Sistema Climático y Balance Energético
Cómo la energía solar entrante, la radiación térmica saliente y los flujos entre la atmósfera, el océano, el hielo, la tierra y la biosfera establecen la temperatura y la circulación del planeta.
Definition
El sistema climático es el conjunto acoplado de componentes, atmósfera, hidrosfera, criosfera, superficie terrestre y biosfera, cuyas interacciones e intercambios de energía determinan el clima, y su balance energético es el equilibrio entre la radiación solar absorbida y la radiación térmica emitida.
Scope
Esta área cubre el sistema climático como una máquina de energía acoplada: el presupuesto de radiación global en la parte superior de la atmósfera y la superficie, la distribución de la energía entre la atmósfera, el océano, la criosfera, la superficie terrestre y la biosfera, y los transportes que redistribuyen el calor desde los trópicos hacia los polos. Trata la base física del efecto invernadero, las retroalimentaciones que amplifican o amortiguan las perturbaciones, y el concepto de sensibilidad climática que vincula un cambio en el forzamiento con un cambio de equilibrio en la temperatura.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo se reparte el presupuesto energético planetario entre la reflexión, la absorción y la emisión térmica?
- ¿Por qué el efecto invernadero eleva la temperatura de la superficie por encima del valor de equilibrio radiativo?
- ¿Qué retroalimentaciones amplifican o amortiguan la respuesta a una perturbación radiativa, y en qué medida?
- ¿Cómo transportan calor la atmósfera y el océano para equilibrar el desequilibrio latitudinal de la radiación?
Key theories
- Balance radiativo planetario
- En equilibrio, el sistema climático emite tanta radiación térmica al espacio como la que absorbe del Sol, y el albedo planetario junto con la absorción de gases de efecto invernadero establece la temperatura superficial resultante.
- Transporte de energía y la circulación general
- Debido a que los trópicos reciben más energía solar de la que emiten, mientras que los polos emiten más de lo que reciben, la atmósfera y el océano circulan para transportar calor hacia los polos, dando forma a la circulación general.
- Sensibilidad climática y retroalimentaciones
- La respuesta de la temperatura de equilibrio a una duplicación del dióxido de carbono depende de las retroalimentaciones que involucran el vapor de agua, las nubes, el albedo superficial y el gradiente térmico vertical, que colectivamente amplifican el efecto radiativo directo.
Mechanisms
La radiación solar de onda corta es parcialmente reflejada por las nubes, los aerosoles y la superficie, y parcialmente absorbida, calentando el sistema; la superficie y la atmósfera calentadas emiten radiación de onda larga, gran parte de la cual es absorbida y reemitida por los gases de efecto invernadero antes de escapar al espacio. El desequilibrio latitudinal entre la radiación solar absorbida y la radiación térmica emitida impulsa el transporte de calor atmosférico y oceánico, mientras que las retroalimentaciones ajustan la cantidad de calentamiento necesaria para restaurar el equilibrio después de un forzamiento.
Clinical relevance
Cuantificar el presupuesto energético y la sensibilidad climática es la base para proyectar cuánto se calentará el planeta para un cambio dado en los gases de efecto invernadero, lo que sustenta los objetivos de la política climática y las evaluaciones de impacto.
Evidence & guidelines
El Sexto Informe de Evaluación del IPCC sintetiza observaciones y modelos para restringir el presupuesto energético global y evalúa la sensibilidad climática de equilibrio en un rango probable de aproximadamente 2.5 a 4 grados Celsius por duplicación de dióxido de carbono.
History
El estudio cuantitativo del balance energético planetario surgió del trabajo del siglo XIX sobre el efecto invernadero y las primeras estimaciones del presupuesto energético, avanzó a través de la modelización radiativa-convectiva del siglo XX, y fue transformado por las mediciones satelitales del presupuesto de radiación en la parte superior de la atmósfera que permitieron cerrar observacionalmente los flujos de energía globales.
Debates
- La retroalimentación de las nubes y su efecto en la sensibilidad climática
- Cómo responden las nubes al calentamiento, y si esa respuesta lo amplifica o lo amortigua, sigue siendo la mayor fuente individual de incertidumbre en las estimaciones de la sensibilidad climática.
Key figures
- Dennis Hartmann
- Kevin Trenberth
- Syukuro Manabe
- Veerabhadran Ramanathan
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Seminal works
- hartmann2016
- trenberth2009
Frequently asked questions
- ¿Qué mantiene la Tierra más cálida que su temperatura de equilibrio radiativo?
- Los gases de efecto invernadero absorben y reemiten la radiación térmica, por lo que la superficie se mantiene aproximadamente 33 grados Celsius más cálida de lo que estaría con una atmósfera transparente.
- ¿Qué es la sensibilidad climática?
- Es el calentamiento global a largo plazo esperado por la duplicación del dióxido de carbono atmosférico, evaluado por el IPCC como probablemente entre 2.5 y 4 grados Celsius una vez que actúan las retroalimentaciones.