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Modelo Matemático
Descripción
Modelo M1 - Circulación General Atmosférica
Una vez estructurada la red semántica, se busca asociar cada objeto a una variable que permita su formulación matemática. Las relaciones entre variables —expresadas en la red semántica como vectores y asociaciones entre objetos— se traducen en ecuaciones que describen el comportamiento. Estas ecuaciones se buscan, en la mayor medida posible, basadas en primeros principios, y no en algoritmos ajustados numéricamente solo para reproducir comportamientos medidos. El resultado es la red lógica del modelo: el conjunto de variables, con sus unidades y rangos, y las ecuaciones que las relacionan.
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Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Desequilibrio radiativo y motor energético
El desequilibrio radiativo latitudinal es el motor fundamental de la circulación general: los trópicos absorben más energía solar de la que emiten al espacio, mientras los polos emiten más de la que reciben. Esa diferencia crea la necesidad de un transporte neto de energía desde bajas hacia altas latitudes. El storyboard cuantifica el transporte desde los trópicos hacia latitudes medias en aproximadamente 5–6 PW. Esta energía transportada cruza hacia los grupos de circulación meridional y transporte por remolinos; no se entrega una ley funcional completa que relacione el déficit/exceso radiativo con el flujo energético.
Grupo 2: Grupo 2: Organización en tres células meridionales
La respuesta atmosférica al desequilibrio radiativo se organiza en tres franjas de circulación meridional: Hadley en los trópicos, Ferrel en latitudes medias y polar en las latitudes más altas. La célula de Hadley constituye además un mecanismo explícito de transporte medio de energía y domina ese transporte dentro de los trópicos. Las otras dos células forman parte de la organización media global, aunque el storyboard no asigna una contribución energética cuantitativa separada a Ferrel o a la célula polar. La célula de Hadley cruza además hacia el grupo que determina su borde latitudinal.
Grupo 3: Grupo 3: Transporte energético por Hadley y remolinos baroclínicos
El transporte de aproximadamente 5–6 PW no recae en un único mecanismo. Dentro de los trópicos domina la circulación media de Hadley; una vez que el calor sale de la franja tropical, dominan los remolinos baroclínicos de latitudes medias. Por tanto, la contribución relativa de ambos mecanismos cambia con la latitud y existe una transición de dominio entre transporte medio tropical y transporte turbulento/extratropical. Los remolinos baroclínicos son una variable puente porque también transportan momento y participan en el sostenimiento de los chorros.
Grupo 4: Grupo 4: Gradiente térmico, remolinos y chorros de latitudes medias
Los chorros de latitudes medias dependen del gradiente meridional de temperatura y del transporte meridional de momento producido por los remolinos baroclínicos. La relación del viento térmico establece una dependencia monotónica positiva: cuanto mayor es el gradiente térmico trópico–polo, más fuerte es el chorro que se desarrolla. Los remolinos baroclínicos, alimentados por ese gradiente, aportan el transporte de momento que participa en el balance que fija la velocidad del chorro. El storyboard no entrega coeficientes ni una ecuación cuantitativa del balance.
Grupo 5: Grupo 5: Estabilidad y borde de la célula de Hadley
La extensión latitudinal de la célula de Hadley está limitada por un criterio de estabilidad del viento en altura, cerca de la tropopausa. Ese criterio fija la latitud hasta la cual puede extenderse la célula antes de volverse inestable. Bajo calentamiento climático se proyecta que el límite de estabilidad se desplace hacia latitudes más altas y que el borde de Hadley se desplace con él, produciendo expansión de la célula. La dependencia descrita es direccional/monotónica, pero no se proporciona umbral numérico ni forma funcional.
Grupo 6: Grupo 6: Calentamiento diferencial y modificación del gradiente térmico
El calentamiento climático no tiene por qué ser igual en todas las latitudes. Cuando el polo se calienta de manera distinta al resto de la atmósfera, cambia la diferencia térmica trópico–polo y, por tanto, el gradiente meridional de temperatura. Este gradiente modificado es una variable puente que realimenta el mecanismo del viento térmico y determina si el chorro resulta más fuerte o más débil que antes. El storyboard especifica la dirección causal pero no una sensibilidad cuantitativa entre calentamiento diferencial y gradiente.
Grupo 7: Grupo 7: Respuesta climática integrada de Hadley y chorros
El calentamiento climático produce dos respuestas integradas destacadas en la circulación general. Por una rama, desplaza hacia latitudes más altas el límite de estabilidad y expande la célula de Hadley; por otra, el calentamiento diferencial modifica el gradiente térmico y, mediante la relación del viento térmico, modifica la intensidad de los chorros. La intensificación del chorro es por tanto indirecta y está mediada explícitamente por el gradiente meridional de temperatura. Este grupo conserva ambas salidas observables sin colapsar los mecanismos intermedios que las generan.
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