Estudio de la evolución del clima futuro de la región del mediterráneo con un modelo climático regionalmente acoplado

Abstract

Hacia finales del siglo XXI, se espera que el mar Mediterráneo sea una de las regiones más vulnerables a sufrir los efectos introducidos por el cambio climático. En este contexto, el cambio climático se sitúa sobre el corazón del desarrollo sostenible en el Mediterráneo. Como tal, la región es considerada idónea para la realización de nuevas aproximaciones que aporte información climática útil y adecuada, que sea aplicable a diversos sectores vulnerables. La región mediterránea ubicada en zona de transición entre latitudes tropicales y medias presenta una orografía y costas complejas en las que se producen interacciones locales aire-mar y tierra-mar muy intensas. Estas interacciones locales aire-mar provocan fenómenos de convección profunda que junto con la entrada de agua superficial desde el Atlántico impulsan la circulación termohalina mediterránea. Los modelos climáticos globales no cuentan con la resolución necesaria para reproducir correctamente estos flujos aire-mar de energía y de masas en el Mediterráneo, mientras que los modelos atmosféricos no son capaces por sí mismos de simular estos flujos. Por esta razón, el mar Mediterráneo constituye una región donde los modelos regionales climáticos son esenciales para el estudio de procesos en la atmósfera y en el océano.

En la presente Tesis Doctoral, se analizan simulaciones realizadas por el modelo de sistema regional climático ROM para evaluar el papel de las retroalimentaciones océano-atmósfera en la simulación del clima actual y en la señal reducida del cambio climático. ROM consta de un modelo regional atmosférico (REMO) acoplado a un modelo oceánico global (MPIOM) con alta resolución horizontal a nivel regional. El acoplamiento sólo es efectivo dentro del dominio seleccionado, donde se da interacción atmósfera-océano. Fuera del domino, el modelo oceánico está desacoplado, y es impulsado por el forzamiento atmosférico.

La simulación del clima presente, forzada por el reanálisis ERA-Interim, muestra una representación precisa del clima mediterráneo actual. Las diferencias que surgen en las principales variables físicas se encuentran en el rango de los mostrados por otros modelos regionales de este tipo. El análisis de las simulaciones de cambio climático conducidas por MPI-ESM bajo las condiciones del escenario RCP8.5 proyectan que las aguas del Mediterráneo serán más cálidas y salinas a finales del siglo. En la capa superficial, se prevé que la temperatura tenga un aumento medio de 2.7 ºC, mientras que la salinidad media aumentará 0.2 psu. El calentamiento que inicialmente tiene lugar en la superficie se propaga gradualmente a capas más profundas. Estos cambios en las propiedades hidrográficas de las aguas superficiales e intermedias fortalecen la estratificación dificultando la mezcla vertical y por tanto la convección en las principales regiones de formación de aguas profundas en el Mediterráneo. Estos cambios tendrán un impacto en la ventilación profunda y en la circulación termohalina del mar Mediterráneo a finales del siglo XXI.

By the end of the century, the Mediterranean Sea is expected to be among the most vulnerable regions to suffer the impacts of climate change. In this context, climate change lies at the heart of sustainable human-environment interaction in the Mediterranean. As such, the region is an optimal test bed for new approaches to science-society partnership sustained by the provision of adequate climate information and applicable to a broad range of vulnerable sectors. The region is located in a transitional area between tropical and mid-latitudes and presents complex orography and coastlines where intense local air-sea and land-sea interactions take place. These intense local air-sea interactions lead to deep convection which together with the inflow of Atlantic water drive the Mediterranean thermohaline circulation. Global climate models have too coarse resolution to correctly describe these air-sea fluxes of energy and mass while stand-alone atmospheric models can be inadequate to simulate the correct fluxes. For these reasons, the Mediterranean Sea is a region where regional climate system models are critical for the study of the processes in the atmosphere and ocean. In this doctoral dissertation, we analyze simulations of the regional climate system model ROM in order to assess the role of ocean feedbacks in the simulation of the present and on the downscaled climate change signal. In ROM, the regional atmosphere model (REMO) is coupled to the global oceanic model (MPIOM) with regionally high horizontal resolution. The coupling is only effective within a selected domain, where the ocean and the atmosphere are interacting. Outside this domain, the ocean model is uncoupled, driven by prescribed atmospheric forcing. Simulation forced by ERA-Interim reanalysis shows an accurate representation of the present Mediterranean climate. The biases of the main physical variables are in range of those shown by other state of art regional climate models. Our analysis of the simulation driven by the MPI-ESM under the RCP8.5 scenario shows that the Mediterranean waters will be warmer and saltier by the end of this century. In the upper ocean layer, temperature is projected to have a mean increase of 2.7ºC, while the mean salinity will increase by 0.2 psu. The warming that initially takes place at the surface is transferred progressively to deeper layers. Changes in the hydrographic properties of surface and intermediate waters strengthen the stratification hampering the vertical mixing and thus the convection in the main spots for deep water formation in the Mediterranean Sea. Those changes seem to have an impact on the deep ventilation and on the thermohaline circulation of the Mediterranean Sea by the end of the 21st century.