Un sistema intrínsecamente estable | Watts con eso?

Publicación de invitado de Willis Eschenbach

Al final de mi última publicación, dije que el clima parece ser un sistema intrínsecamente estable. El siguiente gráfico muestra ~2000 simulaciones climáticas realizadas por predicciónclimática.net. A diferencia de los otros modeladores, cuyas fallas terminan en el piso de la sala de montaje, han mostrado todas las ejecuciones… incluidas las ejecuciones que se salieron de los rieles.

Figura 1. La simulación climática se ejecuta desde climateprediction,net.

Tenga en cuenta que muchas de las ejecuciones salen muy mal, ya sea cocinando el planeta a unos 8 ° C (14 ° F) más que en la actualidad, o cayendo en espiral hacia una irrealidad cubierta de hielo. Para mí, este es un ejemplo perfecto del malentendido básico de cómo funciona el clima. La gente piensa que la temperatura global es libre de tomar cualquier temperatura y que si el forzamiento cambia, la temperatura debe cambiar. Pero no es gratis salirse de los rieles. En cambio, la temperatura global es un sistema intrínsecamente estable.

Ahora bien, ¿qué se requiere para que un motor térmico natural como el clima global sea intrínsecamente estable? La forma general en que los humanos controlan los motores térmicos, como el motor de un automóvil, es controlando el «acelerador», que en un automóvil es a lo que se conecta el pedal del acelerador. El acelerador disminuye o aumenta la cantidad de combustible que ingresa al motor. Para ser estable, necesita algún sistema que abra o cierre el acelerador en función de algún criterio.

En el sistema climático, por supuesto, el acelerador es el albedo variable de la tierra. El “albedo” de un objeto es un número de 0,0 a 1,0 que mide la fracción de radiación solar que se refleja desde la superficie del objeto. Normalmente se da como una fracción, aunque yo lo prefiero como un porcentaje (0% a 100%). El albedo de la Tierra es de aproximadamente 0,29, lo que significa que el 29 % de la luz solar se refleja de vuelta al espacio.

Como mostré en mi última publicación, el albedo generalmente disminuye con la temperatura… hasta alrededor de 26°C más o menos. Por encima de eso, el albedo aumenta rápidamente. Como resultado, en gran parte de los trópicos, cuando el océano se calienta, el albedo aumenta, reduciendo rápidamente la energía solar entrante.

En tal sistema, cuando la tierra está más fría que la temperatura de equilibrio, la entrada solar aumenta, aumentando la temperatura. Y a la inversa, cuando la tierra está más caliente que la temperatura de equilibrio, la entrada solar disminuye y la tierra se enfría de nuevo a la temperatura de equilibrio.

En los comentarios a mi última publicación, alguien preguntó cómo funcionaba el aumento del albedo a diario. Para responder a eso, necesito distraerme un poco.

Me interesé por el clima a finales de los noventa. La mayoría de las personas que leí querían entender por qué la temperatura de la tierra había cambiado durante el siglo XX. Tenía una pregunta muy diferente: quería saber por qué la temperatura de la Tierra había cambiado tan poco durante el siglo XX (una variación de ± 0,3 °C). Dado que la temperatura de la tierra es de aproximadamente 290 Kelvin, esa es una variación de más o menos una décima de un por ciento más o menos. Como alguien que ha trabajado con motores regulados, para mí fue una estabilidad a largo plazo asombrosa. Durante el siglo XX tuvimos sequías, las nubes iban y venían, tuvimos volcanes, épocas de muchos huracanes, épocas de pocos huracanes… y la temperatura no iba a ningún lado. Más o menos una décima de un por ciento.

Cuando comencé a abordar el problema de la estabilidad climática, vivía en Fiji. Al principio, pasé mucho tiempo buscando la razón por la que había tanta estabilidad a largo plazo. Traté de identificar y comprender los procesos que actúan en escalas de tiempo de varias décadas. Pensé en el flujo y reflujo del CO2, en cómo el CO2 acidifica la lluvia y disuelve las montañas durante milenios. Pensé en los supuestos ciclos solares baricéntricos. Pensé en las oscilaciones multidecadales.

Sin alegría.

Por las tardes, después del trabajo, caminaba y pensaba, pensaba y caminaba. Recogí y descarté docenas de posibilidades. No puedo decirle cuánto caminé pensando en sistemas compensatorios lentos a largo plazo que podrían mantener a la Tierra en el buen camino durante un siglo o más.

Entonces un día tuve un pensamiento curioso. Pensé que si hubiera un sistema que mantuviera cada día dentro de un cierto rango de temperatura, mantendría esa semana dentro de ese mismo rango de temperatura, y mantendría ese año dentro de ese rango de temperatura, y esa década, siglo y milenio… como un tonto, había estado mirando el extremo equivocado del espectro temporal. Necesitaba mirar minutos y horas, no décadas y siglos.

Esto cambió toda la dirección de mi investigación de la noche a la mañana. Empecé a buscar procesos que regularan las temperaturas a diario… y como vivía en Fiji, no tenía que buscar muy lejos. Empecé a pensar que la acción de los cúmulos tropicales y en particular las tormentas eléctricas eran los verdaderos actores en el concurso climático.

Pude ver el ciclo tropical diario desarrollándose la mayoría de los días. Claro al amanecer. Luego, los cúmulos se forman generalmente antes del mediodía. Tormentas eléctricas por la tarde, que a veces duran hasta la tarde o la noche. Sin embargo, todavía estaba en una gran desventaja. No entendía cómo funcionaba el control. El problema era que incluso en los trópicos tienes estaciones, y no todos los días son iguales. Además está el día y la noche, era todo tan complejo que no podía ver cómo se efectuaba el control. Quería un punto de vista en el que no tuviera que lidiar con todo ese día/noche, las cosas de las estaciones.

Entonces un día me di cuenta de que había un punto de vista que me liberaba de todos esos problemas. Este era el punto de vista del sol. Verás, desde el punto de vista del sol siempre es de día; desde el punto de vista del sol, no hay noche. Y no hay estaciones, debajo del sol, siempre es verano eterno.

Entonces, para investigar los cúmulos y las tormentas eléctricas desde el punto de vista del sol, usé las imágenes satelitales del satélite meteorológico GOES-West en el horario local del mediodía. Promedié las fotos durante todo un año, para mostrar la nubosidad promedio del Pacífico. La figura 2 muestra ese resultado:

Figura 2. Promedio de un año de imágenes satelitales meteorológicas GOES-West tomadas al mediodía local satelital. La Zona de Convergencia Intertropical es la banda brillante en el rectángulo amarillo. La hora local en la Tierra se muestra mediante líneas negras en la imagen. Los valores de tiempo se muestran en la parte inferior del gráfico adjunto. La línea roja en el gráfico es una anomalía de forzamiento solar (en vatios por metro cuadrado) en el área delineada en amarillo. La línea negra es el valor de albedo en el área delineada en amarillo.

Mirar desde el punto de vista del sol hace algo muy curioso: intercambia coordenadas de tiempo por coordenadas de espacio. Por ejemplo, en la foto de arriba, siempre es mediodía local en el punto directamente bajo el sol. El mediodía no es un momento. Es la línea vertical que corre por el centro de la imagen. La salida del sol siempre está en el borde izquierdo de la vista desde el sol, y la mitad izquierda de la imagen es el tiempo antes del mediodía. La puesta de sol siempre está en el borde derecho de la vista desde el sol, y la tarde es la mitad derecha de la imagen. Hemos puesto coordenadas espaciales en lugar de coordenadas temporales.

A partir de esto, puede ver que la aparición de los cúmulos es alrededor de las 10:30. Esto se muestra por el aumento del albedo (línea negra en la parte inferior de la imagen). A las 11:30 hay un campo de cúmulos completamente desarrollado. Este cambio en el albedo cambia la luz solar reflejada en unos 60 W/m2. Y ese campo de nubes persiste durante toda la tarde (lado derecho de la imagen de arriba).

Y lo más importante, desde el punto de vista del sol finalmente pude entender cómo se efectúa realmente el control del albedo, a través de variaciones en el momento del inicio de los regímenes de cúmulos y tormentas eléctricas. Lo que sucede es que si el Pacífico está más cálido de lo normal, los cúmulos y las tormentas eléctricas se desplazan hacia la izquierda en la imagen de arriba al emerger más temprano en el día. Esto, por supuesto, refleja más la luz del sol. Y si el Pacífico está más frío de lo normal, las nubes y las tormentas eléctricas se desplazan hacia la derecha, surgiendo más tarde en el día o no emergiendo en absoluto y, por lo tanto, exponiendo una mayor parte del área a la luz solar más fuerte de las mañanas. Las nubes actúan como una pantalla de ventana reflectante que cubre más o menos del día, dependiendo de la temperatura.

Ahora, a partir de esta hipótesis podemos adelantar algunas predicciones comprobables. Primero, el albedo debería estar positivamente correlacionado con la temperatura en el Pacífico tropical. Esto está confirmado por mi publicación anterior. A continuación, deberíamos poder detectar el efecto de las variaciones en la aparición de nubes en el registro diario de temperatura… que, con suerte, será el tema de mi próxima publicación.

Finalmente, mientras que los cúmulos y las tormentas eléctricas controlan el acelerador al regular la cantidad de energía que ingresa al sistema, también hay una variedad de otros fenómenos que regulan la temperatura. Lo que todos estos tienen en común es que son fenómenos “emergentes”. Son fenómenos que surgen espontáneamente, pero sólo cuando las condiciones son las adecuadas. En el sistema climático, estos fenómenos suelen surgir solo cuando se supera un cierto umbral de temperatura.

En el sistema diurno tropical, una vez que se alcanza un cierto umbral de temperatura, los cúmulos comienzan a formarse. Pero a menudo, la reducción de la luz solar entrante no es suficiente para detener el calentamiento diario. Si la superficie continúa calentándose, en un umbral de temperatura más alto se forman tormentas eléctricas. Y si la superficie se calienta aún más y se supera un tercer umbral de temperatura, surgirá otro fenómeno más: las tormentas eléctricas se alinearán hombro con hombro en filas largas y apretadas, con cañones de aire claro que desciende entre ellas.

Las tormentas eléctricas son máquinas de aire acondicionado de ciclo de refrigeración natural. Usan el mismo ciclo familiar de evaporación/condensación que se usa en su acondicionador de aire. Pero hacen algo que su aire acondicionado no puede hacer. Solo se forman exactamente cuando y donde los necesita. Cuando hay un punto caliente en la tarde en un océano tropical, pronto se forma una tormenta justo encima de él y comienza a enfriar la superficie nuevamente. No solo eso, sino que la tormenta enfría la superficie por debajo de la temperatura inicial. Esto no solo puede ralentizar sino revertir una tendencia al calentamiento.

Y si hay dos puntos calientes, obtienes dos tormentas eléctricas, y así sucesivamente… ¿entiendes por qué argumento en contra de todo el concepto de «sensibilidad climática»? Cuando agrega un forzamiento adicional a dicho sistema, no solo obtiene puntos calientes adicionales.

También obtienes tormentas eléctricas adicionales que trabajan sus maravillas de la física refrigerada, por lo que hay poco cambio de temperatura en la superficie.

Es la una de la madrugada, luna llena de hace unos días. Creo que volveré afuera, escuché a un zorro ladrar afuera alrededor de la salida de la luna. Lo mejor para todos, luna sobre tu hombro, más por venir,

w.

La Petición Perenne: Si no está de acuerdo con alguien, tenga la cortesía de citar las palabras exactas y precisas con las que no está de acuerdo. De esa manera todos podemos entender su objeción.

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