Simposio de

Física de la Atmósfera y Oceanografía

XXXII Reunión Bienal de la Real Sociedad Española de Física

Equatorial America: Precipitation patterns and a Lagrangian approach of Moisture Sources Ana María Durán Quesada1, Michelle Reboita2, Luis Gimeno1 and Raquel Nieto1  epartamento de Física Aplicada, Facultad de Ciencias de Ourense, Universidad de Vigo, Campus As D Lagoas s/n, ES-32004 Ourense, Spain. 2 Universidade de Sao Paulo, USP, Brasil. 1

Abstract The role of the tropics in the climate system is well known, its importance as the motor of the general circulation due to the solar radiation received as well as the biological importance of tropical regions are just few elements to confirm its importance. Tropical climate system is rich in interactions between land, ocean and atmosphere; where teleconecctions are important determining local climate processes. Particularly, equatorial America presents a contrast regarding the land-sea distribution; this area comprises Southern North America, Central America and Northernmost South America. One of the most important features of the tropics is precipitation, along the tropical regions extreme situations have been analysed, from severe droughts to monsoons. Precipitation patterns in equatorial America have been identified and many works have been dealing mainly with the rainfall in the Amazon basin for its particular importance as ecosystem. While analising precipitation, important questions begin to rise: where does the moisture come from?, which are the moisture transport mechanisms? Current research over America has been focused on moisture sources and transport in La Plata and Orinoco Basins and more recently Central America. Results indicate the importance of low level jet structures as moisture conveyors. Furthermore winds and the thermal gradients induced by the ocean and land distribution, local topography is an important element which accounts for the observed precipitation patterns. Using the methodology followed for analising moisture transport in Central America, three precipitations cores in the equatorial regions are analysed. In a general way the main moisture sources are relatively known and using a Lagrangian analysis method the existence and annual cycle of the sources is determined. This work presents from a general point of view, the importance of the ITCZ seasonal migration, local topography, thermal gradients and low level jet structures as important elements involved in the moisture transport in the tropical regions. Since tropics are highly sensible to ENSO phases, the relatively neutral period 2000-2004 is analysed and further research of the group is now focused in the interannual variability of the moisture transport in equatorial America as well as the impact of the ENSO phases.

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Características de las corrientes inerciales y de marea entre Lanzarote y África J. M. Ugía, A. Martínez-Marrero y A. Hernández-Guerra Departamento de Física, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, 35017 Las Palmas de Gran Canaria, [email protected].

En este trabajo se utilizan datos de corrientes medidos en el canal formado por Lanzarote y África con objeto de estudiar la variabilidad espacial y temporal de las oscilaciones semidiurnas y diurnas. Los datos empleados se obtuvieron con cuatro líneas de correntímetros (EBC2, EBC3, EBC4, EBC5) fondeadas entre enero de 1997 y enero de 1999, a lo largo de una sección transversal del canal, con las que se midieron series temporales a distintitas profundidades comprendidas entre 100 y 1150 m. Los resultados obtenidos mediante análisis espectral permiten comparar las energías de la banda de baja frecuencia, la banda diurna y la banda semidiurna. En la zona profunda del canal la banda de frecuencias más energética es la banda diurna la cual está dominada por oscilaciones de tipo inercial. Las energías máximas de esta banda se observan en la línea EBC4, situada en la zona central del canal cercana al talud de Lanzarote, y a profundidades mayores de 300 metros. La corriente semidiurna está originada por la marea y la máxima energía de esta banda se produce también en la línea EBC4, aproximadamente a 300 metros de profundidad. Los resultados obtenidos mediante la descomposición en funciones empíricas ortogonales muestran una estructura vertical compleja, aunque estable a lo largo del tiempo, de la corriente de marea que está originada por la combinación del modo barotrópico con los modos baroclínicos. Sin embargo, se observa que la importancia de los modos baroclínicos es mayor en el fondeo EBC5, el más cercano a Lanzarote, lo que sugiere la generación de ondas internas en el talud de dicha isla.

Figura 1. Elipses obtenidas para la banda semi- Figura 2. Elipses obtenidas para la banda diurna. diurna mediante la aplicación de análisis espectral rotatorio a los datos de corriente.

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Estudio de las concentraciones de CO2 en Castilla y León a partir de datos en superficie y medidas de satélite M. A. García, I. A. Pérez y M. L. Sánchez Departamento de Física Aplicada, Facultad de Ciencias, Universidad de Valladolid, 47071-Valladolid.

Introducción En la actualidad, resulta evidente la influencia de los gases de efecto invernadero sobre el cambio climático. El aumento de sus emisiones ha propiciado un incremento de la temperatura del aire a escala global de aproximadamente 0.76 ºC desde principios de siglo pasado hasta 2005. Las concentraciones del dióxido de carbono, CO2, uno de los gases de efecto invernadero más importantes, se han incrementado desde 280 ppm al comienzo de la era industrial hasta 379 ppm en 2005 [1]. El principal objetivo del Protocolo de Kyoto es reducir las emisiones globales al menos un 5% respecto a los niveles de 1990 en el período 2008-2012. Para garantizar el cumplimiento de los objetivos fijados es necesario un control y un adecuado estudio de las fuentes y sumideros. A ello contribuyen los instrumentos presentes en el espacio. Para mostrar la fiabilidad de los datos obtenidos desde satélites es necesario contrastar los resultados con observaciones desde la superficie. En este trabajo se presentan los resultados de comparación de los niveles de CO2 en superficie con la columna total de CO2 obtenida por el sensor SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Cartography).

Descripción experimental y resultados Las concentraciones ambientales de CO2 se midieron en el Centro de Investigación de la Baja Atmósfera, CIBA, (lat: 41º49’N, long: 4º56’W, alt: 845 m), situado en el centro geográfico de Castilla y León y en una zona rural de uso agrícola. Para ello se utilizó un analizador de infrarrojo de respuesta lenta MIR 9000. Los datos se almacenaron en continuo en un datalogger y se procesaron como valores medios semihorarios. La gran influencia de las intensas inversiones térmicas que se originan en el lugar de muestreo (hasta 7.3 ºC/100m) se redujo rechazando los datos registrados con inversiones térmicas superiores a 1.5 ºC/100m. Posteriormente se calcularon las medias mensuales. Estos valores se compararon con los datos concurrentes de la columna total de CO2 obtenida por SCIAMACHY embarcado en el satélite ENVISAT de la ESA, en el pixel centrado en la zona considerada durante 2003, 2004 y 2005. Los datos utilizados para la validación están basados en los productos operacionales mensuales del Nivel 3 procesados por la Universidad de Bremen. Estos datos mensuales se suavizaron utilizando una media móvil de 3 meses. A continuación se presentan los principales resultados obtenidos. 1) La evolución mensual de las concentraciones ambientales en superficie se caracterizó por un progresivo aumento del CO2 desde finales del invierno, alcanzando el valor más alto en mayo, un descenso en verano (julio y agosto) y un posterior aumento desde septiembre hasta diciembre. El incremento observado durante el período de crecimiento vegetativo, totalmente acorde con la evolución estacional registrada en el Hemisferio Norte, confirma la influencia de la fijación fotosintética en la variación de CO2 en el lugar de medida. Por el contrario, la reducción que experimenta en verano puede ser atribuida a la falta de vegetación después de la cosecha, así como a la alta temperatura del suelo y la baja humedad del suelo de la zona, principales factores que gobiernan la fotosíntesis y la respiración. La presencia de un valor máximo secundario en octubre se 289

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asocia a un aumento en la vegetación y la vitalidad de las raíces por el incremento de las precipitaciones en esta época del año. Los promedios mensuales máximo y mínimo fueron 388.1 y 377.9 ppm, con una amplitud de 10.2  ppm. Los datos filtrados mostraron una amplitud inferior, 7.6 ppm. 2) La variación estacional de la columna total de CO2 proporcionada por SCIAMACHY presentó un comportamiento simi- Figura 1. Datos mensuales de la columna total de lar, caracterizado por un crecimien- CO2 de SCIAMACHY. to progresivo de las medias mensuales desde enero, llegando a un valor máximo en mayo, para reducirse en verano y alcanzar los valores mínimos en agosto-septiembre (Figura 1). Otra analogía muestra la presencia de un pico secundario de CO2 en octubre-noviembre. Los promedios mensuales extremos oscilaron entre 361.6 y 371.6 ppm en enero y mayo, respectivamente, dando lugar a una amplitud ligeramente superior a la obtenida para los datos en superfi- Figura 1. Anomalías entre la columna total de CO2 cie filtrados, 10.0  ppm. SCIAMA- de SCIAMACHY y la concentración en superficie. CHY subestima los resultados de superficie en un promedio de 3.9%. 3) Las desviaciones mensuales obtenidas durante los 36 meses de análisis mostraron una variación estacional. Las anomalías mínimas se alcanzaron sistemáticamente en primavera-verano (desde marzo a agosto), descendiendo a 2.2% en mayo. Las desviaciones mayores se registraron en invierno (desde noviembre a enero), hasta 5.7% en diciembre, debido al número reducido de datos de SCIAMACHY a su paso sobre el lugar de medidas, así como a un aumento local de las emisiones antropogénicas. 4) La comparación entre las tendencias anuales de superficie y la columna total de CO2 de SCIAMACHY mostró un resultado satisfactorio, 2.5 ppm/año, que es un valor consistente con la mayor parte de los resultados presentados en la bibliografía [2]. La tendencia anual de los datos en superficie fue más marcada mostrando un progresivo aumento lineal entre 376.8 y 383.5 ppm en 2003 y 2005, respectivamente. El ligero descenso en el promedio de la columna total de CO2 obtenido en 2004 frente al 2003, podría atribuirse a una anomalía superior de los datos mensuales registrados este año, 4.6%, comparado con el obtenido en 2003 y 2005, 3.6% (Figura 2). Agradecimientos: Los autores agradecen a la CICYT y a la Junta de Castilla y León su apoyo económico.

Referencias [1] IPCC. Geneva, Switzerland (2007). [2] M. Buchwitz, O. Schneising, J. P. Burrows et al., Atmos. Chem. Phys., 7, 4249-4256 (2007).

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Influencia de la actividad solar, las erupciones volcánicas y la composición atmosférica sobre la temperatura global y el cambio climático A. de la Cruz C/ Maternidad 1 2ºC, 13004 Ciudad Real ([email protected]).

En un trabajo anterior [1] se describe con detalle un modelo de balance de energía MBE cerodimensional que predice la temperatura de equilibrio global terrestre al introducir en él los valores de la constante solar, la reflectividad y la emisividad de la superficie terrestre, la composición atmosférica, y la nubosidad. En dicho trabajo el modelo considera, como es habitual, que del aumento total de temperatura respecto a la que habría si la atmósfera no produjera Efecto Invernadero, el 64% se debe al contenido atmosférico de agua (vapor y nubes), el 21% al contenido de CO2, el 6% al de ozono troposférico, otro 6% al de metano, y el 3% al de N2O. Con este reparto del Efecto Invernadero, en el trabajo se muestra que al tener en cuenta la evolución de los contenidos atmosféricos de gases invernadero en el último milenio, manteniendo constantes el resto de variables, las temperaturas globales predichas por el modelo coinciden aceptablemente con las observadas en las últimas décadas y con las predichas por el IPCC para el siglo XXI, pero las predicciones fallan catastróficamente para los mil años anteriores, al proporcionar valores muy por debajo de los observados, y no reproducir en absoluto las variaciones producidas durante ese periodo. Por tanto, en ese trabajo se concluye que debe haber otros factores que expliquen la evolución observada de la temperatura, y se propone que algunos de los más influyentes pueden ser la variabilidad de la actividad solar, la sucesión de erupciones volcánicas acaecidas, y una distribución diferente del Efecto Invernadero (mayor debido al agua, y menor debido al resto de gases). En este trabajo se modifica el modelo anterior para tener en cuenta la mencionada influencia sobre la temperatura global terrestre de la evolución registrada tanto en la actividad solar como en la volcánica [2], además de aumentar el Efecto Invernadero del agua incluso hasta el 95% rebajando el del resto de gases invernadero [3]. Modificando en primer lugar el Efecto Invernadero de la manera señalada, los valores de la temperatura predichos por el modelo hasta 1970 se acercan mucho más a los observados, aunque lógicamente sus fluctuaciones siguen inexplicadas. Paralelamente, disminuye el acuerdo entre predicción y observación desde 1970, confirmando la existencia de otros factores que expliquen el calentamiento de las últimas décadas y la variabilidad general de la temperatura en el milenio. Al incluir la evolución de la actividad solar y su influencia sobre el contenido troposférico de aerosoles y sobre la nubosidad, el acuerdo general entre predicción y observación mejora ostensiblemente, dando cuenta en buena parte tanto del actual calentamiento como de las fluctuaciones de la temperatura a lo largo del milenio. Por fin, la inclusión de la influencia de las emisiones volcánicas sobre los contenidos estratosférico y troposférico de aerosoles mejora nuevamente el acuerdo, aunque en menor medida que en el caso de la actividad solar. De los resultados obtenidos puede concluirse que el calentamiento global actual y la variabilidad de la temperatura global terrestre a lo largo del último milenio no son consecuencia fundamentalmente del Efecto Invernadero, sino que el factor más influyente sobre ambos es la evolución de la actividad solar a lo largo de dicho periodo.

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Referencias [1] A. de la Cruz, CONAMA9 (2008); http://www.conama9.org/conama9/paginas/paginas_view.php?id paginas=91&lang=es&menu=376&id=191&op=view. [2] T.J. Crowley, Science 289, 270 - 277 (2000); http://www.sciencemag.org/. [3] G.G. Duffy, Climate Change Fraud (2008); http://www.climatechangefraud.com/content/view/2169/228/.

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La señal de la QBO en la alta estratosfera y mesosfera MAECHAM5 y HAMMONIA Peña-Ortiz C.1, Giorgetta M. A.2, Schmidt H.2 y Keller M.2  epartamento de Sistemas Físicos, Químicos y Naturales, Universidad Pablo de Olavide, 41013 Sevilla D ([email protected]). 2 Max Planck Institute for Meteorology, Hamburg, Germany. 1

La señal de la Oscilación Cuasi-bienal (QBO) en la alta estratosfera es analizada a partir de las simulaciones de dos modelos de circulación general, MAECHAM5 y HAMMONIA. Los resultados muestran que la QBO afecta de manera significativa a la alta estratosfera y a la mesosfera ecuatorial. En la alta estratosfera, la QBO modula el descenso de las fases este y oeste de la Oscilación Semi-anual estratosférica (SSAO). Los resultados demuestran que la propagación vertical de la señal de la QBO hacia la mesosfera media y alta depende de la fase de la SAO y consecuentemente del ciclo estacional. La QBO no afecta de manera directa a la fase oeste de la Oscilación Semi-anual mesosférica (MSAO). Durante los solsticios, cuando vientos del oeste de la MSAO dominan en la media y alta mesosfera, la señal de la QBO no se observa más allá de la stratospausa. Sin embargo, durante los equinoccios, cuando vientos del este de la MSAO predominan en la mesosfera media y alta, la señal de la QBO se propaga a través de toda la mesosfera llegando hasta la baja termosfera. Los resultados obtenidos sugieren que la modulación de la SAO por parte de la QBO se produce a través de la filtración de ondas de gran escala como las de inercia-gravedad pero también a través de ondas de gravedad de pequeña escala.

Figura 1. Perfil vertical de viento zonal en 1.40N según el modelo de circulación general HAMMONIA.

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Validación del modelo isótropo para la estimación del Índice ultravioleta en planos inclinados D. Serrano1, M. J. Marín2, M. P. Utrillas1, A. R. Esteve1, F. Tena1 y J. A. Martínez-Lozano1  epartamento de Física de la Tierra y Termodinámica, Universidad de València, 46100 Burjassot; D [email protected]. 2 Fundación Centro de Estudios Ambientales del Mediterráneo (CEAM), 46980 Paterna (Valencia). 1

I. Introducción El Índice UV (UVI) se utiliza como medio para concienciar a la población sobre los efectos negativos que tiene la radiación solar UV en la salud, y para alertar a la población sobre la necesidad de adoptar medidas de protección [1]. Sin embargo, la medida de la irradiancia eritemática (UVER) incidente y el posterior cálculo del UVI sobre superficies horizontales no siempre es el método más adecuado para poder estimar la dosis real recibida por los seres humanos que presentan a la radiación superficies con diversas orientaciones e inclinaciones. Por este motivo el conocimiento de la irradiancia incidente sobre superficies inclinadas resulta importante para estudios dosimétricos. El presente trabajo se centra en el modelo geométrico isótropo [2] para la estimación del UVI sobre superficies inclinadas en Valencia (España).

II. Instrumentación y metodología Para estudiar los efectos de la irradiancia sobre planos distintos al horizontal, se ha diseñado y puesto en funcionamiento una estación de medida de UVER instalada en la Facultat de Física por el Grupo de Radiación Solar de Valencia. La estación de medida está ubicada en Burjassot (Valencia) y cuenta con cuatro radiómetros de banda ancha ultravioleta YES-UVB-1. Uno de ellos mide irradiancia UV global en el plano horizontal. Un segundo, tiene acoplado una banda de sombra, por lo que realiza medidas de irradiancia UV difusa, también en el plano horizontal. Los otros dos instrumentos toman medidas de irradiancia UV global sobre planos inclinados 40º, alternando las orientaciones Norte-Sur y Este-Oeste [3]. La irradiancia total recibida sobre un plano inclinado, Iβ, con un ángulo de inclinación β y en un plano acimutal Ap, se determina como:

Ib = Ib, b + Ir, b + Id, b

[1]

donde Ib,β es la irradiancia solar directa sobre dicho plano; Ir,β es la irradiancia solar difusa reflejada por el suelo sobre el plano inclinado y Id,β es la irradiancia solar difusa procedente del cielo sobre el mismo plano inclinado. El modelo isótropo considera la radiación difusa procedente del cielo uniforme en todas las direcciones de la bóveda celeste. Así, la irradiancia solar difusa en un plano inclinado procedente del cielo según este modelo, Id,β, se halla según:

Id, b = 1 Id _1 + cos bi 2

[2]

donde Id es la irradiancia solar difusa en un plano horizontal y (1+cosβ) el factor de configuración para la radiación UV difusa. Posteriormente se ha calculado el valor del UVI multiplicando el valor de la UVER (expre-

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sado en W/m2) por 40, y redondeado este valor al entero más próximo, lo que proporciona un valor numérico comprendido entre 1 y 10 en nuestras latitudes.

III. Resultados A partir del modelo geométrico isótropo se obtuvieron las estimaciones del UVI correspondiente a las medidas registradas experimentalmente y que abarcan desde el 21 de Mayo de 2004 hasta el 25 de Octubre de 2007 en los cuatro planos de orientación, disponiéndose de más de 28.000 datos. Los resultados fueron comparados con el UVI obtenido a partir de las dichas medidas experimentales. La Tabla I permite la comparación entre los valores estimados y los medidos para el UVI para cada uno de los planos analizados. Diferencia UVI (%) Orientación Norte Orientación Sur Orientación Este Orientación Oeste

0 72 85 72 73

1 27 15 27 26

>2