Cuantificación de los efectos del cambio climático sobre el régimen medio y extremal del nivel de mar en la costa uruguaya

Abstract

El cambio climático es un foco de estudio importante en la actualidad debido a las consecuencias ambientales, sociales, económicas y demás que el mismo está generando. Una de las importantes consecuencias es el cambio generado en la dinámica de aguas tanto oceánicas como continentales, y en particular, el aumento del nivel del mar. El objetivo principal de este trabajo de tesis es cuantificar los cambios en el nivel de mar a lo largo de la costa uruguaya, analizando también el origen de estos cambios. Con el fin de lograr dicho objetivo se hace uso de las proyecciones de vientos y presiones de los modelos climáticos globales correspondientes a la fase 5 del proyecto de intercomparación de modelos acoplados (CMIP5, Coupled Model Intercomparison Project Phase 5). A lo largo de la costa uruguaya las componentes meteorológicas y astronómicas tienen relevancia equivalente sobre el nivel de mar total, por lo cual para analizar los cambios en el mismo es necesario considerar posibles cambios en los forzantes atmosféricos. Por otra parte, las características del estuario del Río de la Plata, como sus grandes dimensiones y bajas profundidades, hacen que las interacciones no lineales que puedan surgir entre el aumento del nivel medio del mar y la marea astronómica y meteorológica pueden ser importantes. Debido a lo anterior, para lograr el objetivo se adopta un esquema de downscaling dinámico mediante modelos anidados, denominados en el trabajo de tesis modelo regional y modelo local, teniendo como punto de partida dos modelos hidrodinámicos de nivel de mar previamente implementados en el IMFIA ((Martínez et al. 2015; IMFIA, 2018a)). El modelo regional es la implementación en su versión 2D del modelo numérico MOHID a un dominio que comprende al Océano Atlántico Sur y es forzado por ondas de marea astronómica en bordes oceánicos, caudal medio de los ríos Paraná y Uruguay y por vientos y presiones en la superficie libre. El modelo local es la implementación en su versión 2D del modelo TELEMAC a un dominio que abarca el Río de la Plata y su Frente Marítimo y es forzado por vientos y presiones en la superficie libre, caudales medios de los ríos Paraná, Uruguay y Santa Lucía y la condición de borde del modelo regional en las fronteras abiertas. Previo a forzar los modelos hidrodinámicos se evalúan 7 modelos atmosféricos basándose en la metodología desarrollada por Pérez et al. (2014): ACCESS1.0, CMCC-CM, CNRM-CM5, MIROC5, IPSL-CM5A-MR y HadGEM2-ES. La evaluación se basa en la clasificación de campos de presión de reanálisis (NCEP-CFSR) en 100 tipos de tiempo, también denominados como campos sinópticos de presión, calculando su probabilidad de ocurrencia a lo largo del período comprendido entre 1985-2005. Luego se comparan las probabilidades de ocurrencia de los tipos de tiempo para el reanálisis y para cada uno de los modelos atmosféricos globales. La evaluación indicó que el modelo MIROC5 es el que mejor representa las situaciones sinópticas de presión más probables y menos probables al igual que la variabilidad interanual de las probabilidades de ocurrencia. Las simulaciones de nivel de mar se realizaron para tres horizontes temporales: histórico (1985-2005), corto plazo (2027-2045) y largo plazo (2082-2100); y para dos escenarios: RCP 4.5 y RCP 8.5. Al comparar los resultados del modelo local durante el período histórico forzado con vientos y presiones de los modelos atmosféricos globales con las del modelo local forzado con vientos de reanálisis se concluyó que la metodología de evaluación era acertada, obteniéndose que los modelos que mejor representan la climatología de niveles en el dominio de estudio son MIROC5 y CMCC-CM. Las simulaciones de los bloques futuros se realizaron imponiendo en ambos modelos el aumento del nivel medio del mar correspondiente a cada año. Al analizar el cambio en la media del nivel de mar total a lo largo de la costa se observó que el cambio es básicamente constante a lo largo de la misma y está principalmente dominado por el aumento en el nivel medio del mar. Por otra parte al analizar el cambio a lo largo de la costa en el cuantil 99% a largo plazo el mismo presentó un máximo en la zona interior del estuario y alrededor de Montevideo. Analizando el cambio en el cuantil 99% de la componente meteorológica se determinó que el cambio es muy pequeño a lo largo de la costa y no contribuye a la distribución espacial observada en el cambio del nivel de mar total. Por otra parte, los cambios en las amplitudes de las componentes M2 y O1 de la marea astronómica a lo largo de la costa muestran una distribución no constante a lo largo de la misma que además es muy similar para cualquiera de los forzantes atmosféricos, concluyéndose que solo dependen del escenario RCP y el horizonte temporal. Del trabajo realizado se concluye que la principal componente del cambio en el nivel de mar es el aumento del nivel medio del mar, siguiéndole el efecto que este aumento tiene sobre la marea astronómica. Lo anterior indica que la metodología de downscaling dinámico aplicada es la correcta y necesaria para poder determinar el cambio en el nivel de mar debido a que las interacciones entre la marea astronómica y el nivel medio del mar cobran especial relevancia en la zona de estudio. El cambio en la media de nivel de mar total a largo plazo y para el escenario más severo RCP 8.5 es de 61 cm, mientras que el aumento en el cuantil 99% a largo plazo para el escenario más severo RCP 8.5 alcanza los 74 cm en la zona costera desde Colonia hacia el interior del estuario y los 71 cm en la zona costera de Montevideo.