Paul Smits, Anders Friis-Christensen European Commission, DG Joint Research Centre
Posible Dependencia entre las Nubes Bajas, Dimetilsulfuro ... · Friis-Christensen, E., and K....
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Posible Dependencia entre las Nubes Bajas, Dimetilsulfuro y la Radiación Ultravioleta A RESUMEN La variabilidad solar es uno de los principales mecanismos en el clima de la Tierra. Los procesos biológicos son afectados por diferentes factores, algunos de estos han sido propuestos como mecanismos que afectan el clima terrestre. En este trabajo se investiga la relación entre la Radiación Ultravioleta A (320-400nm), las Nubes Bajas y el Dimetilsulfuro (DMS), producido por el fitoplancton marino en el océano. El DMS ha sido propuesto como un modulador indirecto del clima a través de su efecto en las nubes y por ende en el albedo. Se realizó un estudio entre estos tres factores en la zona del Océano Pacífico y en una franja entre 40°- 60° S. La cuantificación de la relación entre estos parámetros podría ser la base de otros mecanismos ligados a la actividad solar y el clima de la Tierra. Jaime Osorio 1 y Blanca Mendoza 1 1 Instituto de Geofísica UNAM, Ciudad Universitaria 04510, México D.F. México 1. Introducción En trabajos recientes (Friis-Christensen and Lassen, 1991; Lean et al., 1995; Svensmark and Friis-Christensen, 1997; Marsh and Svensmark, 2000a, 2000b; Gleisner and Thejll, 2003; Kristjánsson et al., 2004) indican que el forzamiento solar es un componente importante de la variabilidad natural del clima terrestre. El mecanismo o mecanismos todavía no están claros, y varias alternativas se han propuesto. Un mecanismo válido debe incorporar las características observadas, que incluye: la mayor variabilidad solar ocurre en la parte ultravioleta/azul del espectro; que los cambios son relativamente pequeños (0.1%) en la radiación solar, se requiere un mecanismo de amplificación climática para contar en los cambios de temperatura de la Tierra; que las nubes bajas parecen mostrar una fuerte correlación con los rayos cósmicos galácticos; que el mecanismo es más fuerte en regiones subtropicales y en los océanos y por lo tanto, en el Hemisferio Sur en comparación con el Norte. Aquí un nuevo mecanismo es propuesto: que el forzamiento solar del clima se produce a través de cambios en el flujo de radiación ultravioleta que llega a la superficie de la Tierra y afecta la productividad del fitoplancton oceánico, así como la actividad del Dimetilsulfuro (DMS) en los océanos. Esto altera el flujo de DMS en el atmósfera, el cual a su vez afecta el número de Núcleos de Condensación Nubosos (CCN), y por lo tanto el albedo planetario, la temperatura y el clima. 2. Datos y Resultados En el presente estudio se utilizaron datos de radiacion ultravioleta A (UVA) , la cual comprende de 320 a 400nm, debido a que las longitudes de onda mayores a 310nm penetran la atmósfera, y llega a superficie aproximadamente el 95% de esta radiacion ultravioleta (Lean et al., 1998) y es de gran importancia en los ecosistemas marinos. Los datos de UVA que se utilizaron fue una reconstrucción de diferentes proyectos debido a que no hay series largas de UVA, fueron tomados de: 1978-1985 Nimbus 7, 1985-1989 NOAA-9, 1989-1992 NOAA-11 y de 1992-2008 SUSIM, esto se puede observar en la figura 1. Figura 1. Composición espectral de la irradiancia por longitud de onda. La serie se obtuvo de Lean et al., 1998 para UVA en el tope de la atmosfera de 1983 a 2008, y para calcular el UVA atenuado se utilizo el modelo SBDART (http://www.ices s.ucsb.edu/esrg/SBDART.html), el cual calcula y resuelve la ecuación de transferencia de radiación modificando ciertos parámetros atmosféricos. El método de ordenadas discretas da un algoritmo confiable y numéricamente estable para resolver las ecuaciones de transferencia de radiación en un plano paralelo, en un ambiente verticalmente no homogéneo como la atmósfera (Ricchiazzi et al., 1998). La serie de datos de UVA en el tope de la atmósfera y UVA atenuado se pueden observar en al figura 2. Figura 2. Serie de radiación UVA en el tope de la atmósfera y UVA atenuado en ∼5% en la superficie. Para la serie de DMS se utilizo la base de datos más grande de mediciones en el mar (http://saga.pmel.noaa.gov/dms/), la cual comprende casi 38 años y 48 mil mediciones in situ (Kettle et al., 1999). Se seleccionaron datos entre 40°S y 60°S para toda la franja en el hemisferio sur; y también se obtuvieron datos para todo el océano pacifico, se uso de -70 a -180 y 110 a 180 grados de longitud, y de latitud, de 70N a 60S para cubrir todo el océano. Las series de DMS se pueden observar en la figura 3. Figura 3. Series de DMS en el Océano Pacífico y en la franja 40°S-60°S. Para la serie de Nubes Bajas se utilizaron datos del Proyecto ISCCP-D2 de 1983 a 2008 (ftp://isccp.giss.nasa.gov/pub/data/D2 CLOUDTYPES) de 1983 a 2008 (Schiffer et al., 1983). Las series de nubes bajas se obtuvieron para las mismas coordenadas geográficas que el DMS y se pueden observar en la figura 4. Figura 4. Series de Nubes Bajas en el Océano Pacífico y en la franja 40°S-60°S. Posteriormente se realizó un análisis de correlación y de ondeletas entre las tres diferentes series para encontrar sus periodicidades principales. Para el caso del DMS y el UVA en el Océano Pacífico se obtuvo una correlación de 0.21, ver figura 5. Figura 5. Correlación y análisis de ondeleta entre el DMS y UVA. Para el DMS y UVA en 40°S-60°S se obtuvo una correlación de 0.05, ver figura 6. Figura 6. Correlación y análisis de ondeleta entre el DMS y UVA en la franja 40°S-60°S. Para el caso de las Nubes Bajas y el UVAen el Océano Pacífico se obtuvo una correlación de 0.0003, ver figura 7. Figura 7. Correlación y análisis de ondeleta entre el UVA y Nubes en el Océano Pacífico. Para el caso de las Nubes Bajas y el UVA en 40°S-60°S se obtuvo una correlación de 0.03, ver figura 8. Figura 8. Correlación y análisis de ondeleta entre UVA y Nubes en la franja 40°S-60°S. 3. Conclusiones El posible mecanismo propuesto aquí da un modelo conceptual junto con observaciones en la respuesta climática del DMS y la radiacion UVA. En la relación UVA-DMS se observó que si hay un incremento de UVA este puede ser asociado a un decremento en la producción de DMS, y por ende en CCN, particularmente en nubes bajas. Se calculo una serie de UVA atenuada en la atmosfera con el modelo SBDART, la cual interactúa con el DMS y presenta variaciones importantes en las dos zonas de estudio, la correlación mas alta se encontró entre el UVA y las nubes bajas en el Océano Pacífico. El análisis de ondeleta en la mayoría de los casos estudiados muestra periodicidades pequeñas. El mecanismo UV-DMS podría estar influenciando el clima de la tierra a través de la biota marina. La cuantificación de la relación entre estos parámetros podría ser la base de otros mecanismos ligados a la actividad solar y el clima de la Tierra. Referencias • Friis-Christensen, E., and K. Lassen, Length of the solar cycle: An indicator of solar activity closely associated with climate, Sciencie, 254, 698-700, 1991. • Gleisner, H., and P. Thejll, Patterns of tropospheric response to solar variability, Geophys. Res. Lett., 30(13), 1711, doi:10.1029/2003GL017129, 2003. • Kettle, A. J., Andreae, M. O., Amouroux, D., Andreae, T. W., Bates, T. S., Berresheim, H., Bingemer, H., Boniforti, R., Curran, M. A. J., DiTullio, G. R., Helas, G. ; Jones, G. B., Keller, M. D., Kiene, R. P., Leck, C., Levasseur, M., Malin, G., Maspero, M., Matrai, P., McTaggart, A. R., Mihalopoulos, N., Nguyen, B. C., Novo, A., Putaud, J. P., Rapsomanikis, S., Roberts, G., Schebeske, G., Sharma, S., Simó, R., Staubes, R., Turner, S., Uher, G, A global database of sea surface dimethyl sulfide (DMS) measurements and a procedure to predict sea surface DMS as a function of latitude, longitude, and month, Global Biogeochem. Cycles, 13(2), p. 399-444, 1999. • Kristjánsson, J. E., J. Kristiansen, and E. Kaas, Solar activity, cosmic rays, clouds and climate-An update, Adv. Space Res., 34, 407-415, 2004. • Lean, J., J. Beer, and R. Bradley, Reconstruction of solar irradiance since 1610: Implications for climate change, Geophys. Res. Lett., 22, 3195-3198, 1995. • Lean, J. L., G. J. Rottman, H. L. Kyle, T. N. Woods, J. R. Hickey, and L. C. Puga, Detection and parameterization of variation in solar mid and near- ultraviolet radiation (200-400nm), J. Geopys. Res., 102, 29, 939-29, 956, 1998. • Marsh, N. D., and H. Svensmark, Low cloud properties influenced by cosmic rays, Phys. Rev. Lett., 85(23), 5004-5007, 2000. • Marsh, N. D., and H. Svensmark, Cosmic rays, clouds and climate, Space Sci. Rev., 84(1), 215-230, 2000. • Osorio, J., Mendoza, B., Velasco, V., Methane Sulphonic Acid trend associated with Beryllium-10 and Solar Irradiance, ICRC, Vol. 1(SH), 501-504, 2008. • Ricchiazzi, P., Yang, S., Gautier, C., Sowle, D., SBDART: A Research and Teaching Software Tool for Plane-Parallel Radiative Transfer in the Earth’s Atmosphere, Bull.Amer. Meteor. Soc., Vol. 79, Num. 10, 2101-2114, 1998. • Schiffer, R.A., and Rossow, W.B., The International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP): The First Project of the World Climate Research Programme, Bull. Amer. Meteor. Soc., 64, 779-784, 1983. • Svensmark, H., and E. Friis-Christensen, Variation of cosmic ray flux and global cloud covergae-A missing link in solar-climate relationships, J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 59, 1225-1232, 1997.
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Posible Dependencia entre las Nubes Bajas, Dimetilsulfuro y la Radiación
Ultravioleta A
RESUMENLa variabilidad solar es uno de los principales mecanismos en el clima de la Tierra. Los procesos biológicos son afectados por diferentes factores,
algunos de estos han sido propuestos como mecanismos que afectan el clima terrestre. En este trabajo se investiga la relación entre la RadiaciónUltravioleta A (320-400nm), las Nubes Bajas y el Dimetilsulfuro (DMS), producido por el fitoplancton marino en el océano. El DMS ha sidopropuesto como un modulador indirecto del clima a través de su efecto en las nubes y por ende en el albedo. Se realizó un estudio entre estos tresfactores en la zona del Océano Pacífico y en una franja entre 40°- 60° S. La cuantificación de la relación entre estos parámetros podría ser la basede otros mecanismos ligados a la actividad solar y el clima de la Tierra.
Jaime Osorio1 y Blanca Mendoza1
1Instituto de Geofísica UNAM, Ciudad Universitaria 04510, México D.F. México
1. Introducción
En trabajos recientes (Friis-Christensen andLassen, 1991; Lean et al., 1995; Svensmarkand Friis-Christensen, 1997; Marsh andSvensmark, 2000a, 2000b; Gleisner andThejll, 2003; Kristjánsson et al., 2004)indican que el forzamiento solar es uncomponente importante de la variabilidadnatural del clima terrestre. El mecanismo omecanismos todavía no están claros,y varias alternativas se han propuesto.Un mecanismo válido debe incorporar lascaracterísticas observadas, que incluye:la mayor variabilidad solar ocurre en laparte ultravioleta/azul del espectro; que loscambios son relativamente pequeños (0.1%)en la radiación solar, se requiere unmecanismo de amplificación climática paracontar en los cambios de temperatura de laTierra; que las nubes bajas parecen mostraruna fuerte correlación con los rayoscósmicos galácticos; que el mecanismo esmás fuerte en regiones subtropicales y enlos océanos y por lo tanto, en el HemisferioSur en comparación con el Norte.Aquí un nuevo mecanismo es propuesto:que el forzamiento solar del clima seproduce a través de cambios en el flujo deradiación ultravioleta que llega a lasuperficie de la Tierra y afecta laproductividad del fitoplancton oceánico, asícomo la actividad del Dimetilsulfuro (DMS)en los océanos. Esto altera el flujo de DMSen el atmósfera, el cual a su vez afecta elnúmero de Núcleos de CondensaciónNubosos (CCN), y por lo tanto el albedoplanetario, la temperatura y el clima.
2. Datos y Resultados
En el presente estudio se utilizaron datos deradiacion ultravioleta A (UVA) , la cualcomprende de 320 a 400nm, debido a quelas longitudes de onda mayores a 310nmpenetran la atmósfera, y llega a superficieaproximadamente el 95% de esta radiacionultravioleta (Lean et al., 1998) y es de granimportancia en los ecosistemas marinos.Los datos de UVA que se utilizaron fue unareconstrucción de diferentes proyectosdebido a que no hay series largas de UVA,fueron tomados de: 1978-1985 Nimbus 7,1985-1989 NOAA-9, 1989-1992 NOAA-11y de 1992-2008 SUSIM, esto se puedeobservar en la figura 1.
Figura 1. Composición espectral de la irradiancia por longitud de onda.
La serie se obtuvo de Lean et al., 1998 paraUVA en el tope de la atmosfera de 1983 a2008, y para calcular el UVA atenuado seutilizo el modelo SBDART (http://www.icess.ucsb.edu/esrg/SBDART.html), el cualcalcula y resuelve la ecuación detransferencia de radiación modificandociertos parámetros atmosféricos. El métodode ordenadas discretas da un algoritmoconfiable y numéricamente estable pararesolver las ecuaciones de transferencia deradiación en un plano paralelo, en unambiente verticalmente no homogéneocomo la atmósfera (Ricchiazzi et al., 1998).La serie de datos de UVA en el tope de laatmósfera y UVA atenuado se puedenobservar en al figura 2.
Figura 2. Serie de radiación UVA en el tope de la atmósfera y UVA atenuado en ∼5% en
la superficie.Para la serie de DMS se utilizo la base dedatos más grande de mediciones en el mar(http://saga.pmel.noaa.gov/dms/), la cualcomprende casi 38 años y 48 milmediciones in situ (Kettle et al., 1999).Se seleccionaron datos entre 40°S y 60°Spara toda la franja en el hemisferio sur; ytambién se obtuvieron datos para todo elocéano pacifico, se uso de -70 a -180 y 110a 180 grados de longitud, y de latitud, de70N a 60S para cubrir todo el océano. Lasseries de DMS se pueden observar en lafigura 3.
Figura 3. Series de DMS en el Océano Pacífico y en la franja 40°S-60°S.
Para la serie de Nubes Bajas se utilizarondatos del Proyecto ISCCP-D2 de 1983 a2008 (ftp://isccp.giss.nasa.gov/pub/data/D2CLOUDTYPES) de 1983 a 2008 (Schiffer etal., 1983). Las series de nubes bajas seobtuvieron para las mismas coordenadasgeográficas que el DMS y se puedenobservar en la figura 4.
Figura 4. Series de Nubes Bajas en el Océano Pacífico y en la franja 40°S-60°S.
Posteriormente se realizó un análisis decorrelación y de ondeletas entre las tresdiferentes series para encontrar susperiodicidades principales. Para el caso delDMS y el UVA en el Océano Pacífico seobtuvo una correlación de 0.21, ver figura 5.
Figura 5. Correlación y análisis de ondeleta entre el DMS y UVA.
Para el DMS y UVA en 40°S-60°S seobtuvo una correlación de 0.05, ver figura 6.
Figura 6. Correlación y análisis de ondeleta entre el DMS y UVA en la franja 40°S-60°S .
Para el caso de las Nubes Bajas y el UVA enel Océano Pacífico se obtuvo unacorrelación de 0.0003, ver figura 7.
Figura 7. Correlación y análisis de ondeleta entre el UVA y Nubes en el Océano Pacífico.
Para el caso de las Nubes Bajas y el UVAen 40°S-60°S se obtuvo una correlación de0.03, ver figura 8.
Figura 8. Correlación y análisis de ondeleta entre UVA y Nubes en la franja 40°S-60°S.
3. Conclusiones
El posible mecanismo propuesto aquí da unmodelo conceptual junto con observacionesen la respuesta climática del DMS y laradiacion UVA. En la relación UVA-DMSse observó que si hay un incremento deUVA este puede ser asociado a undecremento en la producción de DMS, y porende en CCN, particularmente en nubesbajas. Se calculo una serie de UVA atenuadaen la atmosfera con el modelo SBDART, lacual interactúa con el DMS y presentavariaciones importantes en las dos zonas deestudio, la correlación mas alta se encontróentre el UVA y las nubes bajas en el OcéanoPacífico. El análisis de ondeleta en lamayoría de los casos estudiados muestraperiodicidades pequeñas. El mecanismoUV-DMS podría estar influenciando elclima de la tierra a través de la biota marina.La cuantificación de la relación entre estosparámetros podría ser la base de otrosmecanismos ligados a la actividad solar y elclima de la Tierra.
Referencias
• Friis-Christensen, E., and K. Lassen, Length of the solar cycle: An indicator ofsolar activity closely associated with climate, Sciencie, 254, 698-700, 1991.• Gleisner, H., and P. Thejll, Patterns of tropospheric response to solarvariability, Geophys. Res. Lett., 30(13), 1711, doi:10.1029/2003GL017129,2003.• Kettle, A. J., Andreae, M. O., Amouroux, D., Andreae, T. W., Bates, T. S.,Berresheim, H., Bingemer, H., Boniforti, R., Curran, M. A. J., DiTullio, G. R.,Helas, G. ; Jones, G. B., Keller, M. D., Kiene, R. P., Leck, C., Levasseur, M.,Malin, G., Maspero, M., Matrai, P., McTaggart, A. R., Mihalopoulos, N.,Nguyen, B. C., Novo, A., Putaud, J. P., Rapsomanikis, S., Roberts, G.,Schebeske, G., Sharma, S., Simó, R., Staubes, R., Turner, S., Uher, G, A globaldatabase of sea surface dimethyl sulfide (DMS) measurements and a procedureto predict sea surface DMS as a function of latitude, longitude, and month,Global Biogeochem. Cycles, 13(2), p. 399-444, 1999.• Kristjánsson, J. E., J. Kristiansen, and E. Kaas, Solar activity, cosmic rays,clouds and climate-An update, Adv. Space Res., 34, 407-415, 2004.• Lean, J., J. Beer, and R. Bradley, Reconstruction of solar irradiance since1610: Implications for climate change, Geophys. Res. Lett., 22, 3195-3198,1995.• Lean, J. L., G. J. Rottman, H. L. Kyle, T. N. Woods, J. R. Hickey, and L. C.Puga, Detection and parameterization of variation in solar mid and near-ultraviolet radiation (200-400nm), J. Geopys. Res., 102, 29, 939-29, 956, 1998.• Marsh, N. D., and H. Svensmark, Low cloud properties influenced by cosmicrays, Phys. Rev. Lett., 85(23), 5004-5007, 2000.• Marsh, N. D., and H. Svensmark, Cosmic rays, clouds and climate, Space Sci.Rev., 84(1), 215-230, 2000.• Osorio, J., Mendoza, B., Velasco, V., Methane Sulphonic Acid trend associatedwith Beryllium-10 and Solar Irradiance, ICRC, Vol . 1(SH), 501-504, 2008.• Ricchiazzi, P., Yang, S., Gautier, C., Sowle, D., SBDART: A Research andTeaching Software Tool for Plane-Parallel Radiative Transfer in the Ear th’sAtmosphere, Bull. Amer. Meteor. Soc., Vol . 79, Num. 10, 2101-2114, 1998.• Schiffer, R.A., and Rossow, W.B., The International Satellite CloudClimatology Project (ISCCP): The First Project of the World Climate ResearchProgramme, Bull. Amer. Meteor. Soc., 64, 779-784, 1983.• Svensmark, H., and E. Friis-Christensen, Variation of cosmic ray flux andglobal cloud covergae-A missing link in solar-climate relationships, J. Atmos.Sol. Terr. Phys., 59, 1225-1232, 1997.
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