parte I - CAMP Levante de Almería
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Ecosistemas y Procesos del Litoral Seminario I: El Sistema Tierra y sus Escalas Seminario I: El Sistema Tierra y sus Escalas Clima, cambio y variabilidad climática. V i bl i t tá Variables instantáneas, básicas, y de estado bá i d t d Forzamientos y respuestas Discusión Ecosistemas y Procesos Litorales Ecosistemas y Procesos Litorales Los contenidos del curso están dirigidos g a resaltar la importancia de los fenómenos y procesos ecosistémicos del litoral con la finalidad d propiciar de i i una mejora j en llos sistemas i t d de ttoma d de decisiones y optimizar la gestión integrada del litoral en el área CAMP Levante de Almería. Cambio climático en el Pleistoceno Variaciones del NIVEL DEL MAR en el Pleistoceno Escala temporal: 100.000 100 000 años Periodos interpluviales y glaciales de diferente duración PARTE I La evolución de la costa VIII Universitat U i it t d’Estiu d’E ti d’Eivissa d’Ei i i Formentera F t 2007 Forzamientos astronómicos. Ciclos de Milankovitch. Variaciones en la excentricidad de la órbita terrestre alrededor del sol Variaciones de la oblicuidad del eje de rotación de la tierra Afecta el flujo medio anual de energía incidente Precesión orbital y variación del tiempo d ocurrencia de i llos equinoccios i i No cambian la radiación total recibida, pero afecta su distribución espacial y temporal Imbrie and Imbrie, 1979, Isotopic record of two Indian Ocean Cores Nivel del mar en las dos últimas glaciaciones g Carracedo et al. 2003 La salida de la glaciación Estabilización climática La estabilización climática y su comportamiento Transgresión del Holoceno Comportamiento general durante el ascenso durante la transgresión Una vieja disputa por entonces sólo científica La inmensa mayoría de los científicos estuvieron de acuerdo con Shepard y Jelgersma. Unos cincuenta años después, sabemos que la hipótesis de Fairbridge era la correcta Variabilidad milenaria en la estabilización Ciclos glaciales e interglaciales de escala cienmilenarios con oscilaciones diezmilenarias Cambios bruscos de temperatura en pocos siglos Ciclos de escala milenaria con oscilaciones seculares Castros celtas, aprox 700 a.d.C. Fazouras Baroña Baelo Claudia, primeros siglos de nuestra era Maremotos M t en los l siglos i l I III Abandono en el siglo IV Algunas evidencias históricas Escala milenaria Nº de manchas solares activas observadas cada mes 300 250 200 150 100 50 0 Ciclos seculares y decadales Variabilidad decadal en el comportamiento secular Ciclos decadales en un ámbito secular NAO positiva NAO negativa Con la definición de clima “tradicional”, desde hace 9000 años, aproximadamente, se conjetura que, 1. El clima en la Tierra está estabilizado (proceso estacionario) y su variabilidad temporal está asociada a forzamientos (de origen diverso: astronómico, variación del albedo terrestre y otros aún por dilucidar) con escala milenaria, secular, decadal y anual. 2. Esta variabilidad climática es heterogénea (en el espacio) e influye en la distribución regional de los diferentes tipos de clima, clima en la extensión de los casquetes polares y glaciares y en el nivel del mar, entre otros. Clima y tiempo meteorológico Clima: Condiciones medias del tiempo en una región (espacio) obtenidas como el promedio en un tiempo suficientemente largo para que suavice la variabilidad sinóptica (del tiempo meteorológico). “Estado climático” de la atmósfera y del océano, es una descripción de su comportamiento normal (cualidades) y se obtiene promediando datos en varias décadas. “Tipo de clima” es el comportamiento normal en una determinada región de la corteza terrestre, de los océanos y de sus bordes. La descripción del tipo y del estado climáticos es discontinua, “a puntos” o intervalos. Entre ellos existe una amplia variabilidad Se conoce, es una evidencia científica, que alrededor de estas condiciones normales los descriptores climáticos fluctúan con varias escalas temporales y espaciales. ¡El clima de la Tierra es un proceso NO homogéneo y NO estacionario! El clima,, p por definición,, es la “ensemble average g ” ((el valor esperado) p ) y p para su determinación se necesita un conjunto de realizaciones obtenidas mediante observación (experimentación) en condiciones idénticas, por ejemplo datos de la SST en grupos de 50 años, 1800-1850, 1850-1900… ¡Qué menos que dos realizaciones para calcular una media! Cuando el proceso es estacionario y homogéneo, el “clima“ se puede estimar a partir de una única realización observada durante un tiempo suficientemente largo. ¡Desgraciadamente NO es éste el caso! anomalía media anual(C) ( ) Anomalía 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 ‐0,2 ‐0,4 ‐0,6 ‐0,8 ‐1 Diferencia entre la temperatura media anual y la temperatura p media en el p periodo 1961-1990 Esta definición presupone que, 1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010 los procesos climáticos son estacionarios en ese periodo y que su desviación (anomalía) proviene, exclusivamente, por las acciones externas en este caso, por la acción del hombre ¡Presuponemos lo que queremos probar! Cambio climático y variación del nivel del mar La evolución de la costa El ciclo anual: las estaciones El ciclo anual: las estaciones Escala sinóptica: trayectoria borrascas, intensidad, duración número Borrasca: fenómenos asociados El ciclo plurianual: 11‐13 años El ciclo plurianual: 11‐13 años Escala sinóptica: trayectoria borrascas, intensidad, duración, número Ejemplo Guadalfeo Escalas horizontales en la atmósfera (troposfera) “Aparquemos” la variabilidad y el cambio climáticos Forzamiento atmosférico de la superficie del mar: Escalas semidiurna y sinóptica • • • • • • Marea Meteorológica Corrientes oceánicas: espiral de Ekman Meteomaremoto Ondas de borde: mar abierto y plataforma continental Oleaje y grupos de olas Ondas capilares Forzamiento astronómico del océano: escala semidiurna y semimensual lunar • Marea Astronómica Forzamiento terrestre del océano: escala horaria • Maremotos por movimientos sísmicos y deslizamientos CIRCULACIÓN GLOBAL: escala planetaria (mensual-estacional) Masas de aire y centros de baja presión Escala sinóptica (diariasemanal) GRADIENTE DE PRESIONES: PG FUERZA DE CORIOLIS: CF FUERZA CENTRÍFUGA CENTRÍFUGA: CGF TURBULENCIA MECÁNICA: TD Capa límite atmosférica 150m Serie temporal de la velocidad del viento 64m en un estado atmosférico 12m Ráfagas turbulentas (segundos‐minutos): velocidad aleatoria (presión) Oscilaciones (5 10 minutos o más ) de presión y velocidad Oscilaciones (5‐10 minutos o más ) de presión y velocidad Velocidad media (media hora)variación lenta de la intensidad y la dirección Características de los sistemas de baja presión 1. Movimiento lento: aprox. 25-35 km/h 2. Trayectoria aleatoria del centro de baja presión 3 Evolución lenta del sistema (una hora) 3. 4. Descripción por estados. Secuencia de estados Viento geostrófico: PG+CF Viento de gradiente: PG+CF+CGF Viento superficial: PG+CF+CGF+TD ATMOSPHERIC STATE: EQUILIBRIUM OF FORCES Geostrófico 1 P f cV x 1 P f cU y De Gradiente 0 VV 1 P f cV s x R 0 0 UU 1 P f cU s y R 0 Capa límite superficial 1 P U f cV T x zi 1 P V f cU T y zi Capa límite superficial de gradiente 0 VV 1 P U f cV T s x zi R 0 0 UU 1 P V f cU T s y zi R 0 ATMOSPHERIC STATE DESCRIPTION U(z,T) Velocidad media de estado Dominio del tiempo Análisis estadístico Serie temporal de al velocidad “instantánea” Dominio de la fecuencia E Espectro t d de energía í Variabilidad anual (condicionada por las estaciones) Secuencia de ciclos de buen tiempo y paso de borrascas Además fenómenos locales (tornados,…) ( , ) Velocidad media en z=10m Gradiente de p presiones en z=0 Una borrasca es una secuencia de estados atmosféricos Time (days) Curva de estados atmosféricos (meteorológicos) Estados atmosféricos ((meteorológicos) g ) y borrascas Estado atmosférico (aprox. ½ a 1 hora de duración) 1 1. Velocidad presión y tensión tangencial medias Velocidad, 2. Ondas atmosféricas: oscilaciones cuasi periódicas de (1), 10‐20 min 3. Turbulencia mecánica y convectiva: (ráfagas) desviaciones aleatorias de (1), secs to min Borrasca: secuencia de estados meteorológicos (aprox. varios días) • Evolución espacial y temporal de la velocidad media, la presión media y la tensión tangencial en en la superficie del mar Anticiclón: secuencia de estados meteorológicos (aprox. varios días y semanas) Variabilidad anual Masa Atlántica Tipología de borrascas y trayectoria NORATLÁNTICAS SUDATLÁNTICAS MEDITERRÁNEAS ALISIAS Ciclos decadales en un ámbito secular NAO positiva NAO negativa Ciclos decadales en un ámbito secular Precipitac ción anual en la a cuenca 1200 50 1000 800 600 400 200 45 0 1965 nº eventtos por año 40 1970 35 1980 1985 1990 año hidrológico 30 25 20 15 10 1965 1975 1970 1975 1980 1985 1990 año hidrológico 1995 2000 2005 1995 2000 2005 Ciclos atmosféricos forzados por la actividad solar y los movimientos relativos 1.Año meteorológico: estaciones, secuencia de ciclos de buen tiempo y paso de borrascas Las borrascas son sucesos “raros”: duración, intensidad, número de borrascas por año e intervalo entre ellas son variables aleatorias. 2.La ocurrencia de borrascas en una determinada latitud de la costa española depende de los ciclos plurianuales, 11‐13 años, índice NAO. 3.Los ciclos plurianuales varían en intensidad y duración en periodos de tiempo del orden de 100 años (de 7 a 9 ciclos plurianuales) 4 Los ciclos seculares siguen la pauta de los ciclos milenarios (1100 años) 4.Los ciclos seculares siguen la pauta de los ciclos milenarios (1100 años) 5.Desde hace 9000 años, el clima en la Tierra se estabiliza y desde entonces transita…. “Aparquemos” la variabilidad y el cambio climáticos Forzamiento atmosférico de la superficie del mar: Escalas semidiurna y sinóptica • • • • • • Marea Meteorológica Corrientes oceánicas: espiral de Ekman Meteomaremoto Ondas de borde: mar abierto y plataforma continental Oleaje y grupos de olas Ondas capilares Forzamiento astronómico del océano: escala semidiurna,, semimensual lunar • Marea Astronómica Forzamiento terrestre del océano: escala horaria • Maremotos por movimientos sísmicos y deslizamientos Oscilaciones del mar Kinsman (1965), (1965) modified 2 El agua Atmósfera, hidrosfera, litosfera: un conjunto acoplado a escala global El motor: el Sol El agua. Recurso finito y probable causa de conflictos locales y mundiales ¿La ionización en la atmósfera modifica la nubosidad? El experimento SKY Los rayos cósmicos naturales nos llegaban a través del techo, y unas lámparas de luz ultravioleta jugaban el papel del Sol. Una cámara de 8 metros cúbicos con una combinación de gases igual a la de la atmósfera, que simulaba un aire tan limpio como el del Pacífico. Manteniendo sus concentraciones constantes, y cambiando sólo la ionización –la abundancia de cargas eléctricas–, en la cámara se produjeron los ladrillos básicos para la formación de nubes. La ionización en la atmósfera modifica la nubosidad, y con ello la cantidad de calor que alcanza la Tierra. Es un mecanismo muy efectivo que, sin apenas inversión de energía, cambia la temperatura global. Consecuencia Si la radiación cambia la nubosidad ….. el clima es una consecuencia de cómo son las nubes Henrik Svensmarky and Eigil Friis-Christensen from Danish National Space Center Center, Copenhagen Copenhagen, Denmark El papel de la actividad solar y la radiación cósmica 1. La idea básica es que la actividad solar puede hacer que aumente o disminuya la nubosidad, lo que a su vez tiene un efecto sobre el enfriamiento o el calentamiento de la superficie terrestre. 2. Los agentes g intermediarios son los rayos y cósmicos,, que q provienen p del medio interestelar,, principalmente de las explosiones de las supernovas. 3. Las partículas cósmicas tienen que entrar en la heliosfera –el espacio dominado porel sol– a través del viento solar –un p plasma de electrones,, núcleos atómicos y campos p magnéticos g q que manan sin parar desde el Sol–. 4. Si el viento solar es muy activo –como ahora–, no permite que muchos rayos cósmicos alcancen la Tierra. Esto significa g q que se formarán p pocas nubes y el p planeta estará más caliente. 5. Si el viento solar no es tan activo, pueden llegar más rayos cósmicos. Esto implica que habrá más nubes reflejando hacia fuera la luz del Sol, y el planeta permanecerá más frío. Nº de manchas solares activas observadas cada mes 300 250 200 150 ¿De nuevo el forzamiento astronómico? 100 50 0 Actividad solar y rayos cósmicos (Svensmark) ares activas observadas cada mes ¿De nuevo el forzamiento astronómico? Variación de la Intensidad de los rayos cósmicos 2. A physical reconstruction of cosmic ray intensity since 1610 by Ilya G. Usoskin, Kalevi Mursula, Sami K. Solanki and Manfred Schu¨ssler, and Gennadyy A. Kovaltsov, p presents solid evidence by way of polar Be10 counts, for a strong for a general declining trend in cosmic rays, that could in fact explain increasing recent temperatures. Nubosidad e irradiancia combined effect from increasing radiance and decrease in low level cloud,, could potentially p y explain p over half the increase in temperature in the last 150 years: that’s at least a 50:50 ratio of CRF vs GHG at least. One of Pallé’s assumptions is climate sensitivity the degree global temperature increases with an sensitivity, increase in solar radiance, of 0.5K/W/m2, less than midway in the IPCC range of 0.3 to 1 K/W/m2. A higher sensitivity would account for more centennial warming. Variación global de la temperatura e intensidad del campo geomagnético terrestre Regional cosmic ray induced ionization and geomagnetic field changes by Kovaltsov and Usoskin examines regional effects on atmospheric ionization of the migration of the geomagnetic dipole axis over the last thousand years. years The dipole migrated by 20 deg. of latitude and 180 deg. of longitude during the last 1000 years. This trajectory is compared with the cosmic ray flux (CRF) reconstructed from the cosmogenic isotope 14C from tree rings. rings They present a picture of climate effects for two regions, Europe and the Far East. The variations for Europe show the familiar profile (inverted) of a Medieval Warm Period, a Little Ice Age and general warming over the last 200 years to the present. The p picture for the Far East is for g generally y increasing g warmth from about 1200 to the present. Cambio global de la temperatura e intensidd del campo geomagnético terrestre Global Temperature Change and Geomagnetic Field Intensity the close relationship between geomagnetic field strength, and rate of temperature change (warming in the N Hemisphere and cooling in the S Hemisphere). The effect of cosmic rays on the Earth’s temperature by seeding low clouds, will be most apparent where the magnetic field is weakest. Maps of the geomagnetic field show an uncanny correlation with ‘recent warming’ (UAH 1978-2006): Cambio climático y campo magnético polar Climate Change and the Earth’s Magnetic Poles, A Possible Connection: Energy & Environment Volume 20, Environment, 20 Numbers 1-2, 1 2 January 2009 , by Kerton, Kerton Adrian K75 K75-83(9). 83(9) Analysis of the movement of the Earth’s magnetic poles over the last 105 years demonstrates strong correlations between the position of the north magnetic, and geomagnetic poles, poles and both northern hemisphere and global temperatures. temperatures ¿De nuevo el forzamiento Astronómico? Ecosistemas y Procesos Litorales Seminario II: Morfodinámica del litoral Seminario II: Morfodinámica del litoral Contenidos: Las oscilaciones del mar El nivel del mar: variabilidad y cambio El oleaje, plataforma continental interior y la zona de rompientes Procesos multiescala Discusión Escalas horizontales en la atmósfera (troposfera) “Aparquemos” la variabilidad y el cambio climáticos Forzamiento atmosférico de la superficie del mar: Escalas semidiurna y sinóptica • • • • • • Marea Meteorológica Corrientes oceánicas: espiral de Ekman Meteomaremoto Ondas de borde: mar abierto y plataforma continental Oleaje y grupos de olas Ondas capilares Forzamiento astronómico del océano: escala semidiurna,, semimensual lunar • Marea Astronómica Forzamiento terrestre del océano: escala horaria • Maremotos por movimientos sísmicos y deslizamientos Respuestas a diversas escalas espacio‐temporales Complejidad Sequence of random events long term, secular, millenary, ... coastal geomorphology and sediment supply Sea oscillations others th tides wind waves nearshore transformation aquatic ecosystem multiple cascades of external and internal interacting forcings nearbed hydro dynamics feedback mechanisms estuaries and semi-enclosed sea dynamics lagoons, saltmarshes barriers, deltas, spits sediment dynamics surf zone hydro dynamics nearshore p dynamics y morpho feedback mechanisms inner shelf bars barrier beaches nearshore bars and cliffs coastal zone morpho dynamics multiple feedback mechanisms Ni l d l M Nivel del Mar 1. Forzamiento atmosférico: marea meteorológica (si resonante meteomaremotos) (si resonante, meteomaremotos) 2. Forzamiento astronómico: marea astronómica 3. Forzamiento oleaje: variación del nivel medio 4 Forzamiento sísmico: maremotos 4. Forzamiento sísmico: maremotos Marea astronómica a(f )2 non-linear components 0 S2-M2 27.6 days N2-M2 14.8 days Semidiurnal components 0.04 0.08 N2 M2 S2 0.12 overtides 0.16 0.2 Jornada Campos de viento y presión Evolución espacio-temporal Descripción por estados Marea meteorológica: ecuaciones de gobierno Escala de estado (hora) Marea meteorológica: barómetro invertido Jornada Espiral de Ekman X Y Espiral de Ekman en el océano: equilibrio Escala de estado (hora) Meteomaremotos: generación por variaciones de la presión atmosférica Escala minutos/hora Escala minutos/hora Meteomaremoto y resonancia en dársenas y calas METEOMAREMOTO Ondas inducidas por un terremoto Ondas inducidas por variaciones de la presión atmosférica Meteomaremoto y resonancia
