7 w/m2. Como se mencionó previamente, el incremento en la temperatura fue de 1ºC, y el forzamiento aumentó en 2 w/m2. Si ese es el caso, el forzamiento que ha afectado a la temperatura del aire es 2 – 0,7 = 1,3 w/m2. El forzamiento que resulta de duplicar el CO2 es 3,8 w/m2, y 3,8 / 1,3 = 2,92. Por tanto, ECS = 1ºC * 2,92 = 2,92ºC.

En las simulaciones con modelos del clima, por lo general, la sensiblidad climática no es constante a lo largo del tiempo. En lugar de eso, tiende a aumentar. Por tanto, una extrapolación simple de los datos del pasado podría dar una estimación demasiado baja de la sensibilidad climática a largo plazo. Sin embargo, no está claro que el sistema climático real funcione así. Es posible que la aplicación permita a los usuarios, en una versión futura, estimar ECS sin asumir simplemente la extrapolación de los datos pasados.

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