Land–air interactions and subsurface heat transportthe role of external forcing and implications for last millennium temperature reconstructions

Résumé

El balance de energía en la superficie establece un vínculo entre la atmósfera y la superficie terrestre que generalmente se traduce en un fuerte acoplamiento entre la temperatura superficial del aire (SAT por sus siglas en inglés) y la temperatura de la superficie del suelo (GST por sus siglas en inglés). A su vez, la temperatura de la superficie se establece como la variable fundamental, ya que afecta la cantidad de energía que fluye hacia el suelo mediante conducción térmica, por lo que influencia la distribución de temperaturas en el suelo. El acoplamiento entre SAT y GST, sumado al transporte de energía conductivo de la temperatura superficial hacia el suelo, representan las hipótesis centrales para reconstruir la temperatura superficial del pasado usando perfiles de temperatura del subsuelo (BTP por sus siglas en inglés) actuales. Esta técnica de reconstrucción puede estar sujeta a fuentes de incertidumbre, que principalmente se dan por la influencia de algunos procesos físicos en la superficie que interrumpen el acoplamiento entre SAT y GST a diferentes escalas temporales. Entender los mecanismos físicos detrás de este tipo de procesos es crucial para ganar confianza en las estimaciones de las variaciones en la temperatura del pasado. El objetivo principal de esta Tesis es mejorar el conocimiento de las interacciones entre la superficie del suelo y la atmósfera que influencian el acoplamiento entre SAT y GST a diferentes escalas temporales y espaciales. Así mismo, este trabajo evalúa el transporte de energía en el subsuelo. Para esto, se creó una base de datos de registros de temperatura del suelo para España, la cual, por si misma, representa una contribución dada la escasez de este tipo de productos. Esta permite evaluar el transporte de energía en el subsuelo así como el acoplamiento entre SAT y GST en escalas interanuales y decadales. Además, se utiliza un conjunto reciente de simulaciones del último milenio (LM por sus siglas en inglés), producidas con el modelo del sistema tierra ¿Community Earth System Model¿, para explorar los mecanismos físicos que controlan los flujos de energía en la superficie en escalas temporales multi-centenales. El uso de este conjunto de simulaciones permite entender los efectos individuales de los forzamientos externos del LM sobre las interacciones suelo-atmósfera y sus implicaciones para el acoplamiento SAT-GST, lo cual no ha sido abordado anteriormente. Finalmente, este trabajo evalúa el desempeño de la técnica de reconstrucción de temperaturas a partir de BTPs, para recuperar las variaciones de largo plazo a grandes escalas espaciales durante el LM bajo un enfoque pseudo-proxy. Los resultados indican que puede existir desacoplamiento entre SAT y GST a diferentes escalas espaciales y temporales. Esto se debe a cambios en los flujos de energía en la interface suelo-atmófera debido a cambios en la cobertura y uso del suelo o por las interacciones entre los gases de efecto invernadero y otros forzamientos externos que generan retroalimentaciones a largo plazo en la cobertura de nieve, lo cual deriva en un mayor calentamiento de SAT respecto de GST durante el periodo industrial. Estos procesos pueden impactar las reconstrucciones mediante el uso de BTPs ya que la señal de SAT del pasado no estaría completamente contenida en la estructura de temperaturas del subsuelo. Lo cual, sumado a aspectos metodológicos tales como la dispersa distribución espacial de BTPs, especialmente por la variabilidad en la fecha de registro existente en la red global de BTPs disponibles, podría impactar las estimaciones de la temperatura del pasado obtenida mediante el uso de BTPs. El efecto generar sería la infraestimación del aumento de la temperatura del aire durante el siglo XX a escala global. Esto es relevante para reconstrucciones climáticas del LM y para entender incertidumbres en los cambios de temperatura desde el periodo preindustrial hasta el presente.