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Mareas y Corrientes: I: Causas de variaci

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Mareas y Corrientes: I: Causas de variaci n del nivel del mar Bego a P rez Puertos del Estado I M ster Universitario en Ingenier a de Puertos y Costas – PowerPoint PPT presentation

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Title: Mareas y Corrientes: I: Causas de variaci


1
Mareas y CorrientesI Causas de variación del
nivel del mar
  • Begoña Pérez
  • Puertos del Estado
  • I Máster Universitario en Ingeniería de Puertos y
    Costas
  • Universidad de La Laguna, 14/11/2013

2
  • Qué entendemos por nivel del mar?
  • Las Mareas
  • La teoría de Equilibrio de Newton.
  • Mareas Reales
  • Cambios meteorológicos (storm surges,
    inundaciones)
  • Oscilaciones de alta frecuencia secas y
    tsunamis
  • Cambios espaciales y temporales del nivel medio
    del mar
  • Variación espacial
  • Ciclo estacional y variación interanual
  • Cambios seculares y eustáticos

3
Qué es el nivel del mar?
Qué entendemos por nivel del mar? todas las
variaciones de la superficie libre de periodo
superior al oleaje. Ondas largas o de aguas
someras
Rango de periodos desde minutos a miles de años
Propagación no dispersiva
4
Causas de su variación
  • Por qué cambia el nivel del mar?

El nivel del mar varía en el espacio y en el
tiempo, de manera absoluta y relativa como
resultado de
  • Las mareas
  • La meteorología
  • Terremotos (tsunamis)
  • Cambios climáticos
  • Tectónica de placas
  • Circulación oceánica
  • Construcción de embalses, extracción de aguas
    subterráneas
  • Subsidencias y levantamientos del terreno

5
Causas de su variación
Nivel medio del mar principales agentes de
variación absoluta
  • atracción gravitatoria del Sol y la Luna
  • meteorología
  • clima
  • variaciones de densidad
  • variaciones de masa

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Componentes del dato de nivel del mar
  • Registro o dato de nivel del mar

X(t) Z0(t) M(t) R(t)
  • X(t) nivel del mar en el instante t
  • Z0(t) nivel medio (variación lenta, clima)
  • M(t) variación periódica (marea astronómica)
  • R(t) variación no periódica (meteorología,
    efecto estérico, etc) residuo meteorológico
  • Otros secas y tsunamis oscilaciones
    ocasionales que se superponen a las variaciones
    fundamentales

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Las Mareas
  • Variaciones periódicas del nivel debidas a los
    efectos combinados de la atracción gravitatoria
    de la Luna y el Sol, la rotación terrestre y la
    fuerza de Coriolis
  • Predecibles a partir de registros de nivel del
    mar en un punto
  • Amplitud variable desde casi nula
    (Mediterráneo) a 12 metros (Bahía de Fundy)

8
Las Mareas
  • La Teoría de Equilibrio de Newton
  • Teoría simplificada que ayuda a comprender el
    origen de las mareas
  • Hipótesis
  • Tierra completamente cubierta de agua (ausencia
    de continentes)
  • profundidad del agua tal que no existe fricción
    de fondo (respuesta instantánea a las fuerzas de
    marea)
  • Marea de Equilibrio o Elipsoide de Marea forma
    que adopta la superficie del mar una vez
    alcanzado el estado de equilibrio entre la
    gravedad terrestre y las fuerzas generadoras de
    marea
  • Dos elipsoides uno generado por el Sol y otro
    por la Luna

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Las Mareas
  • La Teoría de Equilibrio de Newton

Elipsoide de Marea y tipos fundamentales de
mareas
Fc
Fg
  • Ft Fg - Fc
  • A Fg gt Fc
  • B Fc gt Fg
  • C Fc Fg

A
B
C
  • Rotación terrestre ? Marea semidiurna (12.5 h)
  • Inclinación órbita Luna ? Marea mixta y diurna
    (24 h)

10
Las Mareas
  • La Teoría de Equilibrio de Newton
  • Efecto combinado de la Luna y el Sol Ciclo de
    mareas vivas y muertas (14.8 días)

Marea viva ? luna llena o luna nueva Marea
muerta ? cuarto creciente o menguante
La fuerza generadora de marea del Sol es un 46
de la de la Luna
11
Las Mareas
  • La Teoría de Equilibrio de Newton
  • Tipos fundamentales de mareas-? relación con
    movimientos y tamaños relativos del sistema
    Tierra-Luna-Sol
  • Mareas semidiurnas (rotación terrestre) dos
    pleamares y dos bajamares diarias (periodo 12.5
    h)
  • Mareas diurnas (declinación lunar) una pleamar
    y una bajamar diaria (24h)
  • Mareas mixtas dos pleamares y dos bajamares de
    distinta amplitud (desigualdad diurna)
  • Mareas de largo periodo
  • Mensual (perigeo Luna) 27.55 días
  • Anual (perihelio Tierra) 364.96 días
  • Marea nodal (recesión nodo ascendente de la Luna
    a lo largo de la Eclíptica) 18.6 años

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Las Mareas
  • La Teoría de Equilibrio de Newton
  • Cuándo son más intensas las fuerzas generadoras
    de marea?
  • Luna y Sol alineados (luna llena y luna nueva)
  • Luna y Sol en su posición más cercana a la
    Tierra (perigeo y perihelio)
  • Declinación solar nula (equinoccios) mareas
    vivas equinocciales
  • Marea semidiurna más intensa cuando coincide el
    equinoccio con el perigeo lunar y con declinación
    lunar nula
  • 18 de Marzo de 2007
  • 18 de Marzo de 2011
  • 19 de Marzo de 2015
  • 27 de Septiembre de 2015
  • 8 de Abril de 2020

13
Las Mareas
Las mareas reales
  • Causas de la diferencia entre las mareas reales y
    las predichas por la Teoría de Equilibrio (en
    amplitud y fase)
  • Profundidad finita fricción de fondo impide
    respuesta instantánea a las fuerzas de marea
  • Efecto de Coriolis rotación de la onda en el
    sentido de las agujas del reloj en el hemisferio
    Norte
  • Masas continentales impiden libre propagación de
    las ondas y provocan reflexiones, difracciones y
    refracción
  • Aguas someras en las costas amplificación de
    las ondas y aparición de nuevos armónicos

No obstante, las frecuencias más importantes
coinciden con la teoría
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Las Mareas
Las mareas reales
  • Sistema anfidrómico
  • las ondas de marea afectadas por la rotación
    terrestre se comportan como ondas de Kelvin
  • en cuencas confinadas, cuyo periodo natural de
    oscilación se aproxima al de la marea, la
    formación de ondas estacionarias afectadas por el
    efecto de Coriolis da lugar a la aparición de un
    sistema amfidrómico las ondas giran en torno a
    un punto de amplitud nula, llamado punto
    anfidrómico.

15
Las Mareas
Las mareas reales
16
Las Mareas
Las mareas en la costa española
  • Santander semidiurna
  • Carrera máxima 500 cm
  • Las Palmas semidiurna
  • Carrera máxima 297 cm
  • Málaga semidiurna
  • Carrera máxima 92 cm
  • Barcelona mixta
  • Rango máximo 40 cm

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Influencia de la meteorología
  • Presión atmosférica, viento y oleaje producen
    variaciones de nivel durante una tormenta storm
    surge
  • Duración horas a días
  • Magnitud decenas de cm a varios metros
  • Huracán Carol 31 de Agosto de 1954, Rhode
    Island (EEUU). Presión 960 mb Nivel entre 2.5
    y 3.5 m por encima de la marea astronómica

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Influencia de la meteorología
  • Influencia de la meteorología sobre el nivel del
    mar
  • Presión atmosférica fuerza vertical
  • (disminución de 1 mb aumento de
  • nivel de 1 cm, hipótesis de barómetro
  • Invertido)
  • Viento provoca desplazamiento
  • y apilamiento del agua en la costa
  • Oleaje el oleaje produce una
  • subida del nivel medio al llegar a
  • la costa set-up de oleaje

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Influencia de la meteorología
  • Influencia de la meteorología sobre el nivel del
    mar
  • Se puede predecir a corto plazo mediante modelos
    de circulación forzados con presión y viento de
    un modelo meteorológico

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Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del
mar
  • La magnitud de estas variaciones es mayor en
    latitudes altas, tormentosas y de aguas someras
  • Su impacto puede ser catastrófico en tierras
    bajas y deltas (Bangladesh, Holanda)
  • Storm surge históricos

Fecha Región Máximo residuo Pérdidas humanas
1864, 1876 Bangladesh ? 250000
Sept. 1900 Galveston, Texas 4.5 m 6000
Ener. 1953 Mar del Norte 3.0 m 2000
Novi. 1970 Bangladesh 9.0 m 500000
21
Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del
mar
  • Más recientemente
  • Huracán Katrina (Nueva Orleans, Agosto de 2005)
    máximo residuo 3.5 metros en el área del Delta
    del Misissipi
  • Mar del Norte, 9 de Noviembre de 2007 el mayor
    desde el storm surge histórico de 1953. Máximo
    residuo 2.40 m en Sheerness. No coincidió con la
    pleamar, menos daños
  • Ciclón Nargis (Myanmar, 2-4 de Mayo de 2008)
    22000 muertos y mismo número de desaparecidos.
  • Sandy (costa Este de Estados Unidos, 2012)
  • Haiyan, Filipinas.Noviembre 2013.
  • Fenómeno frecuente, sin sistemas de alerta ni
    detección, la población está completamente
    desprotegida

22
Influencia de la meteorología
23
Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del
mar
Aunque de menor importancia en la costa española
y menos impacto en vidas humanas, ocasionalmente
se producen importantes daños en las
infraestructuras relacionados con subidas de
nivel del mar durante una tormenta
Fecha Zona Máximo residuo Daños
Enero 1996 Galicia 60 cm Rotura paseo marítimo Coruña
Novi. 2001 Mediterráneo 70 cm Inundaciones y daños en puertos
Novi. 2002 Galicia 70 cm Acci. Prestige
24
Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del
mar
10-16 de Noviembre de 2001 fuerte oleaje
acompañado de una excepcional subida del nivel
del mar y persistencia temporal
Unas treinta de carreteras quedaron cortadas y
las olas se tragaron la arena de muchas playas.
Algunas calles fueron invadidas por el mar (El
País Digital, 12/11/2001)
En la Comunidad Valenciana, olas de siete
metros de altura destruyeron ayer tarde parte de
la escollera del muelle de la Cerámica, situada
en la zona norte del puerto de Castellón. La zona
afectada de la escollera tiene una longitud de un
kilómetro y está totalmente inundada y llena de
cascotes.. (El País Digital, 16/11/2001)
25
Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del
mar
Noviembre 2001 máximos niveles del mar
registrados por REDMAR
Valencia
Barcelona
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Secas y Tsunamis
Secas
  • Oscilaciones de nivel con periodos de varios
    minutos, que se superponen a la marea en puertos,
    bahías o golfos. Producidas por una perturbación
    en la presión atmosférica y el viento, que da
    lugar a un fenómeno de resonancia local
  • Periodo de oscilación depende de las dimensiones
    de la masa de agua afectada, y coincide con su
    periodo natural de oscilación
  • En puertos y bahías, el nodo está situado cerca
    de la bocana o entrada, y el antinodo en el
    extremo cerrado

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Secas y Tsunamis
Secas Fenómeno frecuente en el Mediterráneo,
donde la amplitud puede ser del orden o superior
a la propia marea y a los efectos
meteorológicos.
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Secas y Tsunamis
Tsunamis
  • Origen movimiento vertical del fondo marino por
    una de las tres causas siguientes
  • terremoto
  • corrimiento de tierras
  • erupción volcánica

La perturbación en el gradiente horizontal de
presión se propaga como una onda apenas
apreciable en aguas profundas, que se amplifica
al llegar a aguas someras Longitudes de onda de
100 a 200 km, periodos de minutos a horas Pueden
dar lugar a resonancias o secas en bahías o
puertos
29
Secas y Tsunamis
Tsunamis
  • Diferencia entre tsunami y oleaje producido por
    viento
  • Oleaje energía en la capa superficial del mar
  • Tsunami energía en toda la columna de agua
    cambio de nivel del mar

30
Secas y Tsunamis
Tsunamis
31
Secas y Tsunamis
  • El tsunami de Indonesia

Características L100 km, Tmin-horas , C 800
km/h
32
Secas y Tsunamis
  • El tsunami de Lisboa (1755)
  • Magn. Terr. gt8.6 ???
  • Epicentro 200 km. al sur del Cabo San Vicente
  • 10.000 muertos en Cádiz y Huelva y Marruecos
  • Olas hasta Sevilla río arriba y de hasta 3 m en
    el Sur de Inglaterra

33
Secas y Tsunamis
  • El tsunami de Argelia (2003)
  • Un ejemplo cercano el tsunami producido por el
    terremoto de Argel el 21 de Mayo de 2003 produjo
    graves daños en puertos de Baleares
  • Oscilaciones de nivel del mar de más de 1 metro
    en Mahón y San Antonio destrozaron decenas de
    caras embarcaciones deportivas

34
Secas y Tsunamis
El tsunami de Argelia (2003)
  • Ejemplo del tsunami detectado por los
    mareógrafos de Puertos del Estado en el
    Mediterráneo tras el terremoto de Argelia del
    21/05/2003

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Nivel medio del mar
  • El nivel medio del mar una referencia?

Pero quién diría que la superficie del mar está
inclinada? (Estrabón, Geografía)
  • El nivel medio del mar, por su apariencia plana
    en relación a la tierra, se ha considerado
    históricamente una referencia de medida de
    altitudes
  • Sin embargo, la superficie media del mar SÍ
    presenta variaciones de altura de un lugar a otro
    y a lo largo del tiempo

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Nivel medio del mar
  • Algunas definiciones importantes
  • Definición de nivel medio del mar altura de
    agua promediada en un periodo de tiempo
    suficientemente largo para filtrar las
    oscilaciones producidas por el oleaje, las
    secas y las mareas (diario, mensual, anual..)
  • Varía espacial y temporalmente, pero con un
    orden de magnitud normalmente mucho menor que las
    variaciones de mayor frecuencia (10 a 20 cm por
    siglo)
  • Nivel medio del mar en la costa (medidas de
    mareógrafos) nivel medio relativo a una señal de
    referencia en tierra, corresponde a la diferencia
    entre los movimientos verticales del terreno y el
    del nivel medio del mar (variación absoluta)

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Nivel medio del mar
  • Variación espacial
  • Elipsoide de revolución forma que, distorsionada
    por la rotación terrestre, adoptaría la
    superficie equipotencial de la Tierra si la
    densidad de la misma fuese uniforme
  • Geoide superficie equipotencial real que puede
    diferir en varias decenas de metros del
    elipsoide, debido a la densidad no homogénea de
    la Tierra
  • El geoide constituye la referencia para el
    cálculo de gradientes horizontales de presión ?
    Corrientes

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Nivel medio del mar
  • Variación espacial
  • La superficie del mar no coincide con el geoide
    debido a
  • la variación espacial de la densidad del agua
    (temperatura, salinidad y presión)
  • variación espacial de la presión atmosférica y
    los vientos medios
  • Los cambios espaciales de nivel generan
    gradientes horizontales de presión que dan lugar
    a corrientes (equilibrio geostrófico), en
    dirección perpendicular al gradiente

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Nivel medio del mar
  • Variación espacial
  • Diferencias del geoide respecto al elipsoide
    -105 m ( Sur de India) a 75 m (Norte de Australia)
  • El nivel medio del mar varía con respecto al
    geoide hasta 1 metro debido a diferencias de
    temperatura, salinidad, presiones y vientos
    medios y corrientes oceánicas
  • Ej nivel medio en la costa Pacífica de Panamá
    0.20 m superior al de la Atlántica

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Nivel medio del mar
  • Variación espacial

La variación espacial del nivel medio del mar
refleja los patrones de circulación oceánica
permanentes, como la Corriente del Golfo, o
perturbaciones ocasionales en la misma como el
fenómeno de El Niño (subida de nivel del mar en
el Este del Pacífico)
  • Máximos niveles en zonas tropicales de Indico y
    Pacífico, y mínimos en torno a la Antártida

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Nivel medio del mar
  • Ciclo estacional y variación interanual
  • El ciclo estacional está producido por la
    variación de la radiación solar a lo largo del
    año y el diferente grado de calentamiento del
    agua
  • Influyen también las variaciones estacionales en
    presión y viento, y en las corrientes

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Nivel medio del mar
  • Ciclo estacional y variación interanual
  • La variabilidad interanual y decadal en el
    sistema océano-atmósfera produce importantes
    cambios de nivel del mar a gran escala
  • Ej El Niño, causa
  • diferencias de nivel del
  • Mar de entre 20 y 30 cm
  • a ambos lados del
  • Pacífico

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Nivel medio del mar
  • Cambios seculares y eustáticos
  • Cambios seculares cambios en el nivel medio del
    mar a largo plazo
  • Cambios eustáticos cambios en el nivel medio del
    mar global
  • Movimientos epirogénicos movimientos verticales
    del terreno de carácter regional
  • Problema identificar y separar los cambios
    eustáticos y epirogénicos, cuando sólo se conocen
    los cambios seculares en estaciones particulares
  • Los cambios globales o eustáticos se producen
    cuando se altera el volumen total de agua en los
    océanos por
  • deshielo de los casquetes polares y los
    glaciares
  • aumento de la temperatura del agua (expansión
    térmica)
  • cambios en las reservas de agua dulce

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Nivel medio del mar
  • Cambios seculares y eustáticos
  • El nivel medio del mar experimenta cambios
    aparentemente lentos a lo largo de los siglos
    (milímetros/año)
  • Este ritmo se altera ante un cambio climático
    modificando la línea de costa el nivel medio
    global subió 125 m una vez finalizado el deshielo
    tras el pico de la última glaciación, hace 21000
    años
  • Los efectos de un cambio climático permanecen
    durante siglos e incluso milenios, aunque a un
    ritmo más lento

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Nivel medio del mar
  • Los movimientos de la tierra
  • Movimientos locales o regionales de la tierra
    pueden incrementar estos cambios en un factor de
    2 ó 3 e incluso producir una aparente disminución
    del nivel del mar (ej mar Báltico rebote tras
    el deshielo)
  • Rampa romana en Corintio (Grecia), inicialmente
    cubierta por el nivel tras un período de
    subsidencia y elevada posteriormente por
    actividad tectónica

46
Nivel medio del mar
  • El efecto invernadero últimos datos (IPCC 2007)
  • La temperatura global superficial ha aumentado
    entre 0.56 y 0.92º C en los últimos 100 años
  • Este ritmo de calentamiento es probablemente el
    más importante del último milenio (11 de los
    últimos 12 años están entre los 12 años más
    cálidos del registro histórico)

47
Nivel medio del mar
  • El efecto invernadero (IPCC, 2013)(Summary for
    Policy Makers)
  • El calentamiento del planeta es inequívoco y,
    desde 1950, muchos de los cambios observados no
    tienen precedentes a escalas de décadas a
    milenios.
  • Cada una de las tres últimas décadas han sido
    sucesivamente más cálidas que cualquier otra
    década desde 1850. 1983-2012 es probablemente el
    periodo de 30 años más cálido de los últimos 1400
    años (confianza media).
  • Durante las últimas dos décadas las masas de
    hielo de Groenlandia y la Antártida han estado
    perdiendo masa, los glaciares han continuado
    retrocediendo en todo el planeta y la masa de
    hielo del Artico y la cubierta de nieve en
    primavera en el hemisferio Norte han seguido
    disminuyendo (confianza alta).
  • El ritmo de subida del nivel del mar desde
    mediados del siglo XIX ha sido superior al ritmo
    de subida de los dos milenios precedentes
    (confianza alta) subida global 0.19 (0.17 a
    0.21) metros desde 1901 a 2010.

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Nivel medio del mar
  • El efecto invernadero (IPCC, 2013)(Summary for
    Policy Makers)
  • La influencia humana en el clima ha sido
    detectada en el calentamiento de la atmósfera y
    el océano, los cambios en el ciclo global del
    agua, las reducciones de nieve y hielo, en la
    subida del nivel medio del mar global y en los
    cambios en algunos extremos climáticos. Esta
    evidencia de la influencia humana es mayor ahora
    que en el último informe del IPCC (2007, AR4). Es
    extremadamente probable que el efecto
    antropogénico sea la causa dominante del
    calentamiento desde mediados del siglo XX.
  • El nivel medio del mar global continuará subiendo
    a lo largo del siglo XXI y, bajo todos los
    escenarios, el ritmo de subida será muy
    probablemente superior al observado entre 1971 y
    2010.

49
Nivel medio del mar
  • El efecto invernadero últimos datos
  • Datos mareógrafos y altimetría
  • Subida del nivel medio en el siglo XX entre 12
    y 22cm (2007), entre 17 y 21 cm (2013)
  • Ritmo 1.8 mm/año

Confirmada aceleración (1952-2011) 0.22 -0.015
mm/año2 (Calafat Chambers, 2013)
50
Nivel medio del mar
  • El efecto invernadero últimos 20 años
  • Ritmo más acelerado de subida 1993-2013
  • 3.3 mm/año
  • Hay una aceleración desde 1990, que no forma
    parte del ciclo natural (IPCC 2013)

51
Nivel medio del mar
  • El efecto invernadero últimos datos (IPCC 2007)
  • La desaparición reciente de zonas de las masas de
    hielo de Groenlandia y la Antártida causa más
    probable del aumento del nivel del mar 1993-2003
  • La contribución del deshielo de los glaciares a
    la subida del nivel medio ha aumentado
    considerablemente desde 1960

Rotura Plat. Larsen, de 3000 km2 (2002)
52
Nivel medio del mar
  • El efecto invernadero Proyecciones siglo XXI

53
Nivel medio del mar
  • Consecuencias de la subida del nivel del mar
  • Aumento de la erosión en playas (entre 50 y 200
    veces el ritmo de subida del nivel medio) y
    acantilados
  • Aumento del daño durante inundaciones y
    tormentas, así como la frecuencia de éstas
  • Inundación de áreas bajas
  • Intrusión salina en acuíferos
  • Subida del nivel de la capa freática

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Nivel medio del mar
  • Variaciones regionales de las tendencias

55
Nivel medio del mar
  • Impacto en la población
  • Las zonas más afectadas serán las pequeñas islas
    y las zonas bajas (deltas) (en muchas ocasiones
    zonas densamente pobladas y con pocos recursos
    económicos y de adaptación)
  • Bangladesh podría perder el 17 de su costa ante
    una subida del nivel medio de un metro

56
Nivel medio del mar
  • Ciclo natural o efecto antropogénico

Los modelos confirman la influencia del hombre
con más certeza en los últimos informes del IPCC
57
Nivel medio del mar
  • Observaciones frente a previsiones

Los datos observados de mareógrafos y altímetro
siguen el umbral superior de los rangos de subida
de nivel previstos por el IPCC
58
Nivel medio del mar
  • El futuro. (Meehl et al, Science, 2005)
  • En el futuro la contribución a la subida del
    nivel del mar del deshielo de los casquetes
    polares y los glaciares podría doblar la debida a
    la expansión térmica
  • Si la concentración de gases efecto invernadero
    se estabiliza en el valor actual la temperatura
    irá estabilizándose durante unos 100 años, pero
    el nivel del mar, por efecto térmico, continuará
    subiendo imbatible a un ritmo muy superior al de
    la temperatura (tres veces más rápido)
  • Esto confirma que el efecto del cambio climático
    sobre el nivel del mar es mucho mayor y de más
    largo plazo que el efecto sobre la temperatura
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