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Hipótesis de temperatura de yunque fija

Nube de yunque sobre las Islas Tiwi , Australia

La hipótesis de la temperatura del yunque fijo es una hipótesis física que describe la respuesta de las propiedades radiativas de las nubes al aumento de la temperatura de la superficie. Se supone que la temperatura a la que las nubes yunque emiten radiación está limitada por procesos radiativos y, por tanto, no cambia en respuesta al calentamiento de la superficie. Dado que la cantidad de radiación emitida por las nubes es función de su temperatura, implica que no aumenta con el calentamiento de la superficie y, por lo tanto, una superficie más cálida no aumenta las emisiones de radiación (y por lo tanto el enfriamiento) por las cimas de las nubes. El mecanismo, identificado tanto en modelos climáticos como en observaciones del comportamiento de las nubes, afecta a cuánto se calienta el mundo por cada tonelada adicional de gases de efecto invernadero en la atmósfera . Sin embargo, alguna evidencia sugiere que puede formularse más correctamente como una disminución del calentamiento del yunque en lugar de ningún calentamiento del yunque.

Antecedentes e hipótesis

En los trópicos , el enfriamiento radiativo de la troposfera se equilibra con la liberación de calor latente a través de la condensación de vapor de agua elevado a grandes altitudes por convección . El enfriamiento radiativo es principalmente consecuencia de las emisiones de vapor de agua y, por lo tanto, resulta ineficaz por encima del nivel de presión de 200 hPa . Congruentemente, es en esta elevación donde se concentran las nubes espesas y las nubes yunque , las nubes convectivas más altas. [1]

La "hipótesis de la temperatura fija del yunque" estipula que, debido a las limitaciones energéticas y termodinámicas impuestas por la relación Clausius-Clapeyron , la temperatura y, por tanto, el enfriamiento radiativo de las nubes yunque no cambia mucho con la temperatura de la superficie. [1] Específicamente, el enfriamiento disminuye por debajo de −73 °C (200 K) a medida que el enfriamiento radiativo ineficaz por CO2se vuelve dominante por debajo de esa temperatura. [2] En cambio, la elevación de las nubes altas aumenta con las temperaturas de la superficie. [3]

Una hipótesis relacionada es que las temperaturas de la tropopausa son insensibles al calentamiento de la superficie; sin embargo, parece tener mecanismos distintos del proceso de temperatura fija del yunque. [4] Se han relacionado entre sí en varios estudios, [5] que a veces encuentran que una temperatura fija de la tropopausa es una teoría más razonable que una temperatura fija del yunque. [6]

Evidencia

La hipótesis de la temperatura fija del yunque ha sido ampliamente aceptada e incluso extendida a la atmósfera no tropical. Su fuerza reside en parte en su dependencia de argumentos físicos simples. [7]

Modelos

La hipótesis de la temperatura fija del yunque fue formulada inicialmente por Hartmann y Larson 2002 en el contexto del modelo climático NCAR/PSU MM5 [8] pero la estabilidad de las temperaturas de las nubes superiores ya fue observada en un modelo unidimensional por Hansen et al. 1981. [9] También se ha recuperado, con limitaciones, en modelos climáticos [10] y en numerosos modelos de circulación general . [11] Sin embargo, algunos han recuperado la dependencia del tamaño de las nubes [12] y de la humedad relativa [13] o de que la temperatura fija del yunque se expresa más apropiadamente como la temperatura del yunque que cambia más lentamente que la temperatura de la superficie. [14] Los modelos climáticos también simulan un aumento en la altura de las cimas de las nubes [15] y algunos modelos radiativo-convectivos lo aplican a la salida de ciclones tropicales . [dieciséis]

La hipótesis de la temperatura fija del yunque también se ha obtenido en simulaciones de climas de exoplanetas . [17] Con CO muy alto
2Sin embargo, en concentraciones que se acercan a un invernadero desbocado , otros efectos físicos relacionados con la opacidad de las nubes pueden tomar el control y dominar la temperatura fija del yunque a medida que las temperaturas de la superficie alcanzan niveles extremos. [18]

Observaciones

La hipótesis de la temperatura fija del yunque ha sido respaldada por estudios observacionales [19] de nubes grandes. Sin embargo, las nubes más pequeñas no tienen una temperatura estable y hay fluctuaciones de temperatura de aproximadamente 5 °C (9 °F) [20] que pueden estar relacionadas con procesos que involucran la circulación Brewer-Dobson . [13] Xu y otros. 2007 descubrió que las temperaturas de las nubes son más estables para nubes con tamaños superiores a 150 kilómetros (93 millas). [21] El aumento de la altura de las cimas de las nubes con el calentamiento también está respaldado por observaciones. [15]

Trascendencia

Las nubes son la segunda mayor incertidumbre en el cambio climático futuro después de las acciones humanas, ya que sus efectos son complicados y no se comprenden adecuadamente. [22] La hipótesis de la temperatura fija del yunque tiene efectos sobre la sensibilidad climática global , ya que las nubes yunque son la fuente más importante de radiación saliente vinculada a la convección tropical [23] y si su temperatura es estable, la radiación saliente no respondería a los cambios de temperatura de la superficie. . [24] Esto crea un componente de retroalimentación positiva de la retroalimentación en la nube . [25] La hipótesis de la temperatura del yunque fijo también se ha utilizado para argumentar que los modelos climáticos deberían utilizar la temperatura en lugar de la presión para modelar la altura de las nubes altas. [26]

Vistas alternativas

Una hipótesis que tendría el efecto contrario sobre el clima es la hipótesis del iris , según la cual la cobertura de las nubes yunque disminuye con el calentamiento, permitiendo así que escape más radiación al espacio y provocando un calentamiento más lento. [27] La ​​hipótesis del calentamiento proporcional del yunque de Zelinka y Hartmann 2010 se formuló sobre la base de modelos de circulación general y prevé un pequeño aumento de la temperatura del yunque con un calentamiento elevado. [28] La última hipótesis pretendía ser una modificación de la hipótesis de la temperatura fija del yunque [20] e incluye consideraciones de estabilidad atmosférica y parece reflejar más fielmente las condiciones climáticas reales. [26] Finalmente, existe la opinión de que las temperaturas de las cimas de las nubes en realidad podrían disminuir con el calentamiento de la superficie [29] a medida que aumenta la altura de la convección. Esto puede constituir una respuesta de desequilibrio. [30]

Investigación

A partir de 2020, se necesitarán más investigaciones para comprender adecuadamente la física de algunas retroalimentaciones de las nubes, [31] ya que difieren entre los modelos, [32] y el progreso en el modelado adecuado de las nubes a nivel mundial es muy lento. [22]

Referencias

  1. ^ ab Hartmann y Larson 2002, pág. 1.
  2. ^ Hartmann y Larson 2002, pág. 3.
  3. ^ Albern, Nicole; Voigt, Aiko; Pinto, Joaquim G. (2019). "Impacto radiativo de las nubes en las respuestas regionales de las corrientes en chorro de latitudes medias y las trayectorias de tormentas al calentamiento global". Revista de avances en el modelado de sistemas terrestres . 11 (7): 1949. Bibcode : 2019JAMES..11.1940A. doi : 10.1029/2018MS001592 . ISSN  1942-2466. S2CID  182771431.
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  7. ^ Seeley, Jeevanjee y Romps 2019, pag. 1842.
  8. ^ Hartmann y Larson 2002, pág. 2.
  9. ^ Del Genio 2016, pag. 107.
  10. ^ Igel, Drager y van den Heever 2014, p. 10516.
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Fuentes