1.1: Observaciones

Aunque el clima de la Tierra actualmente está cambiando rápidamente en relación con los cambios pasados, en la mayoría de las regiones donde vivimos los cambios son lo suficientemente lentos como para no notarlos directamente durante nuestra vida diaria. Sin embargo, las personas mayores pueden haber notado cambios durante su vida y en algunas regiones los cambios son más grandes y más obvios que en otros lugares. En este capítulo discutiremos algunas observaciones de los últimos 100 años y datos de regiones particularmente sensibles al cambio climático, donde se han producido los efectos más dramáticos. Esta no será una documentación exhaustiva de las observaciones existentes. Se discutirán observaciones adicionales a lo largo del resto de este libro.

a) Atmósfera

Las observaciones muestran que el clima está cambiando a escala global. Los datos de temperatura del aire superficial, promediados en toda la Tierra, indican un calentamiento de 0.7-0.9°C en los últimos ~100 años (Figura 1). Pero ese calentamiento no fue ni estable ni suave. De 1880 a aproximadamente 1910 hubo enfriamiento, seguido de calentamiento hasta alrededor de 1940. Después de este ligero enfriamiento o temperaturas aproximadamente constantes se observaron hasta la década de 1970, seguido de un rápido calentamiento hasta la actualidad. La temperatura de cada año es algo diferente de la siguiente. No todos estos cambios año a año se entienden actualmente, pero las variaciones naturales, que no son causadas por los humanos, sí juegan un papel. Por ejemplo, los años fuertes de El Niño como 1997-98 o 2015 aparecen como años particularmente cálidos, mientras que los años de La Niña como 1999-2000 o 2011 se muestran como relativamente fríos. El Niño y La Niña, también conocido como ENSO (El Niño/Oscilación del Sur), es la variabilidad climática en el Pacífico tropical que también impacta en muchas otras regiones de la Tierra.

Figura\(\PageIndex{1}\): Cambio de temperatura media global de la superficie de 1880 a 2018. Se muestran anomalías del promedio del siglo XX. Del sitio web noaa.gov de la Administración Nacional Oceanográfica y Atmosférica (NOAA). Hay algunos otros grupos alrededor del mundo que calculan las temperaturas superficiales promedio globales, por ejemplo, el Instituto Goddard de Ciencias Espaciales (GISS) de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA), la Unidad de Investigación Climática (CRU) de la Universidad de East Anglia, o el Berkeley Temperaturas de la Superficie Terrestre (BEST), y todas llegan a resultados muy similares. Se ha estimado que los errores por muestreo desigual son de aproximadamente 0.2°C durante la parte temprana del registro y disminuyen a 0.1°C durante la parte más reciente. Esta es una figura clave. La tendencia lineal durante todo el periodo es de 0.07°C/década, que en los últimos 100 años es de 0.09°C/década.

 

Explore los datos de temperatura

Vaya al sitio web Climate at a Glance de la NOAA para explorar sus datos de temperatura global. Enumere los 12 años más cálidos haciendo clic en la columna ANOMALÍA.

• ¿Cuál es el año récord más cálido?
• ¿Cuántos de los 12 años más cálidos han ocurrido desde el año 2000?

El incremento de las temperaturas atmosféricas en los últimos 100 años no ha sido uniforme en todas partes. La figura\(\PageIndex{2}\) muestra que las temperaturas sobre la tierra cambiaron más que sobre los océanos y el Ártico se calentó más que los trópicos. Estos patrones se denominan contraste tierra-mar y amplificación polar y son bastante bien entendidos y simulados en modelos climáticos como veremos más adelante. El calentamiento es de hecho casi global. La única excepción es el norte del Atlántico Norte, que se ha ido enfriando ligeramente por razones que discutiremos más adelante.

Figura\(\PageIndex{2}\): Mapa global del cambio reciente de temperatura superficial. Del Cambio Climático de Wikipedia basado en datos del Instituto Godard de Estudios Espaciales (GISS) de la NASA.

 

Análisis de miles de registros de temperatura en una estimación del cambio de temperatura promedio global como la Fig. \(\PageIndex{1}\)no es trivial. Se deben tomar en cuenta cuestiones como cambios en las ubicaciones de las estaciones, instrumentación y cobertura de datos. El hecho de que cinco grupos diferentes que analizan los datos usando diferentes métodos lleguen a las mismas conclusiones sugiere que los resultados son robustos. Se ha demostrado la confiabilidad de los datos y se ha demostrado que las ubicaciones de las estaciones (por ejemplo, urbanas versus rurales) no importan. Ver este blog para más discusión.

La tendencia al calentamiento global ha hecho que la probabilidad de temperaturas cálidas y cálidas extremas sea más probable y la probabilidad de temperaturas frías y frías extremas menos probables. Por ejemplo, las temperaturas estivales extremadamente cálidas (más de 3 °C más cálidas que el promedio de 1951 a 1980) sobre las áreas terrestres del hemisferio norte tuvieron solo un 0.1% de probabilidades de ocurrir entre 1951 y 1980, mientras que durante la década de 2005 a 2015 la probabilidad de que ocurrieran esas temperaturas cálidas extremas fue de 14.5%. Por el contrario, las temperaturas de verano relativamente frías (menos de 0.5°C más frías que el promedio de 1951-1980) que ocurrieron aproximadamente cada tres años de 1951 a 1980 solo ocurrieron 5% del tiempo durante 2005 a 2015. Consulte este artículo y este blog (Figura 5) para obtener información adicional y gráficas.

 

b) Criosfera

Una de las regiones más sensibles al cambio climático es el Ártico. La cobertura de hielo marino allí ha disminuido drásticamente en los últimos 40 años, particularmente a fines del verano (Figura\(\PageIndex{3}\)). El hielo marino ártico experimenta un fuerte ciclo estacional. A finales del invierno cubre unos 15.4×10 ⁶ km ² y disminuye a unos 6.4×10 ⁶ km ² a finales del verano (Figura\(\PageIndex{4}\)). Por lo tanto, los cambios relativos son mayores a finales del verano, con una reducción de alrededor del 46% o 2.9×10 ⁶ km ² de 1980 a 2015. En invierno la reducción fue de sólo alrededor del 9% o 1.5×10 ⁶ km ². El área perdida del hielo marino ártico de verano es más de 10 veces el tamaño de Oregón (255,000 km ²) o cuatro veces el tamaño de Francia (~650,000 km ²).

Figura\(\PageIndex{3}\): Extensión del hielo marino ártico en septiembre de 1979 (izquierda) y 2020 (derecha) a partir de observaciones satelitales. La línea púrpura denota la mediana de la extensión de hielo de 1981-2010. En 1979 la extensión del hielo era de 7.1 millones de kilómetros cuadrados, en 2020 fue de 3.9 millones de kilómetros cuadrados. Imágenes del Centro Nacional de Datos de Nieve y Hielo (NSIDC).

En la Antártida, el hielo marino experimenta un ciclo estacional aún mayor pero ha cambiado menos en los últimos 40 años en comparación con el Ártico. El hielo marino del hemisferio sur ha aumentado ligeramente alrededor de 12% o 0.5×10 ⁶ km ² a finales del verano austral y 2.4% o 2.3×10 ⁶ km ² en invierno austral. Obsérvese que las fluctuaciones interanuales son mayores en invierno que en verano y que las tendencias a largo plazo en el Ártico son mucho mayores que las fluctuaciones a corto plazo, mientras que en la Antártida las tendencias a largo plazo son similares a las fluctuaciones a corto plazo y por lo tanto menos estadísticamente significativas. Una tendencia es estadísticamente significativa si es mayor que los errores.

Figura\(\PageIndex{4}\): Cambios en la extensión del hielo marino a fines del verano en el Ártico (arriba) y Antártico (fondo), y la extensión mensual global del hielo marino (centro). De la NOAA.

A nivel mundial, la Tierra ha perdido alrededor de 2 millones de kilómetros cuadrados de hielo marino de 1980 a 2015, lo que representa aproximadamente el 10% del total. Compara esa zona con la de tu estado o país favorito.

Explora los cambios en el hielo marino

Vaya al sitio web del Centro Nacional de Datos de Nieve y Hielo (NSIDC) y haga clic en algunos años para ver cómo ha cambiado la capa de hielo marino del Ártico a lo largo del año. Para obtener una serie temporal para el mes en curso, vaya a su sitio de índice de hielo marino y haga clic en la Gráfica Mensual de Anomalía de Extensión de Hielo Marino en la esquina inferior derecha.

• ¿En cuánto ha disminuido la capa de hielo marino desde la década de 1980? Estimar la disminución tanto en términos relativos (porcentaje) como en términos absolutos (millones de kilómetros cuadrados).

 

Los glaciares de montaña también son sensibles al cambio climático. La Figura 5 muestra un ejemplo del Glaciar Muir, que se ha retrocedido dramáticamente desde 1941. Esto es típico de la mayoría de los glaciares alrededor del mundo. De hecho, solo un pequeño número de glaciares muestran avances, mientras que la gran mayoría de los glaciares se derriten y retroceden de los valles hacia elevaciones más altas.

Figura\(\PageIndex{5}\): Glaciar Muir en el Parque Nacional y Reserva Glacier Bay, Alaska. El cuadro en la parte superior es de 1941, que en la parte inferior de 2004. Del Centro Nacional de Datos de Nieve y Hielo (NSIDC).

El Servicio Mundial de Monitoreo de Glaciares (WGMS) ha recopilado información sobre cientos de glaciares en todo el mundo. La figura\(\PageIndex{6}\) muestra que desde 1980 los glaciares en todas las regiones han ido perdiendo masa con una aceleración de pérdida en los últimos años.

Figura\(\PageIndex{6}\): Balance de masa acumulado en metros equivalentes de agua (e.p.) de glaciares de montaña. Del Servicio Mundial de Monitoreo de Glaciares.

Mira este video de los cambios glaciares en Islandia.

Después de Hielo de Kieran Baxter en Vimeo.

 

Explorar Glaciares y Cambio de capa de hielo

Vaya al Navegador Glacier y seleccione un glaciar de su elección.

• ¿Qué observas?

Explore el cambio de capa de hielo de Groenlandia con este gráfico interactivo, que muestra la superficie que experimenta derretimiento. Haga clic en algunos años en la primera parte del registro (por ejemplo, 1980) y en la parte más reciente (por ejemplo, 2010s).

• ¿Cómo ha cambiado el área de fusión?

Las capas de hielo también se están derritiendo. Observaciones de los satélites del Experimento de Recuperación de Gravedad y Clima (GRACE), que miden muy precisamente el campo de gravedad de la Tierra y pueden detectar cambios en la masa, muestran que desde 2002 la capa de hielo de Groenlandia ha perdido alrededor de 4,000 Gt de masa, y la capa de hielo antártica ha perdido aproximadamente 2,500 Gt (Fig. \(\PageIndex{7}\)). Aquí hay una presentación sobre el derretimiento de Groenlandia.

 

El derretimiento de la capa de hielo de Groenlandia contribuye actualmente aproximadamente 0.8 mm/año al aumento global del nivel del mar. La contribución de la Antártida es de 0.4 mm/año y los glaciares de montaña suman aproximadamente 0.6 mm/año, para un total de 1.8 mm/año de aumento del nivel del mar por el derretimiento del hielo (IPCC 2019).

Figura\(\PageIndex{7}\): Cambios en la masa de la capa de hielo antártica (arriba) y Groenlandia (abajo). Las líneas pálidas son de mediciones de gravedad satelital. De la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA; epa.gov). Los datos satelitales son de la NASA.

 

Cuadro 1: Tasas de cambio

La tasa de cambio de una variable X entre dos puntos en el tiempo _t1 y t ₂ se puede calcular como la diferencia (denotada por la letra griega delta Δ) del valor de la variable en el tiempo t ₂ menos el valor de la variable en el tiempo t ₁ Δ X = X ₂ — X ₁ dividida por la diferencia en el tiempo Δ t = t ₂ — t ₁

\[ \dfrac{\Delta X}{\Delta t}= \dfrac{X_{2}-X_{1}}{t_{2}-t_{1}} \]

Así, las unidades de la tasa de cambio son las unidades de la variable divididas por el tiempo. Se puede determinar la tasa de cambio a partir de una gráfica de series temporales como Figura\(\PageIndex{1}\) o Figura\(\PageIndex{6}\) seleccionando dos puntos en el tiempo en el eje horizontal y leyendo los valores correspondientes de _X1 y _X2 desde el eje vertical. Usando Figura\(\PageIndex{1}\) como ejemplo nuestra variable será la anomalía de temperatura T. Escogiendo t ₁ = 1940 y t ₂ = 2010 podemos leer T ₁ = 0ºC y T ₂ = 0.7ºC. Así, Δ T = 0.7ºC, Δ t = 70 años y la tasa de cambio Δ T /Δ t = 0.01ºC/año = 0.1ºC/década.

Obviamente, calculando la tasa de cambio de esta manera el valor resultante dependerá de las dos veces elegidas. La tasa de cambio de todo un conjunto de puntos de datos se puede calcular asumiendo una relación lineal y minimizando la distancia de todos los puntos desde una línea recta X = S × t + I, donde S es la pendiente y I la intercepción con el eje vertical. A esto se le llama regresión lineal. Las fórmulas simples para calcular S y I se pueden encontrar aquí. Las regresiones lineales se utilizan comúnmente para estimar las tasas de cambio. Por ejemplo, las líneas rectas de\(\PageIndex{6}\) la Figura de este capítulo y las Figuras 7-12 del capítulo 1 se han calculado utilizando las fórmulas para regresión lineal. Las líneas de regresión también se denominan a menudo líneas de tendencia.

 

c) Océano

Las mediciones de temperatura subsuperficial en los océanos documentan el calentamiento en los últimos 60 años (Fig. \(\PageIndex{8}\)). El contenido de calor del océano ha aumentado en aproximadamente 30 × 10 ²² julios durante ese tiempo. El contenido de calor del océano es su temperatura T veces la capacidad calorífica del agua c _p = 4.2 J/ (GK). Antes de 2005, las mediciones de temperatura subsuperficial eran más limitadas en espacio y tiempo porque se tomaban de barcos al bajar los instrumentos CTD (conductividad, temperatura, profundidad) en un cable hacia el océano. Desde 2005, los flotadores Argo autónomos de deriva libre miden la temperatura, la salinidad, la presión y la velocidad de los 2 km superiores de la columna de agua. Actualmente hay alrededor de 4 mil flotadores por ahí, que proporcionan una cobertura espacial y temporal mucho mejor que las mediciones anteriores basadas en barcos.

Figura\(\PageIndex{8}\): Estimaciones observacionales del contenido global de calor oceánico (0-2 km) de NOAA. De 1960 a 2005 las temperaturas oceánicas se midieron principalmente utilizando buques de investigación (línea azul). Desde 2005 los flotadores ARGO autónomos han aumentado la densidad de datos tanto en el espacio como en el tiempo (líneas rojas y negras).

El derretimiento de los glaciares de montaña y las capas de hielo conduce a una mayor escorrentía hacia el océano, lo que contribuye al aumento del nivel del mar (Fig \(\PageIndex{9}\)). El aumento del nivel del mar también es causado por el calentamiento del agua del mar, lo que provoca expansión y por el aumento de la escorrentía del bombeo de las aguas subterráneas fuera de los Estimaciones basadas en registros de mareómetros indican que el nivel del mar ha subido unos 20 cm desde la década de 1870 hasta el año 2000 y otros 6 cm desde entonces. El derretimiento de los glaciares de montaña y las capas de hielo contribuye aproximadamente de manera similar al actual aumento del nivel del mar, pero si las tendencias actuales continúan es probable que muchos glaciares de montaña desaparezcan por completo y las grandes capas de hielo contribuyan cada vez más al aumento global del nivel del mar. Tenga en cuenta que el aumento del nivel del mar no es espacialmente uniforme.

Figura\(\PageIndex{9}\): Nivel medio global observado del mar estimado a partir de satélites (rojos) y mareómetros (azul). Datos de nasa.gov y csiro.au. El gráfico circular muestra las contribuciones relativas del derretimiento del hielo terrestre (1.8±0.1 mm/año), la expansión térmica del agua de mar (1.4±0.3 mm/año) y el bombeo de agua subterránea (0.4 mm/año; estimado como el residual) durante 2005-2015 (IPCC, 2019). La tasa total de elevación del nivel del mar durante este periodo (3.6±0.5 mm/año) es mayor que en periodos anteriores. Esta aceleración del aumento del nivel del mar se debe al reciente aumento del derretimiento de las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida.

Explora los cambios del nivel del mar

Vaya a noaa.gov y explore los cambios locales del nivel del mar a partir de los indicadores de mareas.

• ¿Dónde está aumentando el nivel del mar?
• ¿Dónde está disminuyendo?
• Seleccione un indicador de mareas. ¿Cuál es el periodo de tiempo cubierto?

Aquí hay un mapa del nivel del mar medido a partir de satélites.

• ¿Qué periodo de tiempo está cubierto por los datos satelitales?
• ¿Dónde está aumentando el nivel del mar?
• ¿Dónde está disminuyendo?

 

d) Biosfera y Ciclo del Carbono

Se ha observado que especies vegetales y animales se mueven hacia el polo y hacia arriba en las montañas (Parmesano y Yohe (2003). Esta respuesta es consistente con el calentamiento global y la tendencia de los organismos a permanecer en un rango de temperatura al que se han adaptado. Las fechas de floración de muchas plantas también han cambiado a principios de la primavera, como para las flores de cerezo.

El dióxido de carbono (CO ₂) se mide en la atmósfera desde 1958 en el Observatorio Mauna Loa en Hawai (Fig. 10). En ese momento las concentraciones estaban justo por debajo de 320 partes por millón (ppm). Posteriormente aumentaron a valores de poco más de 400 ppm en la actualidad. Eso es un incremento del 25%. Superpuesto en la tendencia a largo plazo es un ciclo estacional. El crecimiento de la biosfera terrestre en la primavera del hemisferio norte conduce a la reducción del CO ₂ y la descomposición de la materia orgánica, como las hojas caídas, aumenta el CO ₂ en el otoño. Como veremos más adelante, el CO ₂ es un importante gas de efecto invernadero, y su incremento en las últimas décadas es la principal causa del reciente calentamiento global.

 

Figura\(\PageIndex{10}\): CO ₂ atmosférico medido en el Observatorio Mauna Loa de Hawai. Las mediciones fueron pioneras por Charles Keeling de Scripps Institution of Oceanography en 1958. De noaa.gov.

 

Explore los datos del ciclo del carbono

Ir a noaa.gov para explorar datos de CO ₂ de otras ubicaciones. Seleccione un sitio y luego “Gases de Ciclo de Carbono” a la izquierda y luego “Series Temporales”.

• Describir las observaciones.

Preguntas

• Pregúntale a tus padres o abuelos si han notado cambios climáticos durante su vida. Mi papá me dijo que de niño solía nevar trineo por las laderas de una colina en Alemania donde hoy en día ya no hay nieve.
• ¿En cuánto aumentaron las temperaturas del aire superficial global durante los últimos 100 años?
  • ¿Cómo lo sabemos?
  • ¿Cuál fue la tasa promedio de cambio durante ese tiempo?
  • ¿Cuál fue la tasa de cambio de los últimos 50 años?
  • ¿Dónde fue mayor el calentamiento sobre los océanos o sobre la tierra, en los trópicos o en latitudes altas?
• ¿Cuánto cambió el contenido de calor oceánico de 2 km superiores en los últimos 60 años?
  • ¿Cómo lo sabemos?
  • ¿Cuál fue la tasa de cambio?
  • ¿Cuál fue la tasa de cambio durante los últimos 20 años?
• ¿Cuánto cambió la superficie cubierta por el hielo marino ártico durante los últimos 35 años?
  • ¿Cómo lo sabemos?
• ¿Cómo han cambiado las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida durante los últimos 15 años?
  • ¿Cómo lo sabemos?
• ¿Cuánto ha aumentado el nivel medio global del mar desde 1870?
  • ¿Cómo lo sabemos?
  • Calcula la tasa de cambio de 1870 a 2000.
  • Calcular la tasa de cambio de 2000 a la actualidad.
  • ¿Se ha acelerado el aumento del nivel del mar
  • Consulta tu respuesta con este artículo.

Videos

Conferencia Grabada: Observaciones Atmósfera y Criosfera

Conferencia Grabada: Observaciones Océanos y Carbono

Referencias

Parmesano, C., Yohe, G., 2003: Una huella global coherente de los impactos del cambio climático en los sistemas naturales. Naturaleza 421, 37—42, https://doi.org/10.1038/nature01286.

Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, L.V. Alexander, S.K. Allen, N.L. Bindoff, F.-M. Bréon, J.A. Iglesia, U. Cubasch, S. Emori, P. Forster, P. Friedlingstein, N. Gillett, J.M. Gregory, D.L. Hartmann, E. Jansen, B. Kirtman, R. Knutti, K. Krishna Kumar, P. Lemke, J. Marotzke, V. Masson-Modeltte, G.A. Meehl, S. I. Mokhov, Piao, V. Ramaswamy, D. Randall, M. Rhein, M. Rojas, C. Sabine, D. Shindell, L.D. Talley, D.G. Vaughan y S.-P. Xie, 2013: Resumen Técnico. En: Cambio climático 2013: La base de la ciencia física. Contribución del Grupo de Trabajo I al Quinto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre Cambio Climático [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex y P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, Reino Unido y Nueva York, NY, EE. UU. Disponible en ipcc.ch.

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Enlaces

https://en.Wikipedia.org/wiki/Instrumental_temperature_record

https://www.skepticalscience.com/urban-heat-island-effect-basic.htm