Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10261/232725
Share/Export:
logo share SHARE BASE
Visualizar otros formatos: MARC | Dublin Core | RDF | ORE | MODS | METS | DIDL | DATACITE
Title

Els fluxos d'energia en el sistema acoblat oceà-atmosfera i el seu impacte en el clima de la Terra

AuthorsRoca Sans, Josep-Miquel
AdvisorPelegrí, Josep Lluís CSIC ORCID
Issue Date12-Nov-2020
PublisherUniversidad Politécnica de Cataluña
CSIC - Instituto de Ciencias del Mar (ICM)
Abstract[EN] The objective of this thesis is to develop simple models that allow evaluating the relevance of the principal parameters that condition the energy flows in the ocean-atmosphere system, and how changes in these parameters impact the climate of the planet. Therefore, one could say that it has a double objective: to develop simple models that allow assessing the relevance of the different heat fluxes and to apply them in order to elucidate the past and future trends in the Earth’s climate. The first model studies the meridional overturning circulation (MOC) within one hemisphere, using a two-box system (low- and high-latitude compartments) that is widely applied in oceanography and meteorology. Each box has a different behavior, with the high latitudes acting as a negative or inverse estuary and the equatorial and tropical latitudes as a positive estuary. The conditioning energy flow is the loss of latent heat at high latitudes and the same heat gain at low latitudes. This ocean-atmosphere heat exchange leads to changes in internal energy, as well as in salinity and mass through evaporation-precipitation. The model sets a system of conservation equations and its resolution allows establishing the different scenarios, which de-pend on the initial temperature and salinity of each box as well as on the rate of water exchange between both compartments. These scenarios help identify under what conditions the meridional overturning circulation will remain as we know it today –in the south-north direction in the upper layers of the ocean and in the north-south direction in its deep layers – and what would be necessary for the flow direction to be reversed.The second model consists of three interconnected zonal bands, established in terms of the sign of the difference between short-wave radiation reaching the Earth and long-wave radiation emitted to space. From a geographical perspective, these bands represent the equatorial-tropical, temperate and subpolar-polar climatic regions. The model, which incorporates the effect of solar declination, is assumed to be in steady state and the temperatures within each latitudinal zone are set to be constant. The unknown variables are the temperature of each zone and their latitudinal limits. The energy balance of each zone arises from the short- and long-wave radiations and the exchange between the adjacent compartments, being largely determined by both the albedo and the greenhouse factors. The system of equations is closed with the requirement that the latitudinal energy flow is maximized. This key hypothesis follows the principles of the constructive law, being widely applied to study living beings as well as physical or mechanical systems. We apply the model to three climatic moments of our planet: the last glacial maximum, the modern times and the foreseeable future at the end of this century. The results allow us to visualize the trends in the evolution of our climate, from the glacial past to modern times (pre-industrial times to nowadays), and the perspective for year 2100. The results show that the future will lead to a widening of the low and high-latitude zones, with a major warming (as much as 20ºC) of the high-latitude areas. [...]
[CAT] L’objectiu d’aquesta tesi és desenvolupar models senzills que permetin avaluar la rellevància dels paràmetres principals que condicionen els fluxos d’energia en el sistema oceà-atmosfera, i com els canvis d’aquests paràmetres afecten el clima del planeta. Per tant, es podria dir que la tesi té un doble objectiu: desenvolupar models senzills que permetin valorar la rellevància dels diferents fluxos de calor i aplicar-los per tal d’explicar les tendències passades i futures del clima terrestre. El primer model estudia la circulació meridional oceànica (meridional overturning circulation, MOC, en anglès) dins d’un hemisferi, utilitzant un sistema de dues caixes (compartiments de baixa i alta latitud) que s’aplica àmpliament en oceanografia i meteorologia. Cada caixa té un comportament específic, les latituds altes actuen com a estuari negatiu o invers i les latituds equatorials i tropicals com a estuari positiu. El flux d’energia condicionant és la pèrdua de calor latent a latituds altes i el mateix guany de calor a latituds baixes. Aquest intercanvi de calor entre l’atmosfera i l’oceà comporta canvis en l’energia inter-na, així com en la salinitat i la massa a causa del mecanisme d’evaporació-precipitació. El model estableix un sistema d’equacions de conservació i la seva resolució permet establir diferents escenaris, que depenen de la temperatura i de la salinitat inicials de cada caixa, així com de la taxa d’intercanvi d’aigua entre tots dos compartiments. Aquests escenaris ajuden a identificar en quines condicions es mantindrà la circulació meridional oceànica tal com la coneixem avui —en direcció sud-nord a les capes superiors de l’oceà i en direcció nord-sud a les seves capes profundes— i què seria necessari perquè aquests fluxos s’invertissin.El segon model consta de tres bandes latitudinals interconnectades, establertes en termes del signe de la diferència entre la radiació d’ona curta que arriba a la Terra i la radiació d’ona llarga emesa a l’espai. Des d’una perspectiva geogràfica, aquestes bandes representen les regions climàtiques equatorials-tropicals, temperades i subpolars-polars. El model, que incorpora l’efecte de la declinació solar, assumeix que es troba en estat estacionari i que les temperatures dins de cada zona latitudinal són constants. Les variables desconegudes són la temperatura de cada zona i els seus límits latitudinals. El balanç energètic de cada zona es deriva de les radiacions d’ona curta i llarga i de l’intercanvi entre els compartiments adjacents, i és en gran mesura determinat tant per l’albedo com per l'efecte hivernacle. El sistema d’equacions es tanca amb el requisit de maximitzar el flux d’energia latitudinal. Aquesta hipòtesi clau segueix els principis de la teo iiria constructiva, i és àmpliament aplicada a l’estudi dels éssers vius, així com als sistemes físics o mecànics. Apliquem el model a tres moments climàtics del nostre planeta: l’últim màxim glacial (last glacial maxi-mum, LGM, en anglès, l’època moderna i el futur previsible a finals d’aquest segle. Els resultats ens per-meten visualitzar les tendències de l’evolució del nostre clima, des del passat glacial fins als temps moderns (temps preindustrials fins a l’actualitat), i la perspectiva per a l’any 2100. Els resultats mostren que el futur comportarà un eixamplament de les zones de baixa i alta latitud, amb un escalfament important (fins a 20 ºC) de les zones d’alta latitud. […]
DescriptionMemoria de tesis doctoral presentada por Josep-Miquel Roca Sans para obtener el título de Doctor en Ciencias del Mar por la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), realizada bajo la dirección del Dr. Josep Lluís Pelegrí Llopart del Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC).-- 85 pages. figures, tables, graphics
URIhttp://hdl.handle.net/10261/232725
Appears in Collections:(ICM) Tesis




Files in This Item:
File Description SizeFormat
Roca_Thesis_2020.pdf9,38 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open
Show full item record
Review this work

Page view(s)

45
checked on May 27, 2022

Download(s)

53
checked on May 27, 2022

Google ScholarTM

Check


WARNING: Items in Digital.CSIC are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.