2. Dinámica de los Índices Climáticos y Geofísicos

2.1 RESUMEN

Un fenómeno de estrecha correlación entre el principal índice climático dT y el índice geofísico de la duración del día (–LOD) [ largo del día astronómico negativo ] permanece como un intrincado rompecabezas de la geofísica. Otro problema desafiante es el retraso observable de 6 años entre la corrida "des-tendenciada" de dT y –LOD. Tomando en cuenta este retraso, las observaciones del LOD se pueden usar como pronosticador de las futuras tendencias climáticas. Aún sin ningún mecanismo para una relación causal entre los índices dT (climático) des-tendenciado y el geofísico (LOD), el fenómeno de su estrecha similitud durante los últimos 140 años hace al LOD una herramienta conveniente para predecir la anomalía de la temperatura global (dT) por lo menos con 6 años de antelación.

Lambeck y Cazenave (1976) hicieron notar una alta probabilidad de una tendencia en aumento de la temperatura global en los 1970 y 1980. Su predicción fue correcta.

Los análisis espectrales de la densidad de las series de tiempo del LOD para 1850-1998 revelaron fluctuaciones claras y regulares con un período de aproximadamente 60 años de longitud (ver abajo). La máxima multidecadal del LOD tuvo lugar a principios de los 1870s y mediados de los 1930s, y el próximo máximo es muy posible que caiga a principios de 2000. Basado en esta periodicidad multidecadal y el hecho que el LOD corre 6 años por delante del dT, se puede esperar para alrededor del 2005 un dT gradualmente descendente.

Aunque la interdependencia entre dT, ICA y –LOD puede ser compleja, el índice geofísico empírico (LOD) puede aún servir como un pronosticador general de los futuros cambios del clima. Esto proporciona la oportunidad de predecir climas futuros y, por consiguiente, las reservas y pescas de especies comerciales, que están relacionadas con el clima.

2. DINÁMICA DE ÍNDICES CLIMÁTICOS Y GEOFÍSICOS

Las observaciones regulares y confiables del clima, con mediciones y cálculos de los principales índices climáticos se comenzaron hace sólo 150 años, cuando se dio inicio a una constante y organizada observación global de los sistemas oceánicos y de la atmósfera.

Es ampliamente reconocido que el promedio de la anomalía de la temperatura de superficie (dT) es el índice más importante que caracteriza a los cambios del clima global, incluyendo al “calentamiento global” (Bell et al. Anisimov y Polyakov, 1999)

Otro solitario índice del cambio de clima es el Índice de Circulación Atmosférica (ICA) que caracteriza los períodos de dominio relativo de tanto el transporte “local” o “regional” de masas de aire a escala hemisférica. El ICA, también conocido como Índice Vangengeim-Girs, ha sido calculado a partir de datos sobre la actividad básica de la atmósfera en la región Atlántica-Eurasia durante más de 100 años. (Girs 1974).

George Vangengeim, el fundador del ICA, es un conocido climatólogo ruso. La clasificación Vangengeim-Girs es la base de la moderna escuela de pensamiento climático de Rusia. Según este sistema, todas las variaciones observables de la circulación atmosférica se clasifican en tres tipos básicos por la dirección de la transferencia de la masa de aire. Meridional (C), Occidental (W), y Oriental (E). Cada una de las formas mencionadas es calculada a partir de las cartas diarias de la presión atmosférica sobre la región norte del Atlántico-Eurasia. Se sabe que la dirección general de la transferencia de masas de aire ciclónica y anticiclónicas dependen de la distribución de la presiones atmosféricas sobre la región Atlántico-Eurasia (La topografía atmosférica).

La recurrencia de cada forma de circulación (W, E, o C) durante el año se expresa en días. La duración total de las tres formas de circulación suma así 365 (o 366 en años bisiestos). El índice es definido por el número de días con la forma de circulación atmosférica dominante. Es más convenientemente expresada como una anomalía (los datos reales menos el promedio a largo plazo). La suma de las anomalías se puede mostrar en un gráfico de la llamada “curva integral de la circulación atmosférica”. La suma anual de la ocurrencia total de anomalías es igual a cero: (C) + (W) + (E) = 0.

Los períodos dominados por cualquier forma singular de circulación atmosférica se han alternado en períodos de aproximadamente 30 años durante los últimos 100 años. Estos períodos fueron llamados “Épocas de Circulación”. Estas pueden ser agrpadas en dos grupos principales: meridional (C) y épocas latitudinales combinadas (W + E): (W+E) =-(C)

La Circulación meridional (C) dominó en 1890-1920 y 1950-1980. Las épocas de circulación “zonal” combinada (W+E) dominó en 1920-1950 y 1980-1990. La actual época “latitudinal” (WE) de 1970-1990s no ha finalizado aún, pero está llegando a su fase final, y así la época “meridional” (C) está ahora en su etapa inicial. (Será útil para el lector notar aquí la relación que muestra que la transición desde C a W-E es continua, y que la ecuación se equilibra al 100% en la forma de un gráfico simple sin otras variables incluidas.

Se ha descubierto que épocas “zonales” corresponden a los períodos de calentamiento global, y que los “meridionales” corresponden a los períodos de enfriamiento global. (Lamb, 1972,; Lambeck, 1980). La serie de tiempos generalizada de las formas de circulación atmosférica para 1891-1999 fueron amablemente puestas a nuestra disposición por el Instituto Federal de Investigación Ártica y Antártica (AARI) en San Petersburgo, Rusia. Esto es también consistente con las teorías y observaciones descritas por Leroux (1998).

El tercer índice en importancia es el largo del Día (LOD) – un índice geofísico que caracteriza a la variación en la velocidad de rotación de la Tierra. La serie de tiempo completo de LOD cubre más de 150 años (Stephenson and Morrison, 1995). La dinámica del LOD de largo plazo está en estrecha correlación con la dinámica de las principales pesquerías comerciales (Klyashtorin and Sidorenkov 1996)

El índice LOD se calcula como una diferencia entre dos valores: la real (astronómico) duración del día y la estándar. El registro continuado del LOD y la publicación de los datos correspondientes son realizados por el Buró Internacional del tiempo, en París. Los coeficientes de correlación se calcularon usando rangos de datos no suavizados. Sólo se usaron valores suavizados, obtenidos con un filtro Gaussiano, para mejorar el ploteo de curvas en las figuras. Software de estadísticas gráficas (1988) se usó para quitar la tendencia de las series de datos.

Comparemos la dinámica geofísica global (LOD) y los índices climáticos de los últimos 150 años. Para una comparación visual más conveniente del dT, ICA y la dinámica de la velocidad de rotación de la Tierra, se usó el valor negativo (-LOD) en vez del valor LOD calculado directamente. La dinámica del –LOD, dT e ICA para los últimos 140 años puede verse como fluctuaciones multidecadales contra el fondo de tendencias de eras completas de largo (figura 2.1).

SE sabe que el dT global tiene una tendencia en ascenso lineal 1861-1999 con el incremento de 0,059º por 10 años. (Sonechkin 1998).

Nuestro planeta conserva su momento angular excepto por el conocido efecto del par (o torque) externo asociado con la marea lunar-solar, que induce una desaceleración de la velocidad de rotación de la Tierra a una tasa que corresponde al aumento del largo del día astronómico (LOD) de unos 1,4 milisegundos por siglo (Punk y McDonald 1960). Estos es, -LOD ha tenido una tendencia lineal descendiente con el incremento de 0,14 ms por década (Figura 2.1). Diferentes tendencias lineales del LOD y dT, de eras de largo, hacen difícil de comparar la dinámica de las fluctuaciones multidecadales de estos índices. La Figura 2.2ª presenta los dos rangos, el LOD y el dT, con las tendencias lineales removidas por medio de ajustar una regresión lineal y usarndo un proceso de “des-tendencia” (Statsgraphic 1988).

Una vez “des-tendenciados”, los gráficos de –LOD y dT tienen formas muy similares, y está claro que el –LOD corre varios adelante del dT, especialmente en su máximo. Variando la curva –LOD en 6 años hacia la derecha (Figura 2.2b) da por resultado en una casi completa coincidencia de la máxima correspondiente a los comienzos de los 1870s, fines de los 1930s, y mediados de los 1990s (Klyashtorin et al. 1998).

La similitud en la dinámica de los índices –LOD, dT y ICA una vez “des-tendenciados” es clara. Grandes fragmentos ed las curvas son muy parecidas, no sólo en su forma general, sino también en detalles. En general, la dinámica a largo plazo de ambos dT y –LOD tienen una periodicidad aproximada de 60 años. Se informó que el sistema climático global oscila con un período de 65-70 años desde 1850 (Schlesinger and Ramankutty 1994). La misma periodicidad ha sido también la característica de la dinámica a largo plazo de algunos índices climáticos y biológicos de los últimos 150 años (Klyashtorin 1998)

La similitud entre la dinámica del –LOD y el dT hace posible suponer la existencia de algunos factores comunes que inducen y controlan la observable sincronía en las variaciones de los índices geofísicas (LOD) y climáticos (dT). La circulación atmosférica como un todo está fuertemente impulsada por el Gradiente de Temperatura Meridional Ecuador-Polo. Un mayor calentamiento en las regiones polares debilita este gradiente en la baja troposfera, lo que conduce a un general debilitamiento de los vientos de superficie (Lambeck 1980).

La dinámica de largo plazo de los campos de presión atmosféricos sobre el Hemisferio Norte durante los últimos 90 años está caracterizada por la alternancia de períodos de unos 30 años (“épocas de circulación”) con relativo dominio de tanto la circulación atmoisférica “zonal” o la “meridional” (Dzerdzeevski 1969; Girs 1971; Lamb 1972; Lambeck 1980).

Figura 2.1: La dinámica de la anomalía de la temperatura aire-superficie global (dT), 1861-1998, el negativo Largo del Día (-LOD), 1850-1998 y el Índice de la circulación Atmosférica “Zonal” (ICA zonal), 1891.1998.

Figura 2.2: Dinámica de la anomalía des-tendenciada de la temperatura global (dT) y des-tendenciado largo del Día (-LOD) [ver texto para detalles]. El ICA (forma “zonal”) no tiene prácticamente ninguna tendencia general pronunciada. La comparación entre dT e ICA (Figura 2.3A) muestra su estrecha similitud en forma, pero ICA corre varios años por delante de dT. Moviendo la curva ICA en 4 años hacia la derecha (Figura 2.3B) da por resultado en una casi total coincidencia de los máximos de las curvas de principios de los 1870s, fines de los 1930s, y mediados de los 1990s.

El primer tipo, la circulación zonal, está caracterizada por un aumento de la intensidad de la circulación zonal en todas las latitudes, y una desvío en dirección a los polos de las máximas de la intensidad de los vientos. La circulación está algo acompañada por una disminución en el rango general de la temperatura del aire de superficie entre el ecuador y los polos, y por un aumento general en las temperaturas medias globales. Las temperaturas de la superficie del mar tienden a aumentar en las latitudes altas. El segundo tipo, la circulación meridional, está caracterizada por un debilitamiento de la circulación zonal, un desplazamiento de las principales corrientes atmosféricas en dirección a latitudes menores, y a una disminución general en las temperaturas globales (Lamb 1972). Tanto los vientos del este como los del oeste aumentan durante el tipo de circulación zonal, y ambos disminuyen en los períodos del tipo de circulación meridional (Lambeck 1980).

La atmósfera es el componente mñas variable del sistema geofísico global, intercambiando relativamente grandes proporciones de su momento angular con la tierra sólida debajo suyo comparado con otros componentes (Salstein et al, 1993). Una cantidad de publicaciones sugieren que las variaciones estacionales, Inter.-estacionales e inter-anuales de la velocidad de rotación de la Tierra son directamente proporcionales al momento angular relativo en la atmósfera, que depende primariamente de la velocidad de los vientos zonales (Langley et al. 1981; Rosen y Salstein 1983; Robertson et al 1992a, b)

Una derivación formal de la relación dinámica entre la atmósfera y la tierra sólida hace posible calcular los cambios en la velocidad de rotación de la Tierra a partir de la distribución a gran escala de ls presión atmosférica y la dinámica de los campos de vientos (Bames et al. 1983). Esta información está disponible en varios servicios meteorológicos del mundo (Salstein et al. 1993):

Así, en un amplio rango de escalas de tiempo, desde varios días hasta años, existe un acuerdo entre la dinámica del momento angular en la atmósfera y la tierra sólida, que aparece como pequeño pero muy importante cambio en la rotación del planeta.

Es concebible que las fluctuaciones multi-decadales de la velocidad de rotación de la Tierra resulte de la redistribución del momento angular entre la atmósfera y la tierra sólida debido a la alternancia de épocas multi-decadales de circulación “zonal” y “meridional”.

Se ha demostrado (Lamb 1972; Lambeck y Cazanave 1976), sin embargo, que los cambios observables en velocidad y dirección de la transferencia de las masas de aire podrían explicar variaciones estacionales y anuales – pero no multidecadales del LOD. Sólo 10% de la variación a largo plazo del LOD se puede explicar por los cambios observables en la circulación atmosférica. Los cálculos sugieren que el promedio de los vientos zonales tendrían que ser de un orden de magnitud más fuertes delo que son para explicar el restante 90% de los cambios del LOD. Parece improbable que otros factores meteorológicos no evaluados puedan proveer de una explicación adicional. Por consiguiente, la hipótesis de que los cambios climáticos son una consecuencia de los cambios del LOD, tiene que ser rechazada (Lambeck 1980).

Fig 2.3 La dinámica de la anomalía des-tendenciada de la temperatura global (dT) y el Índice de Circulación Atmosférica Zonal (ICA zonal) (ver texto para detalles).

2.1 RESUMEN

Un fenómeno de estrecha correlación entre el principal índice climático dT y el índice geofísico (-LOD) permanece siendo un intrincado rompecabezas de la geofísica. Otro problema desafiante es el retraso observable de 6 años entre la corrida des-tendenciada de dT y –LOD. Tomando en cuenta este retraso, las observaciones del LOD se pueden usar como pronosticador de las futuras tendencias climáticas. Aún sin ningún mecanismo para una relación causal entre los índices dT (climático) des-tendenciado y el geofísico (LOD), el fenómeno de su estrecha similitud durante los últimos 140 años hace a LOD una herramienta conveniente para predecir la anomalía de la temperatura global (dT) por lo menos con 6 años de antelación.

Lambeck y Cazenave (1976) hicieron notar una alta probabilidad de una tendencia en aumento de la temperatura global en los 1970 y 1980. Su predicción fue correcta.

Los análisis espectrales de la densidad de las series de tiempo del LOD para 1850-1998 revelaron fluctuaciones claras y regulares con un período de aproximadamente 60 años de longitud (ver abajo). La máxima multidecadal del LOD tuvo lugar a principios de los 1870s y mediados de los 1930s, y el próximo máximo es muy posible que caiga a principios de 2000. Basado en esta periodicidad multidecadal y el hecho que el LOD corre 6 años por delante del dT, se puede esperar para alrededor del 2005 un dT gradualmente descendente.

Aunque la interdependencia entre dT. ICA y –LOD puede ser compleja, el índice geofísico empírico (LOD) puede aún servir como un pronosticador general de los futuros cambios del clima. Esto proporciona la oportunidad de predecir climas futuros y, por consiguiente, las reservas y pescas de especies comerciales, que están relacionadas con el clima.

		Originated by: Fisheries Department
	Title: Climate change and long-term fluctuations of commercial catches: the ...	PDF version