Efectos antropogénicos en el clima que fuerzan a la actividad del Modo Anular del Sur

Mindlin, Julia

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Título:	Efectos antropogénicos en el clima que fuerzan a la actividad del Modo Anular del Sur
Título alternativo:	Anthropogenic effects on the climate that drive the activity of the Southern Annular Mode
Autor:	Mindlin, Julia
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Filiación:	Universidad de Buenos Aires - Facultad de Ciencias Exactas - Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos
Fecha de defensa:	2024-03-24
Fecha en portada:	2024
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos
Director:	Vera, Carolina Susana
Director Asistente:	Shepherd, Theodore Gordon
Consejero:	Saurral, Ramiro I.
Jurado:	Carvalho, Leila; Carri, Andrea F.; Barreiro, Marcelo
Idioma:	Español
Palabras clave:	NARRATIVAS CLIMATICAS; GASES DE EFECTO INVERNADERO; AGOTAMIENTO Y RECUPERACION DE OZONO; MODO ANULAR SUR; CAMBIO CLIMATICO REGIONAL ; SUR DE SUDAMERICA; MODELOS CLIMATICOS GLOBALESCLIMATE STORYLINES; REGIONAL CLIMATE CHANGE; SOUTH OF SOUTH AMERICA; GLOBAL CLIMATE MODELS; SOUTHERN ANNULAR MODE; OZONE DEPLETION; GREENHOUSE GASES
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7485_Mindlin
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7485_Mindlin.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7485_Mindlin
Ubicación:	Dep.ATM 007485
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Mindlin, Julia. (2024). Efectos antropogénicos en el clima que fuerzan a la actividad del Modo Anular del Sur. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7485_Mindlin

Resumen:

El clima del sur de Sudamérica es influenciado en forma combinada por diferentes patrones climáticos de gran escala y en escalas de tiempo desde subestacional a decadal. En particular, se ha identificado la influencia combinada de patrones climáticos tropicales de gran escala como El Niño-Oscilación del Sur y modos de variabilidad como el Modo Anular del Sur (SAM) sobre la circulación atmosférica del Hemisferio Sur (HS) y el clima sudamericano. Estos patrones climáticos y modos de variabilidad podrían experimentar cambios en el contexto del calentamiento global forzado antropogénicamente. Sin embargo, existe muy poco conocimiento sobre esta influencia combinada en escalas climáticas y bajo escenarios de cambio climático. Con esta tesis, se propuso aumentar la comprensión de los mecanismos que explican la respuesta de la circulación del HS a la influencia combinada de los cambios en distintos fenómenos en el sistema climático global, forzados por el aumento de los gases de efecto invernadero (GEI), el agotamiento y la recuperación del ozono. Asimismo, se propuso entender la influencia de estos cambios en el clima del sur de Sudamérica. Los Modelos Climáticos Globales (MCGs) permiten simular numéricamente el sistema climático y evaluar su respuesta a los forzantes antropogénicos. Para realizar esta tesis se utilizaron simulaciones realizadas con dos conjuntos de MCGs de última generación, que corresponden a las fases 5 y 6 del Coupled Model Intercomparison Project (CMIP). Estas simulaciones, o proyecciones climáticas, están sujetas a diversas fuentes de incertidumbre. Una de dichas fuentes de incertidumbre está asociada a los cambios en la circulación atmosférica, sobre los cuales hay grandes desacuerdos entre modelos. La metodología de narrativas permite abordar parte de la incertidumbre en la respuesta de la circulación atmosférica a los forzantes antropogénicos en forma condicional, mediante la descripción de una diversidad de cambios plausibles. A lo largo de la tesis, la comprensión de cómo múltiples cambios de gran escala combinados explican la respuesta de la circulación atmosférica del HS se utiliza para desarrollar múltiples narrativas (estados del clima futuro posibles) para el clima forzado. En primer lugar, se examinó la respuesta de la circulación en el HS al forzante de GEI, tanto en verano como en invierno. Se consideraron como controladores remotos (CR) de gran escala la intensidad del calentamiento tropical de la troposfera alta (CT) y los cambios en el vórtice estratosférico polar (VEP). Se encontró que, por un lado, una mayor intensidad en el CT está asociada a la intensificación de los vientos oestes y los storm tracks (ST) en el HS y que, por otro lado, la intensificación del VEP en invierno y el retraso de su rompimiento hacia el final de la primavera llevan al desplazamiento de los vientos oestes y ST hacia el polo. Ambas respuestas dinámicas pueden explicar gran parte de la tendencia hacia la fase positiva del SAM proyectada por los MCGs. Luego, se analizó el papel del agotamiento y la recuperación de ozono en la evolución de las tendencias de la circulación troposférica del HS a lo largo del siglo XXI. La pérdida de ozono a lo largo del siglo XX generó una tendencia del tipo SAM positivo, similar a la respuesta proyectada ante el forzamiento de los GEI. Se espera que la recuperación del ozono actúe en forma opuesta, revirtiendo esta tendencia. Se encontró que el aumento de los GEI y la evolución del ozono permiten explicar la evolución de las tendencias en el VEP a lo largo del siglo XXI en las simulaciones analizadas. Ambos forzantes influyeron conjuntamente en el retardo del rompimiento del VEP en primavera hasta aproximadamente el año 2000 y, a lo largo del siglo XXI, los GEI continuaron y continuarán influyendo de la misma forma, mientras que la recuperación del ozono actuará de forma contraria. Luego, se evaluó el impacto en la tropósfera de esta influencia combinada y se encontró que la influencia contrapuesta entre los GEI y el agotamiento y pérdida de ozono identificada en la estratosfera se propaga hacia la troposfera, explicando gran parte de las tendencias en el SAM en verano. Las narrativas desarrolladas para la evolución del VEP explican en gran parte la incertidumbre en las respuestas del SAM simuladas con el conjunto de modelos del CMIP6. Luego, se estudiaron los cambios zonalmente asimétricos en la temperatura de la superficie del mar (TSM) del océano Pacífico. Se encontró que estos cambios también tienen una influencia significativa en las respuestas proyectadas para la circulación del HS en verano. La TSM aumenta con tasas de cambio mayores en los sectores oriental y/o central del océano Pacífico, comparadas con la tasa de aumento del promedio zonal. Se encontró que la distribución espacial de estos cambios presenta gran variabilidad entre modelos. A partir del análisis de la dispersión entre modelos, se definieron dos CRs asociados a los cambios asimétricos en la TSM en distintos sectores del océano Pacífico tropical. Se encontró que la amplitud de la respuesta de dichos CR modula la respuesta de la circulación del HS a los GEI mediante patrones de teleconexión, dando lugar a respuestas asimétricas de la circulación. Se generaron narrativas para describir la respuesta de la circulación del HS ante las diversas respuestas plausibles del océano Pacífico, y se encontró que los múltiples cambios plausibles en estos CR pueden dar lugar a respuestas de circulación estacionarias de tipo anticiclónica en múltiples sectores del HS extratropical, los cuales no pueden describirse únicamente a partir de su proyección en el SAM. La respuesta regional a los cambios dinámicos mencionados se analizó bajo el marco de narrativas. Así como con la circulación, se evaluaron primero las respuestas de la precipitación regional a los CR zonalmente simétricos. Se encontró que el CT contribuye, tanto en verano como en invierno, a la disminución de las lluvias en Sudamérica y en gran parte del HS, mientras que la intensificación del VEP se asocia al aumento de lluvias en algunas regiones y a la disminución de lluvias en otras. Estas respuestas de signo opuesto en el clima regional, y en Sudamérica particularmente, explican porqué las narrativas de mayor y menor cambio en el SAM no son representativas de los cambios plausibles más extremos a escala regional. El análisis de narrativas mostró que, si se considera únicamente la incertidumbre que explican los CR simétricos, las proyecciones acuerdan en que la precipitación de verano en el sudeste de Sudamérica (SE-SA) aumentará en respuesta al aumento de los GEI; sin embargo, un subconjunto de modelos en el conjunto de MCGs utilizados proyecta condiciones más secas para la región. Al incorporar en el análisis la respuesta regional a los CR asimétricos asociados a la TSM tropical del océano Pacífico, se encontró que existen respuestas plausibles en los cuatro CR estudiados que, combinadas, podrían impulsar la disminución de lluvias de verano en SE-SA. Por último, se aplicó la metodología de narrativas para estudiar proyecciones de cambio climático aplicadas a problemáticas específicas de otras disciplinas. Esto se hizo con el fin de ilustrar la utilidad de abordar la incertidumbre asociada a la circulación mediante narrativas y mostrar que pueden aportar rigurosidad a los estudios de impacto. Para ello, se trabajó con un grupo de proveedores de servicios climáticos, generando servicios climáticos para el sector vitivinícola; un antropólogo, estudiando proyecciones de riesgo en el Gran Chaco; y un biólogo, analizando la vulnerabilidad de los pingüinos crestados (Eudyptes) en el océano Austral.

Abstract:

The climate of southern South America is influenced by a combination of different large-scale climate patterns, operating at subseasonal to decadal timescales. Specifically, the combined influence of large-scale tropical climate patterns such as El Niño-Southern Oscillation and modes of variability like the Southern Annular Mode (SAM) on the Southern Hemisphere (SH) atmospheric circulation and South American climate has been identified. These climate patterns and modes of variability could undergo changes in the context of anthropogenically forced global warming. However, there is limited knowledge about this combined influence at climatic scales and under climate change scenarios. This thesis aimed to enhance the understanding of the dynamic mechanisms explaining the SH circulation response to the combined influence of changes in different components of the global climate system forced by increased greenhouse gas concentrations, ozone depletion, and ozone recovery. Additionally, it sought to understand the influence of these changes on the climate of southern South America. Global Climate Models (GCMs) enable the numerical simulation of the climate system, allowing for an assessment of how this system could evolve in the future under anthropogenic forcing. This thesis utilized simulations from Phases 5 and 6 of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP), conducted with a set of GCMs. These simulations, or climate projections, are subject to various sources of uncertainty. One such source of uncertainty is associated with changes in atmospheric circulation, where significant disagreements among models exist. Th- roughout the thesis, the understanding of dynamical mechanisms that explain how combined large-scale changes account for the SH circulation response was used to develop storylines (possible future climate states) of forced climate. Narratives help address uncertainty in clima- te projections performed by GCM ensembles and conditionally explain a variety of plausible changes. Firstly, the response of SH circulation to greenhouse gas (GHG) forcing was examined, both in summer and winter. Large-scale remote drivers, such as the intensity of tropical upper tropospheric warming (TW), and changes in the polar stratospheric vortex (SPV), were consi- dered as large-scale remote drivers (RD). It was found that increased TW intensity is associated with the intensification of westerly winds and storm tracks (ST) in the SH. Simultaneously, the intensification of SPV in winter and the delay of its breakdown toward late spring lead to the poleward displacement of westerly winds and ST. Both responses largely explain the positive phase of the SAM trend projected by GCMs, indicating that changes in both RDss project onto a positive SAM. Subsequently, the role of ozone depletion and recovery in the evolution of SAM trends throughout the 21st century was analyzed. The 20th-century ozone loss generated a positive SAM-like trend, similar to the response projected under GHG forcing. It is expected that ozone recovery will act oppositely, reversing this trend. The results showed that both GHGs and ozone evolution explain the trends in SPV throughout the 21st century in the model simulations that were analyzed. Both forcings jointly influenced the delay in SPV breakdown in spring until around 2000. Throughout the 21st century, GHGs continued and will continue to exert the same influence, while ozone recovery will act in the opposite direction. The SAM response to the SPV influence was then quantified, and it was found that the counteracting influence between GHGs and ozone depletion and recovery propagates into the troposphere, explaining part of the SAM trends in summer. Plausible storylines of SPV evolution largely explain the dispersion in the SAM responses projected by the analyzed CMIP ensemble. Next, the influences of zonally asymmetric changes in Pacific Ocean sea surface temperature (SST) patterns were studied. It was found that, in summer, these changes also have a significant influence on the projected responses of SH circulation. In particular, it was obser- ved that SST increases are not zonally symmetric, and depending on the model, temperature increases with higher rates in the eastern and/or central sectors of the tropical Pacific Ocean. From this analysis, two RDs associated with asymmetric changes in SSTs in different sectors of the tropical Pacific Ocean were defined. It was found that the amplitude of the response of these RDs to GHGs modulates the tropic-extratropic teleconnection patterns, leading to diverse asymmetric circulation responses. Narratives were generated to describe the SH circulation response in summer to the various plausible responses of the Pacific Ocean, and it was found that multiple plausible changes in these asymmetric RDs can lead to stationary anticyclonic circulation responses in various sectors of the extratropical SH, which cannot be solely described by their projection onto SAM. The regional response to the mentioned circulation changes was analyzed within the fra- mework of storylines. Regional precipitation responses to zonally symmetric CRs were evaluated first. It was found that TW contributes to decreased rainfall in South America and much of the SH in both summer and winter, while the intensification of SPV is associated with increased rainfall in some regions and decreased rainfall in others. These opposing responses in regional climate, particularly in South America, lead to the fact that storylines of greater and lesser SAM changes are not representative of the most extreme plausible changes at the regional scale. Moreover, considering only symmetric CRs, all plausible storylines project increased precipi- tation in southeastern South America (SE-SA). However, some models in the GCM ensemble used project drier conditions for the region. When evaluating and incorporating the regional response to changes in asymmetric CRs associated with tropical Pacific Ocean SST, it was found that plausible combinations of responses in all four studied CRs could drive decreased summer rainfall in southern South America. This explains why some models project decreased summer rainfall for certain sectors of South America in this century. Finally, the storyline approach was applied to study climate change projections applied to specific issues in other disciplines to illustrate the utility of describing uncertainty associated with circulation using storylines. For this purpose, three collaborations were carried out. One with a group of climate service providers, generating climate services for the wine sector; anotherone with an anthropologist researcher, studying risk projections in the Gran Chaco, and a third one with a biologist researcher, analyzing the vulnerability of crested penguins in the Southern Ocean.

Citación:

---------- APA ----------

Mindlin, Julia. (2024). Efectos antropogénicos en el clima que fuerzan a la actividad del Modo Anular del Sur. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7485_Mindlin

---------- CHICAGO ----------

Mindlin, Julia. "Efectos antropogénicos en el clima que fuerzan a la actividad del Modo Anular del Sur". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2024.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7485_Mindlin

Estadísticas:

Descargas totales desde :

Navegar

Colección

Tesis Doctoral