Olas de calor estivales en el centro-este de Argentina : de la física a los impactos

• Autores: Coronato, Tanea
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Carril, Andrea F.; Zaninelli, Pablo Gabriel
• Materia: TEMPERATURA MAXIMA; TEMPERATURA MINIMA; TEMPERATURA DE BULBO HUMEDO; DIAS CALIDOS; PERSISTENCIA DE DIAS EXTREMOS; OLAS DE CALOR; CARACTERIZACION MULTIVARIADA DE OLAS DE CALOR; ACOPLE SUELO-ATMOSFERA; CAMBIO CLIMATICO; MODELOS CLIMATICOS REGIONALES; MODELOS DE SIMULACION ENERGETICA DE EDIFICIOS; SUDAMERICA; CENTRO-ESTE DE ARGENTINA; ROSARIO; MAXIMUM TEMPERATURE; MINIMUM TEMPERATURE; WET BULB TEMPERATURE; HOT DAYS; PERSISTENCE OF EXTREME DAYS; HEAT WAVES; MULTIVARIATE CHARACTERIZATION OF HEAT WAVES; LAND-ATMOSPHERE COUPLING; CLIMATE CHANGE; IMPACT STUDIES; REGIONAL CLIMATE MODELS; BUILDING ENERGY SIMULATION MODELS; SOUTH AMERICA; CENTRAL-EASTERN ARGENTINA; ROSARIO
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Este trabajo de tesis aborda la temática de las olas de calor que afectan el centro-este de Argentina desde distintos puntos de vista y escalas. Se estudian aspectos relativos a los procesos físicos que catalizan o modulan la ocurrencia de las olas de calor, sus características, estadísticos y proyecciones de cambio, y decreciendo en escalas, se realizan estudios de impacto. La tesis va más allá de la típica comparación de climatologías modeladas versus observadas, pues incluye el análisis de una serie de experimentos ad-hoc para el estudio de los procesos en la interfase suelo-atmósfera, caracterizaciones novedosas de las olas de calor y un enfoque innovador e interdisciplinario para evaluar el impacto del clima y de su variabilidad en el consumo energético destinado a la refrigeración de viviendas sociales. Estudios previos han demostrado que el centro-este de Argentina es una zona de transición climática y de acople entre el suelo y la atmósfera. En esta tesis se exploran las implicancias de dicho acople (es decir, de las retroalimentaciones entre la humedad del suelo y la atmósfera) en los extremos cálidos del campo de temperatura. Mediante el análisis de una serie de experimentos numéricos diseñados ad-hoc para el estudio de las interacciones suelo-atmósfera, se muestra que las mismas afectan a la cola de la distribución de probabilidad del campo térmico, impactando en los extremos cálidos y en su persistencia. Además, tanto la existencia del acople suelo-atmósfera como de las condiciones de suelo relativamente secas favorecen la ocurrencia de extremos de temperatura. En ausencia de acople suelo-atmósfera, el impacto de las condiciones de humedad del suelo (secas o húmedas) es más débil. Estos resultados sugieren que el rol de las interacciones entre la humedad del suelo y la atmósfera es más importante que el impacto de las anomalías estacionarias de la humedad del suelo. Las proyecciones de cambio climático sobre el centro-este de Argentina señalan incrementos en la persistencia de días cálidos, de noches cálidas y de días húmedos. Éstos impactan en las proyecciones de cambio de las olas de calor, las que fueron analizadas y categorizadas. Mediante un análisis multivariado que incluye información de la temperatura y del contenido de humedad de las mismas, emergen tres tipos principales de olas de calor: las cálidas y secas (de aquí en más, “secas”), las extremadamente cálidas y húmedas ( “intensas”) y las húmedas con noches particularmente calurosas (“húmedas”). Todas ellas, se proyectan más extremas a futuro. Además, se espera una mayor frecuencia de ocurrencia de eventos “intensos” como consecuencia de los cambios proyectados para los campos medios: temperaturas más altas, pero con incrementos más pronunciados en las temperaturas mínimas y en las temperaturas de bulbo húmedo que en las temperaturas máximas. En general, olas de calor consideradas extremas e improbables bajo las condiciones de clima actual resultan eventos típicos en el clima futuro, característica que se agudiza hacia fin de siglo y bajo escenarios de mayores emisiones de gases de efecto invernadero. Además, la variabilidad de las olas de calor disminuye levemente bajo condiciones de clima futuro, cuando los eventos proyectados asemejan más al evento típico que bajo condiciones de clima presente. Finalmente, no se destacan cambios significativos en otros parámetros típicos de las olas de calor, como e.g., duración y frecuencia de los eventos. Dado que el sector residencial es el segundo sector de importancia en cuanto al consumo de energía en el país, que parte de dicho consumo es dedicado a mantener las condiciones de confort de sus habitantes y que tanto la urbanización como las condiciones de calor extremas se espera que continúen in crescendo durante las próximas décadas, se realizaron estudios de impacto sobre el consumo energético para la refrigeración de viviendas sociales. Sobre la base de la experiencia previa de las comunidades de clima y de impactos, se propuso una metodología que permite proyectar los cambios en el consumo, conservando la información acerca de las variabilidades del clima en distintas escalas temporales y abordando el problema de la incertidumbre de los resultados como un elemento de juicio para los tomadores de decisión. Se encontró que la confianza en los resultados aumenta a medida que aumenta la eficiencia energética de las viviendas mediante intervenciones edilicias que las hacen menos sensibles a la condición climática. Sin embargo, cuando el forzante radiativo del escenario considerado es extremo, la eficacia de dichas intervenciones decae y la incertidumbre de los resultados aumenta. En particular, las olas de calor impactan provocando picos en la demanda energética, y estudios de caso muestran que las olas de calor “húmedas” tienen mayor impacto en la demanda energética que las olas de calor “secas”. Además, aquellas caracterizadas como “intensas” son las que provocan los máximos en la demanda energética diaria.
This thesis addresses the issue of heat waves affecting central-eastern Argentina from different points of view and scales. Aspects related to the physical processes that catalyze or modulate the occurrence of heat waves, their characteristics, statistics and change projections are studied, and decreasing in scale, impact studies are carried out. The thesis goes beyond the typical comparison of modeled versus observed climatologies, as it includes the analysis of a series of ad-hoc experiments for the study of the processes at the soil-atmosphere interface and a novel characterization of heat waves. Moreover, an innovative and interdisciplinary approach to assess the impact of climate and its variability on the cooling energy demand of social housing is presented. Previous studies have shown that central-eastern Argentina is a climatic transition zone with land-atmosphere coupling. This thesis explores the effect of this coupling (i.e., of the feedback between soil moisture and the atmosphere) on the warm extremes of the temperature field. The analysis of a series of numerical experiments designed ad-hoc for the study of land-atmosphere interactions shows that such interactions affect the tail of the probability distribution of the thermal field, impacting on the warm extremes and on their persistence. Furthermore, the existence of both land-atmosphere coupling and relatively dry soil conditions enhance the occurrence of temperature extremes. In absence of land-atmosphere coupling, the impact of soil moisture conditions (dry or wet) is weaker. These results suggest that the role of interactions between soil moisture and the atmosphere is more important than the impact of stationary soil moisture anomalies. Climate change projections for central-eastern Argentina show increases in the persistence of hot days, warm nights and humid days. These impact on heat waves change projections, which were analyzed and categorized. From a multivariate analysis that includes information on both temperature and moisture content, three main types of heat waves emerge: hot and dry (“dry”), extremely hot and humid (“intense”) and humid with particularly hot nights (“humid”). All of these events are projected to become more extreme in the future. In addition, a higher frequency of occurrence of “intense” events is expected as a consequence of the projected changes for the mean fields: higher temperatures, but with stronger increases in minimum temperatures and in wet bulb temperatures rather than in maximum temperatures. Moreover, heat waves that are considered extreme and unlikely under current climate conditions are typical events in the future climate, and this feature accentuates towards the end of the century and under scenarios of higher greenhouse gas emissions. In addition, the variability of heat waves slightly decreases under future climate conditions, when the projected events resemble more the typical event than under present climate conditions. Finally, there are no significant changes in other typical heat wave parameters such as e.g., duration and frequency of events. The residential sector is the second most important sector in terms of energy consumption in the country and its consumption is partially dedicated to maintaining the comfort conditions of its inhabitants. Since both urbanization and extreme heat conditions are expected to keep rising over the coming decades, impact studies on the cooling energy demand of social housing were conducted. Based on the previous experience of the climate and impact communities, a methodology that allows projecting changes in the energy consumption while preserving the information about climate variabilities on different time scales was proposed. Moreover, such methodology allows addressing the uncertainty of the results as an element of judgment for decision makers. It was found that confidence in the results increases as the dwellings’ energy efficiency increases through building interventions that make them less sensitive to the climatic condition. However, when the radiative forcing of the scenario under study is extreme, the effectiveness of such interventions decreases and the uncertainty of the results increases. In particular, heat waves impact by causing energy demand peaks, and case study shows that “wet” heat waves have a greater impact on the energy demand than “dry” heat waves. In addition, those events characterized as “intense” produce the highest peaks of the daily energy demand.
Fil: Coronato, Tanea. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.