{"id":552,"date":"2008-04-07T08:19:35","date_gmt":"2008-04-07T13:19:35","guid":{"rendered":"http:\/\/www.realclimate.org\/index.php\/archives\/2008\/04\/target-co2\/langswitch_lang\/bg"},"modified":"2008-05-17T21:52:20","modified_gmt":"2008-05-18T02:52:20","slug":"target-co2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.realclimate.org\/index.php\/archives\/2008\/04\/target-co2\/","title":{"rendered":"Target CO2<\/sub> Objectivo CO2<\/sub><\/lang_sp>"},"content":{"rendered":"
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What is the long term sensitivity to increasing CO2<\/sub>? What, indeed, does long term sensitivity even mean? Jim Hansen and some colleagues (not including me) have a preprint<\/a> available that claims that it is around 6\u00baC based on paleo-climate evidence. Since that is significantly larger than the ‘standard’ climate sensitivity we’ve often talked about, it’s worth looking at in more detail.<\/p>\n


\nTraducido por Angela Carosio<\/small>
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We need to start with some definitions. Sensitivity is defined as the global mean surface temperature anomaly response to a doubling of CO2<\/sub> with other boundary conditions staying the same. However, depending on what the boundary conditions include, you can get very different numbers. The standard definition (sometimes called the Charney sensitivity), assumes the land surface, ice sheets and atmospheric composition (chemistry and aerosols) stay the same. Hansen’s long term sensitivity (which might be better described as the Earth System sensitivity) allows all of these to vary and feed back on the temperature response. Indeed, one can imagine a whole range of different sensitivities that could be clearly defined by successively including additional feedbacks. The reason why the Earth System sensitivity might be more appropriate is because that determines the eventual consequences of any particular CO2<\/sub> stabilization scenario.<\/p>\n

Traditionally, the decision to include or exclude a feedback from consideration has been based on the relevant timescales and complexity. The faster a feedback is, the more usual it is to include. Thus, changes in clouds (~hours) or in water vapour (~10 days) are undoubtedly fast and get included as feedbacks in all definitions of the sensitivity. But changes in vegetation (decades to centuries) or in ice sheets (decades(?) to centuries to millennia) are slower and are usually left out. But there are other fast feedbacks that don’t get included in the standard definition for complexity reasons – such as the change in ozone or aerosols (dust and sulphates for instance) which are also affected by patterns of rainfall, water vapour, temperature, soli moisture, transport and clouds (etc.).<\/p>\n

Not coincidentally, the Charney sensitivity corresponds exactly to the sensitivity one gets with a standard atmospheric GCM with a simple mixed-layer ocean, while the Earth System sensitivity would correspond to the response in a (as yet non-existent) model that included interactive components for the cryosphere, biosphere, ocean, atmospheric chemistry and aerosols. Intermediate sensitivities could however be assessed using the Earth System models that we do have.<\/p>\n

In principal, many of these sensitivities can be deduced from paleo-climate records. What is required is a good enough estimate of the global temperature change and measures of the various forcings. However, there are a few twists in the tale. Firstly, getting ‘good enough’ estimates for global temperatures changes is hard – this has been done well for the last century or so, reasonably for a few centuries earlier, and potentially well enough for the really big changes associated with the glacial-interglacial cycle. While sufficient accuracy in the last few centuries is a couple of tenths of a degree, this is unobtainable for the last glacial maximum or the Pliocene (3 million years ago). However, since the signal is much larger in the earlier periods (many degrees), the signal to noise ratio is similar.<\/p>\n

Secondly, although many forcings can be derived from paleo-records (long-lived greenhouse gases from bubbles in the ice cores most notably), many cannot. The distribution of sulphate aerosols even today is somewhat uncertain, and at the last glacial maximum, almost completely unconstrained. This is due in large part to the heterogenity of their distribution and there are similar problems for dust and vegetation. In some sense, it is the availability of suitable forcing records that suggests what kind of sensitivity one can define from the record. A more subtle point is that the ‘efficacy’ of different forcings might vary, especially ones that have very different regional signatures, making it more difficult to add up different terms that might be important at any one time.<\/p>\n

Lastly, and by no means leastly, Earth System sensitivity is not stable over geologic time. How much it might vary is very difficult to tell, but for instance, it is clear that from the Pliocene to the Quaternary (the last ~2,5 million years of ice age cycles), the climate has become more sensitive to orbital forcing. It is therefore conceivable (but not proven) that any sensitivity derived from paleo-climate will not (in the end) apply to the future.<\/p>\n

We’ve often gone over the Charney sensitivity constraint for the Last Glacial Maximum. There is information about the greenhouse gases (CO2<\/sub>, CH4<\/sub> and N2<\/sub>O), reconstructions of the ice sheets and vegetation change, and estimates of the dust forcing. A recent estimate of the magnitude of these forcings is around 8 +\/- 2 W\/m2 (Schneider von Deimling et al, 2006). This implicitly includes other aerosol changes or atmospheric chemistry changes in with the sensitivity (or equivalently, assumes that their changes are negligible). So given a temperature change of about 5 to 6\u00baC, this gives a Charney sensitivity of around 3\u00baC (ranging from 1.5 to 6 if you do the uncertainty sums).<\/p>\n

Hansen suggests that the dust changes should be considered a fast feedback as well (as could the CH4<\/sub> changes?) and that certainly makes sense if vegetation changes are included on the feedback side of the equation. Since all of these LGM forcings are the same sign (i.e. they are all positive feedbacks for the long term temperature change), that implies that the Earth System sensitivity must be larger than the Charney sensitivity on these timescales (and for this current geologic period). So far so good. <\/p>\n

Hansen’s first estimate of the Earth System sensitivity is based on an assumption that GHG changes over the long term control the amount of ice. That gives a scaling of 6\u00baC for a doubling of CO2<\/sub>. This is however problematic for two reasons; first most of the power of this relationship is derived from when there were large N. American and European ice sheets. It is quite conceivable that, now that we are left with only Greenland and Antarctica, the sensitivity of the temperature to the ice sheets is less. Secondly, it subsumes the very special nature of orbital forcing – extreme regional and seasonal impacts but very little impact on the global mean radiation. Hansen’s estimate assumes that an overall cooling of the same magnitude of the LGM would produce the same extent of ice sheets that was seen then. It may be the case, but it is not a priori obvious that it must be. Hansen rightly acknowledges these issues, and suggests a second constraint based on longer term changes.<\/p>\n

Unfortunately, prior to the ice core record, our knowledge of CO2<\/sub> changes is much poorer. Thus while it seems likely that CO2<\/sub> decreased from the Eocene (~50 million years ago) to the Quaternary through variations related to tectonics, the exact magnitude is uncertain. For reasonable values based on the various estimates, Hansen estimates a ~10 W\/m2 forcing change over the Cenozoic from this alone (including a temperature-related CH4<\/sub> change). The calculation in the paper is however a little more subtle. Hansen posits that the long term trend in the deep ocean temperature in the early Cenozoic period (before there was substantial ice) was purely due to CO2<\/sub> (using the Charney sensitivity). He then plays around with the value of the CO2<\/sub> concentration at the initiation of the Antarctic ice sheets (around 34 million years ago) to get the best fit with the CO2<\/sub> reconstructions over the whole period. What he ends up with is a critical value of ~425 ppm for initiation of glaciation. To be sure, this is fraught with uncertainties – in the temperature records, the CO2<\/sub> reconstructions and the reasonable (but unproven) assumption concerning the dominance of CO2<\/sub>. However, bottom line is that you really don’t need a big change in CO2<\/sub> to end up with a big change in ice sheet extent, and that hence the Earth System sensitivity is high.<\/p>\n

So what does this mean for the future? In the short term, not much. Even if this is all correct, these effects are for eventual changes – that might take centuries or millennia to realise. However, even with the (substantial) uncertainties in the calculations and underlying assumptions, the conclusion that the Earth System sensitivity is greater than the Charney sensitivity is probably robust. And that is<\/i> a concern for any policy based on a stabilization scenario significantly above where we are now. <\/p>\n

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\u00bfCu\u00e1l es la sensibilidad a largo plazo del aumento del CO2? \u00bfQu\u00e9 significa realmente sensibilidad a largo plazo?<\/p>\n

Jim Hansen y algunos colegas (no me incluyo) tienen un texto<\/a> por publicarse disponible que sostiene que la sensibilidad ronda en los 6\u00baC, seg\u00fan evidencia paleo clim\u00e1tica. Ya que esto es significativamente mayor a la sensibilidad clim\u00e1tica est\u00e1ndar de la que habitualmente hablamos, vale la pena observar en m\u00e1s detalle.<\/p>\n

Debemos empezar con algunas definiciones. \u2018Sensibilidad\u2019 se define como la anomal\u00eda en el promedio mundial de la temperatura de la superficie en respuesta a una duplicaci\u00f3n del CO2<\/sub>, cuando el resto de las condiciones permanecen igual. Sin embargo, dependiendo de los datos incluidos en las condiciones de frontera, se pueden obtener n\u00fameros muy distintos. La definici\u00f3n est\u00e1ndar, a veces conocida como la sensibilidad de Charney, asume que la superficie terrestre, las capas de hielo y la composici\u00f3n atmosf\u00e9rica (qu\u00edmica y aerosoles) no cambian. La sensibilidad a largo plazo de Hansen, que puede ser mejor descripta como Sistema de Sensibilidad Terrestre, admite que todos estos factores cambien y reaccionen con la variaci\u00f3n de la temperatura. Efectivamente, se pueden imaginar toda clase de sensibilidades diferentes que pueden definirse claramente mediante la sucesiva inclusi\u00f3n de diferentes realimentaciones. La raz\u00f3n por la cual el Sistema de Sensibilidad Terrestre podr\u00eda ser el m\u00e1s apropiado, es que determina las eventuales consecuencias de cualquier escenario de estabilizaci\u00f3n de CO2<\/sub>.<\/p>\n

Tradicionalmente, la decisi\u00f3n de incluir o excluir aspectos de retroalimentaci\u00f3n se ha basado en escalas de tiempo relevantes y otras complejidades. Cuanto m\u00e1s r\u00e1pida es la retroalimentaci\u00f3n, mayor es la posibilidad de que \u00e9sta se incluya. De este modo, los cambios de nubosidad (~horas) y los cambios en el vapor de agua (~10 d\u00edas) son sin duda r\u00e1pidos y suelen incluirse como variantes de retroalimentaci\u00f3n en toda definici\u00f3n de sensibilidad. Pero los cambios de d\u00e9cadas o siglos en la vegetaci\u00f3n, o los cambios de las capas de hielo que pueden llevar d\u00e9cadas, siglos y milenios son m\u00e1s lentos y generalmente se omiten. Pero hay otras variantes de retroalimentaci\u00f3n r\u00e1pida que se excluyen de la definici\u00f3n est\u00e1ndar por razones de complejidad, como los cambios en el ozono y los aerosoles, por ejemplo polvo y sulfatos, que son afectados por los patrones de lluvia, el vapor de agua, las temperaturas, la humedad del suelo, el transporte y la nubosidad, etc.<\/p>\n

No es casual que la sensibilidad de Charney corresponda exactamente con la sensibilidad que se obtiene con un GCM (Modelo Clim\u00e1tico Global, GCM por sus siglas en ingl\u00e9s) atmosf\u00e9rico con una simple capa mezclada de oc\u00e9ano, mientras que al Sistema de Sensibilidad Terrestre le corresponder\u00eda una respuesta de un modelo todav\u00eda inexistente, que incluir\u00eda componentes interactivos de la cri\u00f3sfera, la bi\u00f3sfera, el oc\u00e9ano, la qu\u00edmica atmosf\u00e9rica y los aerosoles. Sin embargo, se podr\u00edan evaluar sensibilidades intermedias usando modelos de sensibilidad terrestres actualmente disponibles.<\/p>\n

Primero, de los archivos palo clim\u00e1ticos se podr\u00edan deducir muchas de estas sensibilidades. Para esto se requiere una estimaci\u00f3n lo suficientemente ajustada sobre los cambios en la temperatura global y las medidas de los diversos forzantes. Sin embargo, hay giros en la historia. Primero, es muy dif\u00edcil obtener \u2018estimaciones lo suficientemente ajustadas\u2019 sobre cambios en la temperatura global. Las temperaturas del siglo pasado se han logrado estimar bien. Las de unos pocos siglos anteriores, razonablemente bien, mientras que las temperaturas de los grandes cambios asociados con el ciclo glacial e inter glacial han sido solo potencialmente bien estimadas. La precisi\u00f3n en algunos siglos hacia atr\u00e1s es de un decimo de grado, pero esta precisi\u00f3n es imposible de lograr en el \u00faltimo per\u00edodo glacial m\u00e1ximo o el Plioceno (3 millones de a\u00f1os atr\u00e1s). Sin embargo, como la se\u00f1al es mucho m\u00e1s notable en los per\u00edodos m\u00e1s recientes, o sea, de muchos m\u00e1s grados, la relaci\u00f3n se\u00f1al\/ruido es similar.<\/p>\n

Segundo, as\u00ed como se pueden inferir muchos forzantes de registros paleo clim\u00e1ticos (los m\u00e1s notables son las burbujas de gases de invernadero atrapadas en los corazones de hielo), muchos otros no se pueden inferir. La distribuci\u00f3n de aerosoles de sulfato es incierta a\u00fan hoy, y en el \u00faltimo per\u00edodo glacial m\u00e1ximo, es casi completamente libre. Esto se debe en gran parte a la heterogeneidad de su distribuci\u00f3n y hay problemas similares con el polvo y la vegetaci\u00f3n. En cierto sentido, es la disponibilidad de adecuados registros de forzantes lo que dictamina qu\u00e9 tipo de sensibilidad se puede deducir de \u00e9stos. La eficacia de los distintos forzantes es m\u00e1s sutil, en especial aquellos que tienen marcas regionales diferentes, lo cual hace m\u00e1s dif\u00edcil la suma de diversas condiciones que podr\u00edan ser de importancia en cualquier momento espec\u00edfico.<\/p>\n

Por \u00faltimo, pero no por ello menos importante, el Sistema de Sensibilidad Terrestre no es estable a lo largo del tiempo geol\u00f3gico. Se hace muy dif\u00edcil decir en cu\u00e1nto podr\u00eda variar, pero por ejemplo, es muy claro que desde el Plioceno al Cuaternario, los \u00faltimos \u0334 2,5 millones de a\u00f1os de ciclos de glaciaci\u00f3n, el clima se ha vuelto m\u00e1s sensible a los forzantes orbitales. Por lo tanto, es concebible, pero no probado, que cualquier sensibilidad clim\u00e1tica derivada de la paleo climatolog\u00eda, al final de cuentas, no se aplicar\u00eda para el futuro.<\/p>\n

Hemos examinado frecuentemente la limitaci\u00f3n de la sensibilidad de Charney para el \u00faltimo per\u00edodo glacial m\u00e1ximo. Se tiene informaci\u00f3n sobre los gases de invernadero (CO2<\/sub>, CH4<\/sub> y N2<\/sub>O), se reconstruyeron cambios en las capas de hielo y la vegetaci\u00f3n, y se han estimado forzantes de polvo. Recientemente, se ha estimado que la magnitud de estos forzantes es de alrededor de 8 +\/- 2 W\/m2<\/sup> (Schneider von Deimling et al, 2006). Esto impl\u00edcitamente incluye otros cambios en los aerosoles y en la qu\u00edmica atmosf\u00e9rica junto con la sensibilidad o equivalentes, asumiendo que los cambios son insignificantes. De modo que, con un cambio de temperatura de entre 5 y 6\u00b0C, se obtiene una sensibilidad de Charney de alrededor de 3\u00b0C, que va desde 1.5 a 6\u00b0C si se hacen las sumas de incertidumbre.<\/p>\n

Hansen sugiere que los cambios producidos por el polvo tambi\u00e9n deben ser considerados como un mecanismo de retroalimentaci\u00f3n r\u00e1pido (\u00bfPodr\u00edan tambi\u00e9n considerarse como retroalimentaci\u00f3n r\u00e1pida los cambios en el CH4<\/sub>?) y esto ciertamente tiene sentido si se incluyen los cambios producidos por la vegetaci\u00f3n en la ecuaci\u00f3n de retroalimentaci\u00f3n. Debido a que todos estos forzantes del \u00faltimo per\u00edodo glacial m\u00e1ximo (LGM, por sus siglas en ingl\u00e9s) son iguales (ejemplo: son todas realimentaciones positivas para el cambio de temperatura a largo plazo), ello implica que la sensibilidad del Sistema Terrestre debe ser mayor a la sensibilidad de Charney en estas escalas temporales, y para el presente per\u00edodo geol\u00f3gico. Hasta aqu\u00ed, todo bien.<\/p>\n

La primera estimaci\u00f3n de Hansen de la sensibilidad del Sistema Terrestre se basa en la suposici\u00f3n de que los cambios en los gases de invernadero (Green House Gases, GHG por sus siglas en ingl\u00e9s) controlan la cantidad de hielo a largo plazo. Esto implica una suba de 6\u00b0C para una duplicaci\u00f3n del CO2<\/sub>. Sin embargo, esto es problem\u00e1tico por dos razones; la primera es que el poder en esta relaci\u00f3n proviene de la \u00e9poca en que hab\u00eda grandes capas de hielo en Am\u00e9rica del Norte y Europa. Es concebible que, ahora que solo tenemos grandes capas de hielo en Groenlandia y en la Ant\u00e1rtida, la sensibilidad de la temperatura en las capas de hielo sea menor. La segunda raz\u00f3n incluye la naturaleza especial del forzante orbital: grandes impactos regionales y estacionales, pero muy poco impacto en el promedio global de radiaci\u00f3n. Las estimaciones de Hansen asumen que un enfriamiento global de la misma magnitud que del \u00faltimo LGM producir\u00eda la misma cantidad de hielo que hab\u00eda entonces. Este podr\u00eda ser el caso, pero no es prioritariamente obvio que as\u00ed ser\u00e1. Hansen reconoce \u00e9ste problema, y sugiere una segunda limitaci\u00f3n basada en cambios a mayor plazo.<\/p>\n

Desgraciadamente, nuestros conocimientos sobre los cambios en el CO2<\/sub> anteriores a los registros en los corazones de hielo, son escasos. De este modo, mientras que parece probable que el CO2<\/sub> disminuy\u00f3 del Eoceno (~50 millones de a\u00f1os atr\u00e1s) al Cuaternario a trav\u00e9s de variaciones tect\u00f3nicas, se desconoce la magnitud exacta de esos cambios. Hansen estima, bas\u00e1ndose en valores razonables de varias estimaciones, un ~10W\/m2<\/sup> de cambio forzante durante el per\u00edodo Cenozoico de esto solamente (incluyendo un cambio en el CH4<\/sub> ligado a la temperatura). Sin embargo, los c\u00e1lculos en el art\u00edculo son m\u00e1s sutiles. Hansen postula que la tendencia a largo plazo de la temperatura del oc\u00e9ano profundo a principios del per\u00edodo Cenozoico, antes que hubiera una capa de hielo sustancial, era exclusivamente debida al CO2<\/sub> (usando la sensibilidad de Charney). Luego, Hansen juega un poco con los valores de la concentraci\u00f3n del CO2<\/sub> al inicio de las capas de hielo en la Ant\u00e1rtida (unos 34 millones de a\u00f1os atr\u00e1s) para obtener el mejor ajuste con las reconstrucciones de CO2<\/sub> durante todo el per\u00edodo. De este modo, termina con un valor cr\u00edtico de ~ 425 ppm para la iniciaci\u00f3n de la glaciaci\u00f3n. Sin duda, esto est\u00e1 cargado de incertidumbre en los registros de temperatura, en las reconstrucciones de CO2<\/sub>, y en la razonable, pero no probada, suposici\u00f3n relativa a la posici\u00f3n dominante del CO2<\/sub>. Sin embargo, el fondo de la cuesti\u00f3n es que no se necesita un gran cambio en el CO2<\/sub> para terminar con un importante cambio en la extensi\u00f3n de las capas de hielo y, por lo tanto, la sensibilidad del Sistema Terrestre es alta.<\/p>\n

\u00bfQu\u00e9 significa esto para el futuro? A corto plazo, no mucho. A\u00fan si todo esto es correcto, estos efectos son para cambios eventuales que llevan siglos o milenios para que se noten. Sin embargo, aun con las incertidumbres substanciales en los c\u00e1lculos e hip\u00f3tesis subyacentes, la conclusi\u00f3n de que la sensibilidad del Sistema Terrestre es mayor que la sensibilidad de Charney es probablemente acertada. Y esto deber\u00eda ser una preocupaci\u00f3n de cualquier pol\u00edtica basada en un escenario de estabilizaci\u00f3n significativamente por encima de donde estamos ahora.
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