Física del Sistema Climático

Física del Sistema Climático
(1er semestre 2008)
Construcción de un modelo climático "de juguete"
Paso 1
Resolver numéricamente el perfil de temperatura de equilibrio en una atmósfera
transparente a la luz solar, con un suelo que se comporta como un cuerpo negro y tiene
un albedo de 0.3 y una atmósfera dividida en N (N>10) capas toda con un mismo valor
de emisividad.
Presentar las gráficas de T(z) para valores de la emisividad de 0, 0.1, 0.2, 1. Hallar el
valor de la emisividad que hace que la temperatura en superficie sea 15 ºC.
Nota: Cada capa representa una porción de la atmósfera de igual masa, o sea que son
capas equiespaciadas en la presión. Considerar esto al graficar los resultados del perfil
vertical de T(z).
Entregar: Gráfica de  0 (emisividad que da 15 ºC en superficie) en función de N
(número de capas). Gráfica de T(z) para algún N.
Paso 2.a
Permitir en el modelo que la emisividad dependa de la temperatura a través del
contenido de vapor de agua asumiendo que la humedad relativa es uniforme y vale 80%
y que la relación entre la emisividad y el contenido de vapor de agua es lineal:
*
(T
)
A

B
.
q
(
T
). (Verificar que la emisividad esté siempre entre 0 y 1).
Hallar la función lineal que genera una temperatura de 15 ºC en superficie y comparar el
perfil de equilibrio con el obtenido en la parte 1 para dicha temperatura superficial.
Comparar también el perfil de emisividad con el valor uniforme obtenido en la parte 1
en dicho caso.
Entregar: Para el mismo N elegido en Paso 1, hallar un conjunto de valores de A (<  0 )
y B (>0) que den 15 ºC en superficie. En particular hallar B para A=  0 /2 y graficar
T(z) y (z) para este caso y compararlos con el caso emisividad constante  0 .
Paso 2.b
Para el clima “actual” (T = 15 ºC en superficie) calcular la sensibilidad climática del
modelo del paso 1 ( 1 ) y del modelo del paso 2.a (  2 ), inferir el parámetro de
retroalimentación del vapor de agua (KWV) según nuestro modelo simplificado.
Entregar: Valores de 1 ,  2 , y KWV
Paso 3
Incorporar el efecto de los flujos de calor en superficie. Obligar a que la diferencia de
temperatura entre el suelo y el aire en superficie sea de 1 ºC (aproximación razonable
para amplias regiones oceánicas). Notar que a esta diferencia hay que sumarle la
diferencia de temperatura del aire en superficie y en el medio de la primera capa –usar
el gradiente adiabático seco a dichos efectos-.
Repetir pasos 1 y 2.a en estas condiciones: Hallar  3 uniforme (comparar con  0 ) y B
tal que  3 /2 + B*qsat(T) que generan 15 ºC en superficie.
Entregar: Perfiles de temperatura y emisividad para los dos casos. Identificar si hay
regiones del perfil de temperatura que sean inestables a la convección seca.
Paso 3.b
Idem Paso 2.b pero para el modelo del paso 3.