Amplitud de la Irradiación Solar y Cambio de Temperatura
Autores: Nasif S. Nahle,* Adip S. Nahle, Esther Velazquez.
Revisado el 15 de mayo de 2008. Publicado el ©19 junio 2008. Actualización: 23 de Junio de 2008
* A quien debe dirigirse toda correspondencia.
Los autores declaran no tener conflictos de intereses. Este artículo es una publicación directa de BIOCAB®.
INTRODUCCIÓN
Algunas veces, cuando investigamos la influencia de la irradiación solar sobre el clima de la Tierra, fallamos al comparar la irradiación solar total con las variaciones de la temperatura. Esta práctica es errónea porque los sujetos de estudio son diferentes. El cambio de temperatura se refiere a desviaciones a partir de un valor estándar de cambio; por ejemplo, si el promedio de la temperatura ayer fue de 307.15 K, la amplitud de cambio de temperatura fue:
307.15 K - 300.15 K = 7 K
6.65 K es la amplitud de el cambio de temperatura promediada en 24 horas.
Si la temperatura es 297.35 K, la amplitud sería:
297.35 K - 300.15 K = -2.8 K
Los registros publicados por NOAA (1) y otras instituciones (2) dedicadas a la evaluación del clima son magnitudes que se refieren a anomalías. Por ejemplo, determinamos que el promedio de la temperatura global el 2 de febrero de 2008 fue 290.45 K, cuando el promedio global en la misma posición de la Tierra con respecto al Universo había promediado 290.68 K en los últimos 100 años. Para obtener la anomalía el 2 de febrero de 2008, sustraemos el promedio de la temperatura centenal del promedio de la temperatura en la misma fecha:
290.45 K - 290.68 K = -0.23 K
Esto significa que el cambio de temperatura el 2 de febrero de 2008 fue de -0.23 K.
Las magnitudes de las anomalías de la temperatura son ideales porque es imposible que conozcamos cuál podría ser el cambio de temperatura estándar, dado que la Tierra tiene 4800 millones de años de existencia y ha experimentado millones de anomalías globales, algunas de ellas mucho mayores que las actuales. Consecuentemente, no podemos asegurar que nuestro calentamiento ha sido sin precedentes o atípico. El examen de los manchas de hierro en granos de arena y otras fuentes de información(3, 4) como las diatomeas, los foraminíferos, los anillos de crecimiento de los árboles y el Ca-II muestra que la Época del Holoceno ha estado caracterizada por fluctuaciones de temperatura de hasta 6 grados Celsius o más (4). La fluctuación global detectada a través de los últimos 100 años ha sido de 0.52 grados Celsius (5).
AMPLITUD DE LA IRRADIACIÓN SOLAR TOTAL DE LA BASE DE DATOS DE JUDITH LEAN (2001)(6)
Tenemos un conjunto de datos referentes al punto de equilibrio de la radiación solar incidente en las capas exteriores de la atmósfera terrestre altamente ambiguo. Algunos físicos solares toman 1371 W/m^2 como punto de equilibrio, otros toman el valor 1366 W/m^2, algunos dicen que el equilibrio se alcanza a los 1364.5 W/m^2 y otros dicen que son 1360.5 W/m^2. Así las cosas, hemos decidido considerar la mediana en cada base de datos como el punto de equilibrio en todas las bases de datos sobre la irradiación solar total. Por ejemplo, la mediana de la base completa de Judith Lean(6) sobre la intensidad de la irradiación solar es 1364.67865 W/m^2 (tomando en cuenta las manchas solares y otras fuentes). Con este valor, podemos calcular la amplitud de la intensidad de la radiación solar para cada grupo de datos; por ejemplo, la amplitud de la intensidad de la irradiación solar en 1610, considerada a partir de la reconstrucción de Lean en 2001(6), fue de:
A = 1364.7338 W/m^2 - 1364.67865 W/m^2 = 0.05515 W/m^2
La resta es contemplada como una desviación de la mediana; sin embargo, la mediana en todos los casos es la magnitud de equilibrio para una particular base de datos de la irradiación solar total. A mayor amplitud, mayor la cantidad de energía que se transfiere. Si la amplitud está por debajo de la desviación estándar, entonces la energía será poca. Si la amplitud está encima de la desviación estándar, entonces la cantidad de energía será alta.
Intentemos graficar las amplitudes de la reconstrucción de Judith Lean en 2001(6):
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Nótese que las desviaciones (rombos rojos) están por encima de la desviación estándar (banda horizontal violeta) desde 1916 de la Era Moderna.
AMPLITUD DE LA IRRADIACIÓN SOLAR TOTAL DE LA BASE DE DATOS DE LEIF SVALGAARD (2007) (7)
IMPORTANTE: Las bases de datos sobre la Irradiación Solar Total usadas para los gráficos abajo son propiedad intelectual del Dr. Leif Svalgaard y han sido incluidas aquí con el amable permiso del Dr. Leif Svalgaard. Utilizar estos datos sin el permiso por escrito del autor, está estrictamente prohibido.
Ahora veamos la gráfica de las amplitudes a partir de la base de datos reconstruida por el Dr. Leif Svalgaard (7). El Dr. Svalgaard ha calibrado su reconstrucción tomando en cuenta las manchas solares solamente.(7)
La mediana en la base de datos de Svalgaard (7) es 1365.92 W/m^2. La gráfica es la siguiente:
Nahle, N. S., Nahle, A. S., Velazquez, E. Amplitud de la Irradiación Solar y Cambio deTemperatura. ©19 de junio de 2008. Biology Cabinet Magazine Online. http:www.biocab.org/Amplitud_Radiacion_Solar.html.
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La gráfica de la base de datos de Svalgaard (7) da la impresión de que el Sol ha permanecido bastante estable a través de las eras y que no ejerce influencia alguna sobre la cantidad de energía absorbida por la superficie de la Tierra. La desviación del promedio (banda horizontal violeta) es amplia e incluye casi todas las magnitudes de amplitud (rombos rojos), y las amplitudes negativas no rebasan -0.32 W/m^2, mientras que las amplitudes de la base de datos de Lean (6) va hacia abajo hasta los -1.244 W/m^2. El problema con al base de datos de Svalgaard (7) es que no tomó en cuenta las reconstrucciones hechas con isótopos y otros dominios para calibrar las magnitudes. La explicación para las Eras Glaciares a partir de la reconstrucción del Dr. Svalgaard (7) consistiría en efectores y conductores del clima desconocidos, sin la más mínima conección con el Sol y/o otras fuentes de calor externas.
Encontremos las asimetrías y el coeficiente de correlación de las bases de datos de Lean (6) y Svalgaard (7):
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La línea roja es la correlación entre las asimetrías de la Radiación Solar calculadas de la base de datos de Judith Lean (6) y las fluctuaciones de temperatura a partir de 1970 AD tomadas de las bases de datos de la Universidad de Alabama en Huntsville (2). Nótese cómo existe una correlación estrecha entre la intensidad de la radiación solar y los cambios de temperatura. Los picos en la línea (valor = 1) representan una correlación positiva; esto quiere decir que el aumento de la radiación solar causó un aumento en la temperatura atmosférica. Los valles en el trazo rojo (valor = -1) representan una correlación negativa, lo cual significa que la temperatura atmosférica disminuyó al aumentar la intensidad de la radiación solar. Esto último es una correlación inversamente proporcional. Nótese que no existen valores iguales a cero, lo cual significa que en ningún caso los factores actuaron independientemente uno del otro. (9)
Los cuadrados verdes representan la correlación entre las asimetrías de la Radiación Solar calculadas de la base de datos de Leif Svalgaard (7). Obsérvese que tampoco existen valores cero, por lo que la correlación es similar a la de la reconstrucción de Lean (6).
Aunque diferentes en longitud y persistencia temporal, ambos trazos reflejan la respuesta física del sistema climático terrestre ante los cambios en el flujo de la radiación solar. Las correlaciones negativas observadas de un año a otro se deben a incrementos en la nubosidad por efecto del calentamiento de la superficie oceánica por los rayos solares.
CONCLUSIÓN
Esta evaluación que considera las amplitudes y las asimetrías obtenidas de las reconstrucciones de la irradiación solar total de la Dra. Judith Lean (6), y del Dr. Leif Svalgaard (7), es evidencia a favor de las teorías sobre el incremento de la irradiación solar a través de los últimos trescientos años, inmediatamente después de finalizado el Mínimo Maunder.
La evidencia sobre la conexión entre la irradiación Solar y la temperatura de la atmósfera terrestre es contundente. Es valioso hacer notar que cambios pequeños en la irradiación Solar conducen a cambios extremos en el clima terrestre. (8) El papel que juegan los gases de invernadero en el clima terrestre realmente es insignificante. (9)
REFERENCIAS
2. Monthly reports of temperature from the National Space Science and Technology Center (NSSTC) of the University of Alabama in Huntsville.
3. Broecker, Wallace S. Was the Medieval Warm Period Global? Science. 23 February 2001. Vol. 291. No. 5508, pp. 1497 – 1499.
4. Bond, Gerard et al. Persistent Solar Influence on North Atlantic Climate During the Holocene. Science 7 December 2001: Vol. 294. no. 5549, pp. 2130 – 2136.
5. Nahle, N. S. Temperature Variations from 1979 up to Date. ©April 2007. Biology Cabinet Magazine Online. http://www.biocab.org/Temperature_Variations_from_1979_to_2006.html. Reviewed in 19 June 2008.
6. Lean, J. 2004. Solar Irradiance Reconstruction. IGBP PAGES/World Data Center for Paleoclimatology Data Contribution Series # 2004-035. NOAA/NGDC Paleoclimatology Program, Boulder CO, USA.
7. Svalgaard, L. 2008. Reconstruction of Total Solar Irradiance. Research Analysis. Last reading on May 12, 2008.
8. Cowen, Ron. Stormy Weather - When the Sun's Fury Maxes Out, Earth May Take a Hit. Science News. January 13, 2001. Vol. 159, Pp.26-28.
9. Perkins, Sid. Pinning Down the Sun - Climate Connection-Solar Influence Extends Beyond Warm, Sunny Days. Science News. January 20, 2001. Vol. 159, Pp. 45-47.
NOTA TÉCNICA: La Temperatura y Presión Ambiental Estándar (TPAE) es la temperatura y presión en donde la constante de equilibrio para la auto-ionización del agua es 1.0x10^14. Para la Temperatura Ambiental Estándar (TAE) el valor más aceptado es 300.15 K (°C 27).
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La línea azul obscuro es la asimetría de cada magnitud a partir de la base de datos de Lean (6) con respecto a la magnitud de equilibrio, 1364.5 W/m^2. La reconstrucción de la Dra. Judith Lean (6) que considera el número de manchas solares y otros dominios, publicada en 2001, muestra una fuerte simetría con respecto a la magnitud de equilibrio de 1700 a 1880 DC, lo que comprende cerca de 180 años. Después de 1880, la correlación es negativa, lo que significa que la Irradiación Solar se ha incrementado desde 1880 DC.
La línea roja es la asimetría de cada magnitud a partir de la base de datos de Svalgaard (7) con respecto a la magnitud de equilibrio, 1364.5 W/m^2. Nótese que el lapso para las asimetrías de la reconstrucción de la Irradiación Solar Total de Preminger et al (7) es más corto que las asimetrías obtenidas de la base de datos de Lean, y abarca de 1705 a 1825 DC, que suman cerca de 120 años. Esto significa que la irradiación solar, considerando la base de datos de Svalgaard (7), comenzó a incrementarse en 1825; esto es, 25 años antes del inicio real de la Revolución Industrial.
La línea violeta es el coeficiente de correlación entre las asimetrías de las reconstrucciones de Judith Lean (6) y Leif Svalgaard (7). Nótese que la correlación es positiva y continua entre 1940 y 2000 DC. La correlación más fuerte corresponde al período 2001-2007 DC porque las magnitudes de los datos fueron proporcionadas de mediciones satelitales. La combinación de ambas bases de datos en un coeficiente de correlación simple indica indirectamente que el incremento de la amplitud de la radiación solar comenzó en 1870 DC.
COEFICIENTES DE CORRELACIÓN ENTRE ASIMETRÍAS DE LA RADIACIÓN SOLAR Y CAMBIO DE TEMPERATURA
El siguiente gráfico combina los coeficientes de correlación entre las asimetrías de la reconstrucción de Judith Lean (6) con respecto a los cambios de temperatura y las asimetrías de la reconstrucción de Leif Svalgaard (7) con respecto a los cambios de temperatura:
