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Ver el documento (formato PDF)   Cabré, María Fernanda.  "Uso de un modelo climático regional para estimar el clima en Sudamérica subtropical para el futuro lejano. Estimación de incertidumbres del modelo"  (2011)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
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Resumen:
Se presenta un análisis de una simulación regional de cambio climático en el sur de Sudamérica para el escenario SRES A2. Con este objetivo, se han preparado dos simulaciones con el modelo regional MM5, una correspondiente al clima presente (1970-1989) y la otra correspondiente al clima futuro (2080-2099). El modelo regional ha sido forzado por el modelo atmosférico de circulación HadAM3H (Hadley Centre). Este trabajo se centra en la evaluación de la capacidad del modelo en representar el clima presente y la señal de cambio climático para el escenario de emisión SRES A2. La performance del modelo regional fue evaluada en términos de valores medios estacionales, evolución temporal del ciclo anual y variabilidad interanual. Las variables estudiadas son la precipitación, la temperatura y algunas variables de circulación en capas bajas. En líneas generales, el modelo MM5 es capaz de reproducir adecuadamente las principales características del clima observado en Sudamérica. La distribución espacial de la temperatura está bien reproducido, sin embargo pueden encontrarse algunos errores sistemáticos, tales como una sobreestimación en el centro y norte de Argentina y una subestimación en las regiones montañosas a lo largo de todo el año. La estructura general de la precipitación y su evolución estacional, también están bien capturadas por el modelo regional; aunque el mismo sobreestima la precipitación en la región andina (específicamente en el centro y sur de Chile) en todas las estaciones del año. La precipitación está subestimada en latitudes tropicales (con el esquema convectivo Grell), sin embargo este esquema convectivo mejora la magnitud simulada por el MM5 en la Cuenca del Plata. El ciclo anual de la precipitación está adecuadamente representado en todas las subregiones analizadas, sin embargo la representación del ciclo anual es mejor para las regiones de La Cuenca del Plata (LPB), Cuyo (CU) y Sureste Pampas (SEP). El ciclo anual de la temperatura también se encuentra bien representado. El análisis de los cambios simulados para el escenario SRES A2 proyectan un aumento de la precipitación en el centro de Argentina, Uruguay y sur de Brasil, particularmente en verano y otoño; mientras que se proyecta una disminución de la misma en todo el dominio para invierno y primavera. Los cambios en la distribución espacial de la temperatura corresponden a un incremento, cuya intensidad está relacionada con la época del año y con la variable seleccionada. Independientemente de la época del año, se proyecta un aumento en la variabilidad interanual de la precipitación para fines de siglo XXI SRES A2 comparada con la climatología de referencia. Mientras que al evaluar los cambios en la variabilidad interanual de la temperatura, se observa un comportamiento diferente. Concluyendo que en el sur de Sudamérica se proyecta una disminución (aumento) de la variabilidad interanual de la temperatura para los meses de verano e invierno (otoño y primavera). En este último caso, las regiones afectadas por dicha tendencia varían de otoño a primavera. En otoño los valores máximos se proyectan en el centro-sur de Chile y Patagonia argentina mientras que en primavera se proyectan en el centro oeste de la República Argentina. Finalmente, se presenta una evaluación muy sintética de la variabilidad interna del modelo regional en escala estacional de un ensamble de tres miembros correspondientes al año 1987. El análisis se ha presentado a través de un estudio de sensibilidad al número de miembros del ensamble, de la distribución espacial y evolución temporal de la variabilidad interna del ensamble. El objetivo de este estudio ha sido cuantificar la incerteza debida a los diferentes estados de inicialización. De los experimentos de sensibilidad al número de miembros, puede concluirse que la variabilidad interna de la precipitación es menor en invierno y primavera comparada con los meses de verano y otoño. Si bien este comportamiento es común en las cuatro marchas analizadas, se observa que al aumentar el número de miembros de un ensamble los valores de variabilidad se restringen a valores determinados, pudiendo mencionar un valor promedio de 5 mm/día para verano y otoño; mientras que magnitudes inferiores a 2.5 mm/día se aprecian en invierno y primavera. En lo que respecta a la temperatura, el rango de variabilidad interna se da entre 0.1 ºC y 1.2 ºC. A pesar de los pocos miembros que componen el ensamble, del estudio se concluye que un aumento de ellos mejoraría la estimación de las incertezas asociadas a la variabilidad interna. Otro punto importante, que ha sido investigado es la relación entre dos factores estudios separadamente. Con dicho propósito, se definieron dos nuevos índices. Uno de ellos relaciona la magnitud del cambio climático con la variabilidad interanual; mientras que el otro relaciona la magnitud del cambio climático con la variabilidad interna. A pesar de la breve discusión, la conclusión importante para remarcar es que ambos índices dependen de la variable seleccionada. En el caso de la precipitación, la señal de cambio climático proyectada para el escenario SRES A2 (2080-2099) no parece ser robusta comparada con la variabilidad interanual y con la variabilidad interna del modelo regional MM5. Sin embargo al examinar la señal de cambio proyectada para la temperatura, puede concluirse que la misma es significativa comparada tanto con la variabilidad interanual como con la variabilidad interna del modelo regional. En términos generales, teniendo presente la calidad de la simulación se puede concluir que el modelo regional es capaz de reproducir las características generales del clima en la región, el ciclo estacional, la variabilidad interanual e interna de las variables de superficie. Más allá de lo anteriormente expuesto, el presente estudio de cambio climático provee de valuable información acerca de la performance del modelo MM5 en simular la respuesta del clima a un dado periodo y escenario. Por lo tanto el modelo MM5 es una herramienta de mucha utilidad en la generación de escenarios regionales de cambio climático de alta resolución en el sur de Sudamérica, lo que constituye un interesante punto de partida para elaborar otras evaluaciones con diferentes índices, que no han sido examinados en el presente trabajo de tesis.

Abstract:
An analysis of the SRES A2 regional climate change simulation over southern South America is presented here. For this objective, two sets of multidecadal simulations of the present (1970-1989) and future (2080-2099) climate from the regional model MM5 have been performed. The regional model was nested within time-slice global atmospheric model experiments conducted by the HadAM3H model. This work focuses on the evaluation of the capability of the model in simulating the observed climate and the response of the climate to SRES A2 emission scenario. The regional model performance was evaluated in terms of seasonal means, the temporal evolution of the annual cycle and the interannual variability. Precipitation, surface air temperature and low-level circulation patterns have been investigated. Overall, the MM5 model is able to capture the main features of the observed mean surface climate over South America. The observed regional pattern of surface air temperature is well reproduced, although some systematic biases are found, such us an overestimation the centre-north region of Argentina and an underestimation over mountainous regions during all seasons. The broad spatial distribution of the precipitation and its seasonal evolution are well captured; however, the regional model overestimates the precipitation over the Andes region (centre and north of Chile) in all seasons. Precipitation amounts are underestimated at tropical latitudes (with Grell convective scheme), however this convective scheme improves the magnitudes simulated by MM5 model over La Plata Basin. The annual cycle of the precipitation is well captured over all the sub-regions evaluated, however in Plata Basin (LPB), Cuyo (CU) and Sureste Pampas (SEP) are the best reproduced. The annual cycle of temperature is well represented too. The analyses of the simulated changes for the SRES A2 emission scenario reflects an increase of precipitation over center of Argentina, Uruguay and south of Brazil, particularly in summer and autumn; whereas is projected a decrease over all the domain during winter and spring. The changes in the geographical distribution of the temperature correspond to an increase, whose intensity is related to the season and the selected region. Regardless of the season, is projected an increase of the interannual variability of the precipitation in the SRES A2 scenario compared to the current climate. While in the case of temperature the spatial distribution of the changes in standard desviation are quite different. We conclude that over southern South America is projected a decrease (increase) of the interannual variability of temperature for summer and winter (fall and spring). In the latter case, in autumn the maximum values are predicted to be over centre and south of Chile and Patagonia, while in spring are projected onto the west-central Argentina. Finally, we present a short evaluation of internal variability of the model at seasonal scale from an ensemble of three members for the year 1987. Each simulation is different for the others in their initialization. This analysis has been presented through a study of sensitivity to the number of the members of the ensemble, the spatial distribution and temporal evolution of the internal variability of the ensemble. The aim of this study has been to quantify the uncertainty due to different initial conditions. The evaluation of sensitivity experiments to the number of ensemble members, in terms of its annual cycle, suggests that the internal variability of the precipitation is smaller in winter and spring than summer and autumn. Although this behavior is common to the cycles analyzed, we can argue that increasing the number of ensemble members the magnitude of the variability is restricted to certain values. (It can found 5 mm/day in summer and fall, and lower magnitudes than 2.5 mm/day are found in winter and spring). In the case of temperature, the internal variability range is between 0.1 ºC an 1.2 ºC. Despite of the few members of the ensemble, the analysis suggests that an increased of them improves the estimation of uncertainties, due to internal variability. Another important point, which has been investigated is the relation between two metrics studied separately. For this purpose, two indices have been defined. One of them correspond to the magnitude of climate change in relation to interannual varabiality, and the other is the relation between the magnitud of climate change with internal variability. In spite of the brief discussion, the finally conclusion is that these metrics depend on the variable. In relation to precipitation, the magnitude of the climate change projected will not be robust compare to both of them. But in the case of temperature, the evaluation suggests that the warming is robust compare to both variabilities. Overall, taking into account the quality of the simulation, it can conclude that the regional model is capable in reproducing the main general patterns, the seasonal cycle, the interannual and internal variability of surface variables. Apart from that, the present climate change study gives valuable information about the performance of the MM5 model in simulating the response of the climate to a given period and scenario. So, the concluding remark suggests that MM5 model is a useful tool in the generation of regional climate change scenarios of high resolution over southern South America and is an interesting starting point to perform others evaluations with different metrics, that have not been inspected here.

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Registro:
Título : Uso de un modelo climático regional para estimar el clima en Sudamérica subtropical para el futuro lejano. Estimación de incertidumbres del modelo     =    Use of a regional climate model for estimating the subtropical climate in south America far future uncertinties estimation model
Autor : Cabré, María Fernanda
Director : Nuñez, Mario
Solman, Silvina
Consejero : Fernández, Adriana
Jurados : Barros, Vicente  ; Boulanger, Jean-Philippe  ; Berbery, Ernesto Hugo
Año : 2011
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera (CIMA)
Grado obtenido : Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_5048_Cabre
Idioma : Español
Area Temática : Ciencias de la Atmósfera / Climatología y Cambio Climático
Palabras claves : MODELADO CLIMATICO REGIONAL; SUR DE SUDAMERICA; CLIMA PRESENTE; ESCENARIOS DE CAMBIO CLIMATICO; VARIABILIDAD INTERANUAL; VARIABILIDAD INTERNA; REGIONAL CLIMATE MODELLING; SOUTHTERN SOUTH AMERICA; PRESENT CLIMATE; CLIMATE CHANGES SCENARIOS; INTERANNUAL VARIABILITY; INTERNAL VARIABILITY
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