Fundamentos de Modelos Climáticos y el Ciclo del Ozono Atmosférico

Modelos Climáticos

Los modelos climáticos funcionan de la siguiente manera:

1. Se realizan mediciones en cada cuadrícula de todas las variables necesarias (presión, temperatura, concentraciones, humedad, volúmenes, etc.). A partir de estas mediciones, se obtienen los valores del "estado inicial": T₀, P₀, Hr₀, Xi₀, V₀…

2. A continuación, se aplican las ecuaciones dinámicas de la atmósfera para determinar cómo variarán estas variables con el tiempo (es decir, se obtienen los valores del "estado final": T, P, Hr, Xi, V…).

Estas operaciones implican cálculos complejos, realizando simulaciones intensivas. Se denominan: Modelos de Circulación General (GCM).

Los modelos climáticos también presentan incertidumbres (limitaciones):

• Medición de datos: Se utilizan más sensores para mejorar la definición de los datos.

• Ecuaciones climáticas (termodinámica y dinámica): La nubosidad incide en el forzamiento radiativo, lo cual está conectado con uno de los desafíos en la descripción de estas ecuaciones.

• Cálculos: Estas limitaciones se relacionan con el volumen de datos, la velocidad de procesamiento y el alcance geográfico y temporal. La mejora de la capacidad computacional es clave.

La validación de un modelo climático se realiza comparando las simulaciones con datos históricos. Si los resultados de las simulaciones coinciden con los datos observacionales, dentro de un margen de incertidumbre aceptable, las simulaciones se consideran adecuadas.

Vamos a estudiar cuando t= -t (vamos hacia atrás en el tiempo)

La principal ventaja de los modelos climáticos es que permiten simular escenarios futuros para evaluar el impacto del cambio climático.

Mecanismo de Chapman (1930)

El Mecanismo de Chapman (1930) describe la formación y destrucción del ozono en la estratosfera. Consta de cuatro etapas: dos de formación de O₃ y dos de destrucción de O₃, lo que conduce a un equilibrio dinámico del O₃.

Etapas de Formación

1. Fotodisociación del O₂ por radiación UV: La banda de Herberg induce la formación de átomos de O en su estado fundamental. Ocurre para λ < 242 nm. La constante de velocidad fotoquímica es j. Esta reacción es endotérmica (absorbe energía), con ∆H = +498.4 kJ/mol. La energía absorbida es energía solar. Es una reacción lenta.

2. Formación térmica del O₃: M representa un tercer cuerpo que facilita la transferencia de energía. Puede ser O₂ o N₂. Es una reacción térmica, con constante de velocidad k. Es una reacción trimolecular de tercer orden. Es exotérmica, es decir, desprende energía, con ∆H = -106.5 kJ/mol. La energía liberada calienta la atmósfera. Es una reacción rápida debido a que la constante k es relativamente alta y las concentraciones de O₂ y N₂ son elevadas.

Etapas de Destrucción

1. Fotodisociación del O₃: Es otra reacción fotoquímica, con constante de velocidad j. Esta reacción es endotérmica, con ∆H = +386.5 kJ/mol. Corresponde a la banda de Hartley, para 240 nm < λ < 310 nm. Las especies formadas pueden estar en estados excitados, pero se desactivan rápidamente por colisiones.

2. Reacción térmica entre O₃ y O: Es una reacción térmica, con constante de velocidad k. Es exotérmica, con ∆H = -391.9 kJ/mol. Es una reacción bimolecular con una energía de activación relativamente elevada. Esto, sumado a las bajas concentraciones de O₃ y O, hace que la constante k sea pequeña, resultando en una reacción lenta.