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La climatología (del griego κλίμα , klima , "pendiente"; y -λογία , -logia ) o ciencia del clima es el estudio científico del clima de la Tierra , típicamente definido como las condiciones meteorológicas promediadas durante un período de al menos 30 años. [1] El clima se refiere a la condición atmosférica durante un período de tiempo extendido a indefinido; el tiempo es la condición de la atmósfera durante un período de tiempo relativamente breve. Los principales temas de investigación son el estudio de la variabilidad climática , los mecanismos de los cambios climáticos y el cambio climático moderno . [2] [3] Este tema de estudio se considera parte de las ciencias atmosféricas y una subdivisión de la geografía física , que es una de las ciencias de la Tierra . La climatología incluye algunos aspectos de la oceanografía y la biogeoquímica .
Los principales métodos empleados por los climatólogos son el análisis de las observaciones y la modelización de los procesos físicos que determinan el clima. La predicción meteorológica a corto plazo puede interpretarse en términos del conocimiento de fenómenos climáticos a largo plazo, por ejemplo, ciclos climáticos como El Niño-Oscilación del Sur (ENSO), la oscilación Madden-Julian (MJO), la oscilación del Atlántico Norte (NAO), la oscilación del Ártico (AO), la oscilación decenal del Pacífico (PDO) y la oscilación interdecenal del Pacífico (IPO). Los modelos climáticos se utilizan para diversos fines, desde el estudio de la dinámica del sistema meteorológico y climático hasta las predicciones del clima futuro. [2]
Los griegos comenzaron el estudio formal del clima; de hecho, la palabra clima se deriva de la palabra griega klima, que significa "pendiente", refiriéndose a la pendiente o inclinación del eje de la Tierra. Podría decirse que el texto clásico más influyente sobre el clima fue Sobre los aires, las aguas y los lugares [4] escrito por Hipócrates alrededor del 400 a. C. Esta obra comentó sobre el efecto del clima en la salud humana y las diferencias culturales entre Asia y Europa. [4] Esta idea de que el clima controla qué poblaciones sobresalen dependiendo de su clima, o determinismo climático , siguió siendo influyente a lo largo de la historia. [4] El científico chino Shen Kuo (1031-1095) dedujo que los climas cambiaron naturalmente durante un enorme lapso de tiempo, después de observar bambúes petrificados encontrados bajo tierra cerca de Yanzhou (actual Yan'an , provincia de Shaanxi ), un área de clima seco no apta en ese momento para el crecimiento del bambú. [5]
La invención de los termómetros y barómetros durante la Revolución científica permitió el mantenimiento sistemático de registros, que comenzó ya en 1640-1642 en Inglaterra. [4] Entre los primeros investigadores del clima se encuentra Edmund Halley , quien publicó un mapa de los vientos alisios en 1686 después de un viaje al hemisferio sur. Benjamin Franklin (1706-1790) fue el primero en trazar un mapa del curso de la Corriente del Golfo para su uso en el envío de correo desde América del Norte a Europa. Francis Galton (1822-1911) inventó el término anticiclón . [6] Helmut Landsberg (1906-1985) fomentó el uso del análisis estadístico en climatología.
A principios del siglo XX, la climatología se centró principalmente en la descripción de los climas regionales. Esta climatología descriptiva era principalmente una ciencia aplicada que proporcionaba a los agricultores y a otras personas interesadas estadísticas sobre el tiempo normal y las grandes posibilidades de que se produjeran fenómenos extremos. [7] Para ello, los climatólogos tenían que definir una normal climática , o un promedio de condiciones meteorológicas y fenómenos meteorológicos extremos a lo largo de un período de, por lo general, 30 años. [8] Aunque los científicos conocían cambios climáticos pasados, como las eras de hielo , el concepto de que el clima cambiaba muy gradualmente era útil para la climatología descriptiva. Esto empezó a cambiar durante las décadas siguientes y, aunque la historia de la ciencia del cambio climático empezó antes, el cambio climático sólo se convirtió en uno de los principales temas de estudio de los climatólogos durante la década de 1970 y posteriormente. [9]
Los distintos subtemas de la climatología estudian distintos aspectos del clima. Existen diferentes categorizaciones de los subtemas de la climatología. Por ejemplo, la Sociedad Meteorológica Estadounidense identifica la climatología descriptiva, la climatología científica y la climatología aplicada como las tres subcategorías de la climatología, una categorización basada en la complejidad y el propósito de la investigación. [10] Los climatólogos aplicados aplican su experiencia a diferentes industrias, como la manufactura y la agricultura . [11]
La paleoclimatología es el intento de reconstruir y comprender los climas del pasado mediante el examen de registros como núcleos de hielo y anillos de árboles ( dendroclimatología ). La paleotempestología utiliza estos mismos registros para ayudar a determinar la frecuencia de los huracanes a lo largo de milenios. La climatología histórica es el estudio del clima en relación con la historia humana y, por lo tanto, se ocupa principalmente de los últimos miles de años.
La climatología de la capa límite se ocupa de los intercambios de agua, energía y momento cerca de las superficies. [12] Otros subtemas identificados son la climatología física, la climatología dinámica, la climatología de tornados , la climatología regional, la bioclimatología y la climatología sinóptica . El estudio del ciclo hidrológico en escalas de tiempo largas a veces se denomina hidroclimatología, en particular cuando se estudian los efectos del cambio climático en el ciclo del agua. [10]
El estudio de los climas contemporáneos incorpora datos meteorológicos acumulados a lo largo de muchos años, como registros de precipitaciones, temperatura y composición atmosférica. El conocimiento de la atmósfera y su dinámica también se plasma en modelos , ya sean estadísticos o matemáticos , que ayudan a integrar diferentes observaciones y comprobar su correspondencia. Los modelos se utilizan para comprender los climas pasados, presentes y futuros potenciales.
La investigación climática se dificulta debido a la gran escala, los largos períodos de tiempo y los complejos procesos que rigen el clima. El clima se rige por principios físicos que pueden expresarse como ecuaciones diferenciales . Estas ecuaciones están acopladas y son no lineales, de modo que se obtienen soluciones aproximadas mediante el uso de métodos numéricos para crear modelos climáticos globales . El clima a veces se modela como un proceso estocástico , pero esto generalmente se acepta como una aproximación a procesos que de otro modo serían demasiado complicados de analizar.
La recopilación de un amplio registro de variables climáticas es esencial para el estudio del clima. La climatología se ocupa de los datos agregados que los meteorólogos han registrado. [13] Los científicos utilizan observaciones tanto directas como indirectas del clima, desde satélites de observación de la Tierra e instrumentación científica como una red global de termómetros , hasta hielo prehistórico extraído de glaciares . [14] A medida que la tecnología de medición cambia con el tiempo, los registros de datos a menudo no se pueden comparar directamente. Como las ciudades son generalmente más cálidas que las áreas circundantes, la urbanización ha hecho necesario corregir constantemente los datos para este efecto de isla de calor urbana . [15]
Los modelos climáticos utilizan métodos cuantitativos para simular las interacciones de la atmósfera, los océanos, la superficie terrestre y el hielo. Se utilizan para diversos fines, desde el estudio de la dinámica del sistema meteorológico y climático hasta las proyecciones del clima futuro. Todos los modelos climáticos equilibran, o casi equilibran, la energía entrante en forma de radiación electromagnética de onda corta (incluida la visible) a la Tierra con la energía saliente en forma de radiación electromagnética de onda larga (infrarroja) de la Tierra. Cualquier desequilibrio da como resultado un cambio en la temperatura media de la Tierra. La mayoría de los modelos climáticos incluyen los efectos radiativos de los gases de efecto invernadero , como el dióxido de carbono . Estos modelos predicen una tendencia al aumento de las temperaturas de la superficie , así como un aumento más rápido de la temperatura en latitudes más altas.
Los modelos pueden variar desde relativamente simples a complejos:
Además, están disponibles con diferentes resoluciones que van desde >100 km hasta 1 km. Las resoluciones altas en los modelos climáticos globales requieren un gran esfuerzo computacional y solo existen unos pocos conjuntos de datos globales. Algunos ejemplos son ICON [16] o datos reducidos mecánicamente como CHELSA (Climatologías de alta resolución para las áreas de superficie terrestre de la Tierra). [17] [18]
Los temas que estudian los climatólogos comprenden tres categorías principales: variabilidad climática , mecanismos del cambio climático y cambios modernos del clima. [19]
Varios factores afectan el estado promedio de la atmósfera en un lugar en particular. Por ejemplo, las latitudes medias tendrán un ciclo estacional pronunciado de temperatura, mientras que las regiones tropicales muestran poca variación de temperatura a lo largo de un año. [20] Otra variable importante del clima es la continentalidad: la distancia a los principales cuerpos de agua, como los océanos . Los océanos actúan como un factor moderador, de modo que la tierra cercana a ellos suele tener menos diferencia de temperatura entre el invierno y el verano que las áreas más alejadas. [21] La atmósfera interactúa con otras partes del sistema climático , y los vientos generan corrientes oceánicas que transportan calor por todo el globo. [22]
La clasificación es un método importante para simplificar procesos complicados. A lo largo de los siglos se han desarrollado diferentes clasificaciones climáticas , siendo las primeras en la Antigua Grecia . La forma en que se clasifican los climas depende de cuál sea su aplicación. Un productor de energía eólica requerirá información diferente (viento) en una clasificación que alguien más interesado en la agricultura, para quien la precipitación y la temperatura son más importantes. [23] La clasificación más utilizada, la clasificación climática de Köppen , se desarrolló a fines del siglo XIX y se basa en la vegetación. Utiliza datos mensuales sobre temperatura y precipitación . [24]
Existen distintos tipos de variabilidad: patrones recurrentes de temperatura u otras variables climáticas. Se cuantifican con distintos índices. De forma muy similar a como se utiliza el Dow Jones Industrial Average , que se basa en los precios de las acciones de 30 empresas, para representar las fluctuaciones de los precios de las acciones en general, los índices climáticos se utilizan para representar los elementos esenciales del clima. Los índices climáticos se diseñan generalmente con el doble objetivo de simplicidad y completitud, y cada índice representa típicamente el estado y el momento del factor climático que representa. Por su propia naturaleza, los índices son simples y combinan muchos detalles en una descripción general y generalizada de la atmósfera o el océano que se puede utilizar para caracterizar los factores que afectan al sistema climático global.
El Niño-Oscilación del Sur (ENSO) es un fenómeno acoplado océano-atmósfera en el Océano Pacífico responsable de gran parte de la variabilidad global de la temperatura, [22] y tiene un ciclo de entre dos y siete años. [25] La oscilación del Atlántico Norte es un modo de variabilidad que se limita principalmente a la atmósfera inferior, la troposfera . La capa de atmósfera superior, la estratosfera, también es capaz de crear su propia variabilidad, la más importante de las cuales es la oscilación Madden-Julian (MJO), que tiene un ciclo de aproximadamente 30 a 60 días. La oscilación interdecadal del Pacífico puede crear cambios en el Océano Pacífico y la atmósfera inferior en escalas de tiempo decenales.
El cambio climático se produce cuando los cambios en el sistema climático de la Tierra dan lugar a nuevos patrones meteorológicos que se mantienen durante un período prolongado de tiempo. Esta duración de tiempo puede ser tan breve como unas pocas décadas o tan larga como millones de años. El sistema climático recibe casi toda su energía del sol. El sistema climático también emite energía al espacio exterior . El equilibrio de energía entrante y saliente, y el paso de la energía a través del sistema climático, determina el balance energético de la Tierra . Cuando la energía entrante es mayor que la energía saliente, el balance energético de la Tierra es positivo y el sistema climático se está calentando. Si sale más energía, el balance energético es negativo y la Tierra experimenta un enfriamiento. [26] El cambio climático también influye en el nivel medio del mar .
El cambio climático moderno se debe en gran medida a las emisiones humanas de gases de efecto invernadero provenientes de la quema de combustibles fósiles, que aumentan las temperaturas medias globales de la superficie . El aumento de la temperatura es solo un aspecto del cambio climático moderno, que también incluye los cambios observados en las precipitaciones , las trayectorias de las tormentas y la nubosidad. Las temperaturas más cálidas están provocando más cambios en el sistema climático , como el derretimiento generalizado de los glaciares , el aumento del nivel del mar y los cambios en la flora y la fauna. [27]
A diferencia de la meteorología , que se centra en los sistemas meteorológicos de corto plazo que no duran más que unas pocas semanas, la climatología estudia la frecuencia y las tendencias de esos sistemas. Estudia la periodicidad de los fenómenos meteorológicos a lo largo de años o milenios, así como los cambios en los patrones meteorológicos promedio a largo plazo en relación con las condiciones atmosféricas. Los climatólogos estudian tanto la naturaleza de los climas (locales, regionales o globales) como los factores naturales o inducidos por el hombre que provocan cambios en el clima. La climatología considera el pasado y puede ayudar a predecir el cambio climático futuro .
Los fenómenos de interés climatológico incluyen la capa límite atmosférica , los patrones de circulación , la transferencia de calor ( radiativo , convectivo y latente ), las interacciones entre la atmósfera y los océanos y la superficie terrestre (particularmente la vegetación, el uso de la tierra y la topografía ), y la composición química y física de la atmósfera.
Un método relativamente difícil de pronóstico, la técnica analógica requiere recordar un evento meteorológico anterior que se espera que sea imitado por un evento próximo. Lo que la convierte en una técnica difícil es que rara vez hay un análogo perfecto para un evento del futuro. [28] Algunos se refieren a este tipo de pronóstico como reconocimiento de patrones, que sigue siendo un método útil para estimar la lluvia sobre vacíos de datos como los océanos utilizando el conocimiento de cómo las imágenes satelitales se relacionan con las tasas de precipitación sobre la tierra, [29] así como el pronóstico de las cantidades de precipitación y la distribución del futuro. Una variación de este tema, utilizada para el pronóstico de mediano plazo, se conoce como teleconexiones , cuando se utilizan sistemas en otras ubicaciones para ayudar a determinar la ubicación de un sistema dentro del régimen circundante. [30] Un método para utilizar teleconexiones es mediante el uso de índices climáticos como los fenómenos relacionados con ENSO. [31]
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