ESTUDIO DEL IMPACTO DEL CAMBIO CLIMATICO

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID 
E.T.S.I. CAMINOS CANALES Y PUERTOS 
ESTUDIO DEL IMPACTO DEL CAMBIO CLIMÁTICO 
SOBRE LOS RECURSOS HÍDRICOS. APLICACIÓN EN 
DIECINUEVE PEQUEÑAS CUENCAS EN ESPAÑA 
TESIS DOCTORAL 
Pedro Fernández Carrasco 
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos 
2002 
DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA E INFORMÁTICA APLICADA 
A LA INGENIERÍA CIVIL 
E.T.S.I. CAMINOS, CANALES Y PUERTOS 
ESTUDIO DEL IMPACTO DEL CAMBIO CLIMÁTICO 
SOBRE LOS RECURSOS HÍDRICOS. APLICACIÓN EN 
DIECINUEVE PEQUEÑAS CUENCAS EN ESPAÑA 
TESIS DOCTORAL 
Pedro Fernández Carrasco 
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos 
Directores : 
D. Cristóbal Mateos Iguacel 
Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos 
Catedrático de Algebra lineal de la E.T.S.I. de Caminos, Canales y Puertos 
de la U.P.M y Director del Laboratorio de Hidráulica del Centro de 
Estudios Hidrográficos del CEDEX del Ministerio de Fomento. 
D. Teodoro Estrela Monreal 
Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos 
Coordinador del Programa Técnico-Científico del Área de Hidrología del 
Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX del Ministerio de Fomento. 
2002 
TESIS DOCTORAL 
ESTUDIO DEL IMPACTO DEL CAMBIO GLOBAL SOBRE 
LOS RECURSOS HÍDRICOS. APLICACIÓN EN 
DIECINUEVE PEQUEÑAS CUENCAS EN ESPAÑA 
Presentada por: 
D. Pedro Fernández Carrasco 
Dirigida por: 
D. Cristóbal Mateos Iguacel 
D. Teodoro Estrela Monreal 
TRIBUNAL ENCARGADO DE JUZGAR LA TESIS DOCTORAL 
Presidente: 
Vocal 1°: 
Vocal 1°: 
Vocal 1°: 
Vocal 1°: 
Vocal Secretario: 
ACUERDA OTORGARLE LA CALIFICACIÓN DE: 
Madrid, a de 2002 
Dedicada a mis padres Jaime y Josefina, 
a mi esposa Loleta, 
a mis hijos Lucia, Jaime y a ese chiquitin o chiquitina 
que está por llegar y 
a mis suegros Pedro Manuel y Maria Luisa. 
A la Escuela de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos 
en su 2 00 aniversario. 
AGRADECIMIENTOS 
Deseo expresar mi más sincero agradecimiento a una serie de 
personas y organismos que han contribuido a la consecución de esta 
tesis doctoral. 
A D. Cristóbal Mateos Iguacel y D. Teodoro Estrela Monreal por la 
dirección de esta tesis y por su apoyo científico, técnico y moral 
constantes que han resultado de inestimable valor para el 
desarrollo de la presente tesis doctoral. 
Muy especialmente a D. Teodoro Estrela Monreal por el tiempo que 
ha dedicado a formarme en el campo de la hidrología, por la 
profesionalidad mostrada durante los años que permanecí en su 
departamento y por su apoyo durante los difíciles años que pase en 
la tercera planta del Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX. 
A la División de Erosión y Sedimentologia del Centro de Estudios 
Hidrográficos del CEDEX, Rafael Cobo, Francisco Garcia, Esther 
Sanz, Fernando Fernández, Fulgencio Vélez, Mafias Álvarez, José 
Luis Gómez, Javier de Haro, Ángel Gómez, Lucio Garcia, Ricardo 
Canales, José Luis Cardona y a José López Algarra y a Ventura 
Martínez. 
A Cándido Avendaño Salas por su apoyo incondicional, generosidad y 
buen talante hacia mi persona en todo momento. 
Mi agradecimiento para el Centro de Estudios Hidrográficos del 
CEDEX, donde se ha realizado este trabajo, por las facilidades 
prestadas para la consecución de esta tesis, asi como a todas las 
personas de Hidrográficos por su cordial trato durante estos años, 
en especial a Javier Álvarez Rodríguez por su ayuda en el manejo 
de GRASS y SIMPA y por su paciencia al desarrollar programas que 
me han facilitado mucho el manejo de los datos necesarios para 
realizar las simulaciones hidrológicas. 
A mi familia y amigos por todos los años que me han apoyado y sin 
cuyo respaldo la realización de la presente tesis hubiera sido muy 
difícil. A mis hermanos: Salvador, Jaime y Lucia, a Maria Luisa, 
Chiqui, Julián, Ana, Roclo, Marta y Valeri. 
A mis compañeros de Caminos Belén Margalef, Maria Montoya, Paco 
Niño, Benito Reig, José Manuel González y a Ángel Guerrero. 
A Javier Diez por el impulso final dado a esta tesis. 
Al Doctor y amigo Eduardo Hevia por su certero diagnostico y su 
ayuda. Al Doctor Cimarra por su profesionalidad y buenos 
resultados en su intervención. A los fisioterapeutas Rubén y José. 
A mi mujer Loleta por su ayuda antes, durante y después de mi 
larga recuperación. 
RESUMEN DE LA TESIS DOCTORAL 
La presente tesis estudia el impacto que el cambio climático puede 
producir en los recursos hidricos en España, empleando los campos 
climáticos elaborados para la Península Ibérica por el modelo 
climático regional PROMES. El modelo regional calcula las 
condiciones de contorno e iniciales a partir de las salidas del 
modelo de circulación general HADCM2. 
Se estima la vulnerabilidad al cambio climático de los recursos 
hidricos en su aspecto cuantitativo al comparar la evaluación 
hidrológica, en régimen natural, para el año 2050 frente a la 
evaluación hidrológica de un periodo base sin modificar, de 50 
años, comprendido entre 1945 y 1995. Los resultados servirán de 
base para posteriores estudios de los impactos relativos a la 
calidad, la intensidad y frecuencia de las avenidas y sequías o al 
uso, gestión y planificación del agua. 
Para las simulaciones hidrológicas se ha empleado el modelo 
hidrológico SIMPA (Sistema Integrado para la Modelización de la 
Precipitación-Aportación) desarrollado en el Centro de Estudios 
Hidrográficos del CEDEX. El modelo simula los procesos del ciclo 
hidrológico en su fase terrestre mediante ecuaciones de balance y 
transferencia, que se aplican en un mallado regular compuesto por 
celdas de igual tamaño en el que se divide la cuenca. Mediante el 
empleo de un sistema de información geográfica de tipo matricial, 
el modelo ejecuta las ecuaciones del ciclo hidrológico y estima 
los recursos hidricos subterráneos y superficiales, mostrando una 
información distribuida y agregada de las principales variables 
hidrológicas. 
El modelo hidrológico utiliza los datos mensuales de 
precipitaciones y de temperaturas registrados en las estaciones 
meteorológicas, modificados o no por los campos climáticos 
disponibles, la información fisiográfica del territorio relativa a 
tipos de suelo, usos del suelo, etc. y los datos de aforos 
históricos registrados en las estaciones foronómicas. 
El estudio se ha aplicado en diecinueve pequeñas cuencas 
distribuidas por la Península Ibérica. En cada una de ellas se ha 
llevado a cabo dos simulaciones hidrológicas con el modelo SIMPA. 
La primera de ellas utiliza datos mensuales de precipitación y 
temperatura del periodo 1945 a 1995. La segunda simulación emplea 
los datos de precipitación y temperatura mensual del mismo periodo 
modificado por los campos climáticos para el año 2050 obtenidos en 
las simulaciones IXCO2 y 2XCO2 del Modelo Climático Regional 
PROMES. Se han comparado los resultados con otras simulaciones que 
o bien no empleaban una simulación hidrológica a escala mensual o 
bien no se apoyaban en campos climáticos de clima futuro 
regionales. 
ABSTRACT 
The goal of this Doctoral Thesis is to study the irapact of 
climatic change in Spain's water resources, using the climatic 
fields developed by the regional climatic model PROMES for the 
Iberian Penninsula. The regional model calculates the initial and 
boundary condition from the output of the general circulation 
model HADCM2. 
The vulnerability of the water resources to the climatic change is 
estimated in its quantitive aspect when it compares the 
hydrological evaluation, in natural regime, for the year 2 050 to 
the hydrological evaluation of a non modified base period of 50 
years, from 1945 to 1995. The results will serve as a first step 
for further studies on the impact on quality, intensity and 
frequency of floods and droughts or in the use, management and 
plannification of water. 
For the hydrologic simulations the hidrological model SIMPA 
(Integrated Modelization System of the Rainfall-Runoff) has been 
used, developed in the Center of Hydrological Studies of CEDEX. 
The model simulates the process of the hydrologicalcycle in its 
terrestrial phase, with balance and tranfer equations, applied in 
a regular grid composed of equal size cells in which the basin has 
been divided. Using a ráster type geographical Information system, 
the model executes the equations of the hydrological cycle and 
estimates the groundwater and surface resources, showing the 
Information of the principie hydrological variables in a 
distributed and aggregated manner. 
The hydrological model uses monthly data of rainfall and 
temperature from metereological stations, modified or not by the 
available climatic fields, the physical characteristic of the 
territory related to soil types and land uses, and the historical 
data collected from the gauging stations. 
The study applies to nineteen small basins distributed throughout 
the Iberian Penninsula. In each one of them two hydrological 
simulations have been run with the SIMPA model. In the first one, 
the monthly data on rainfall and temperature for the period 1945 
to 1995 was used. In the second simulation, the data used was 
monthly rainfall and temperature for the same period but modified 
by the climatic fields obtained in the IXCO2 and 2xC02 simulations 
of the Regional Climatic Model PROMES. The results are compared to 
other simulations that either did not use a hydrological 
simulation on a monthly basis or were not adjusted with future 
regional climatic fields. 
ÍNDICE GENERAL DE LA TESIS 
CAPÍTULO 1. 23 
Cambio global. 
CAPÍTULO 2 . 28 
El cambio climático y su impacto sobre los recursos hldricos. 
CAPÍTULO 3 . 85 
Generación de campos climáticos. 
CAPÍTULO 4 . 133 
Metodología propuesta para la modelización del impacto del cambio 
climático sobre los recursos hidricos. 
CAPÍTULO 5 . 149 
Descripción de la zona de estudio. 
CAPÍTULO 6 . 187 
Aplicación a la zona de estudio. 
CAPÍTULO 7 . 233 
Resumen, conclusiones y perspectivas. 
CAPÍTULO 8 . 23 9 
Referencias bibliográficas. 
anejo 1 249 
Campos climáticos IXCO2 y 2xC02 modelo climático PROMES. 
ÍNDICE DE LA TESIS 
CAPÍTULO 1. 
1. CAMBIO GLOBAL , 23 
1.1. INTRODUCCIÓN 
1.2. OBJETIVOS DE LA PRESENTE TESIS 25 
1.3. ORGANIZACIÓN DE LA TESIS 26 
Í N D I C E DE LA T E S I S 
CAPÍTULO 2 . 
2.EL CAMBIO CLIMÁTICO Y SU IMPACTO SOBRE LOS RECURSOS HÍDRICOS..28 
2.1. EL SISTEMA CLIMÁTICO 28 
2.1.1. Introducción 28 
2.1.2. Qué entendemos por clima 29 
2.1.3. Componentes del sistema climático 30 
2.2. CAUSAS NATURALES DEL CAMBIO CLIMÁTICO 38 
2.2.1. Introducción 38 
2.2.2. Mecanismos no radiativos 38 
2.2.3. Mecanismos radiativos 38 
2.2.4. Mecanismos externos 38 
2.2.4.1.Variaciones galácticas 39 
2.2.4.2.Variaciones orbitales 39 
2.2.4.3.Variaciones solares 41 
2.2.5. Mecanismos internos 43 
2.2.5.1.Deriva continental 43 
2.2.5.2.Formación de los sistemas montañosos 44 
2.2.5.3.Vulcanismo 45 
2.2.5.4. Circulación Oceánica 48 
2.2.6. La escala temporal en el cambio climático 50 
2.2.7. Los cambios climáticos en el Cuaternario 52 
2.2.7.1. El Pleistoceno 53 
2.2.7.2. El Holoceno 56 
2.3. CAUSAS ANTRÓPICAS DEL CAMBIO CLIMÁTICO 61 
2.3.1. Modificaciones de la composición atmosférica 61 
2.3.2. Modificaciones del paisaje y de los usos del suelo 62 
2.4. MECANISMOS DE RETROALIMENTACIÓN 63 
2.5. IMPACTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO 65 
2.5.1. Vulnerabilidad global 65 
2.5.2. La hidrología y los recursos hidricos 68 
2.6. MODELIZACIÓN DEL IMPACTO DEL CAMBIO CLIMÁTICO SOBRE LOS RECURSOS HÍDRICOS 
71 
2.7. EL CAMBIO CLIMÁTICO Y LA PLANIFICACIÓN HIDROLÓGICA EN ESPAÑA 79 
Í N D I C E DE LA T E S I S 
CAPÍTULO 3 . 
3 . GENERACIÓN DE CAMPOS CLIMÁTICOS 85 
3.1. MODELOS CLIMÁTICOS 85 
3.2. ESCENARIOS DE EMISIONES 94 
3.3. MODELOS DE CIRCULACIÓN GENERAL FRENTE A MODELOS HIDROLÓGICOS ANIDADOS EN 
LOS MODELOS CLIMÁTICOS 98 
3.4. LOS MODELOS CLIMÁTICOS UKMO Y PROMES 102 
3.4.1. El modelo climático UKMO 102 
3.4.1.1. Descripción 102 
3.4.1.2. Modelo atmosférico 102 
3.4.1.3. Modelo oceánico y de hielo marino 106 
3.4.1.4. Acoplamiento entre atmósfera-océano-hielo marino 108 
3.4.1.5. Forzamiento radiativo de los gases invernadero y de la 
distribución del aerosol sulfato emitidos por fuentes antrópicas 108 
3.4.1.6. Método utilizado para realizar las simulaciones climáticas 
110 
3.4.2. El modelo climático regional PROMES 112 
3.4.2.1. Descripción 112 
3.4.2.2. Sistema de coordenadas 112 
3.4.2.3. Sistema de ecuaciones 114 
3.4.2.4. Parametrizaciones de los procesos físicos 114 
3.4.2.5. Tratamiento numérico 116 
3.5. CAMPOS CLIMÁTICOS PARA ESPAÑA 118 
3.5.1. Resultados del modelo de circulación general UKMO 118 
3.5.2. Método utilizado en las simulaciones climáticas del modelo regional 
de clima PROMES 119 
3.5.2.1. Objetivo y periodo temporal considerado 119 
3.5.2.2. Dominio y resolución 120 
3.5.2.3. Topografía 120 
3.5.2.4. Datos para las condiciones iniciales y de contorno 121 
3.5.2.5. Asignación de los parámetros del suelo y otros parámetros ....121 
3.5.2.6. Resultados del modelo regional de clima PROMES 122 
3.5.2.7. Análisis de los resultados de la simulación del modelo PROMES 123 
3.5.2.7.1. Precipitación 123 
3.5.2.7.2. Temperatura media diaria a dos metros sobre el suelo .124 
Í N D I C E DE LA T E S I S 
CAPÍTULO 4 . 
4. METODOLOGÍA PROPUESTA PARA LA MODELIZACIÓN DEL IMPACTO DEL 
CAMBIO CLIMÁTICO SOBRE LOS RECURSOS HÍDRICOS 133 
4.1. INTRODUCCIÓN 133 
4.2. EL MODELO HIDROLÓGICO DISTRIBUIDO SIMPA 134 
4.2.1. Formulación conceptual del modelo hidrológico mensual 136 
4.3. CÁLCULO DE LOS MAPAS DE PRECIPITACIÓN Y EVAPOTRANSPIRACIÓN A PARTIR DE 
CAMPOS CLIMÁTICOS 142 
4.4. MAPAS DE PARÁMETROS HIDROLÓGICOS 143 
4.5. SALIDAS DEL MODELO HIDROLÓGICO 147 
Í N D I C E DE LA T E S I S 
CAPÍTULO 5 . 
5. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO 149 
5.1. SELECCIÓN DE LAS CUENCAS DE ESTUDIO 149 
5.2. CARACTERÍSTICAS DE LAS CUENCAS 153 
5.2.1. Cuenca del río Oyarzun 153 
5.2.1.1. Situación 153 
5.2.1.2. Geomorfologia, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 154 
5.2.1.3. Geología, litología y suelos 155 
5.2.1.4. Usos, del suelo 155 
5.2.2. Cuenca del río Esca 155 
5.2.2.1. Situación 155 
5.2.2.2. Geomorfologia, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 155 
5.2.2.3. Geología, litología y suelos 156 
5.2.2.4. Usos del suelo 157 
5.2.3. Cuenca del río Cabe 157 
5.2.3.1. Situación 157 
5.2.3.2 Geomorfologia, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 157 
5.2.3.3. Geología, litología y suelos 158 
5.2.3.4. Usos del suelo 158 
5.2.4. Cuenca del río Ega 159 
5.2.4.1. Situación 159 
5.2.4.2. Geomorfologia, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 159 
5.2.4.3. Geología, litología y suelos 159 
5.2.4.4. Usos del suelo 160 
5.2.5. Cuenca del río Llemena 150 
5.2.5.1. Situación 160 
5.2.5.2. Geomorfologia, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 160 
5.2.5.3. Geología, litología y suelos 161 
5.2.5.4. Usos del suelo 162 
5.2.6. Cuenca del río Esgueva 162 
5.2.6.1. Situación .162 
5.2.6.2. Geomorfologia, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 162 
5.2.6.3. Geología, litología y suelos 163 
5.2.6.4. Usos del suelo 163 
5.2.7. Cuenca del río Francolí 164 
5.2.7.1. Situación 164 
5.2.7.2. Geomorfologia, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 164 
5.2.7.3. Geología, litología y suelos 164 
5.2.7.4. Usos del suelo 165 
5.2.8. Cuenca del río Jalón 165 
5.2.8.1. Situación 165 
5.2.8.2. Geomorfologia, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 166 
5.2.8.3. Geología, litología y suelos 167 
5.2.8.4. Usos del suelo 167 
5.2.9. Cuenca del río Alfambra 157 
5.2.9.1. Situación 157 
5.2.9.2. Geomorfologia, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 167 
5.2.9.3. Geología, litologia y suelos 168 
5.2.9.4. Usos del suelo 169 
5.2.10. Cuenca del río Tajo 169 
5.2.10.1. Situación 169 
5.2.10.2. Geomorfología, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 169 
5.2.10.3. Geología, litologia y suelos 169 
5.2.10.4. Usos del suelo 170 
5.2.11. Cuenca del rio Marimota 171 
5.2.11.1. Situación 171 
5.2.11.2. Geomorfología, climatología, aforos y parámetroshidrológicos 171 
5.2.11.3. Geología, litologia y suelos 171 
5.2.11.4. Usos del suelo 172 
5.2.12. Cuenca del rio Ruecas 172 
5.2.12.1. Situación 172 
5.2.12.2. Geomorfología, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 172 
5.2.12.3 . Geología, litologia y suelos 173 
5.2.12.4. Usos del suelo 174 
5.2.13. Cuenca del rio Coreóles 174 
5.2.13.1. Situación 174 
5.2.13.2. Geomorfología, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 174 
5.2.13.3. Geología, litologia y suelos 175 
5.2.13.4. Usos del suelo 175 
5.2.14. Cuenca del río Azuer 176 
5.2.14.1. Situación 176 
5.2.14.2. Geomorfología, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 176 
5.2.14.3. Geología, litologia y suelos 176 
5 .2 .14 .4 . Usos del suelo 177 
5.2.15. Cuenca del rio Arochete 177 
5.2.15.1. Situación 177 
5.2.15.2. Geomorfología, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 177 
5.2.15.3. Geología, litologia y suelos 178 
5.2.15.4. Usos del suelo 179 
5.2.16. Cuenca del río Ujijar 179 
5.2.16.1. Situación 179 
5.2.16.2. Geomorfología, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 179 
5.2.16.3. Geología, litologia y suelos 180 
5.2.16.4. Usos del suelo 180 
5.2.17. Cuenca del río Turón 181 
5.2.17.1. Situación 181 
5.2.17.2. Geomorfología, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 181 
5.2.17.3. Geología, litologia y suelos 181 
5.2.17.4. Usos del suelo 182 
5.2.18. Cuenca del río Alcaucín 182 
5.2.18.1. Situación 182 
5.2.18.2. Geomorfología, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 182 
5.2.18.3. Geología, litologia y suelos 183 
5.2.18.4. Usos del suelo 183 
5.2.19. Cuenca del río Verde 184 
5.2.19.1. Situación 184 
5.2.19.2. Geomorfología, climatología, aforos y parámetros 
hidrológicos 184 
5.2.19.3. Geología, litologia y suelos 185 
5.2.19.4. Usos del suelo 185 
Í N D I C E DE LA T E S I S 
CAPÍTULO 6 . 
6 . APLICACIÓN A LA ZONA DE ESTUDIO 187 
6.1. ESCENARIOS Y MODELOS CLIMÁTICOS CONSIDERADOS 187 
6.2. IMPACTO DEL CAMBIO CLIMÁTICO SOBRE LOS RECURSOS HÍDRICOS 193 
6.2.1. Simulaciones 193 
6.2.1.1.Variables de estado 193 
6.2.1.2.Parámetros del modelo 193 
6.2.1.3.Estimación de la precipitación y la temperatura 195 
6.2.1.3.1.Precipitación y temperatura para el periodo 1945 a 
1995 195 
6.2.1.3.2.Precipitación y temperatura para el escenario 
climático PROMES 197 
6.2.1.4. Cálculo de la evapotranspiración potencial 199 
6.2.1.4.1. Evapotranspiración potencial para el periodo 1945 a 
1995 199 
6.2.1.4.2. Evapotranspiración potencial para el escenario 
climático PROMES 200 
6.2.1.5. Cálculo de las aportaciones 202 
6.2.1.5.1. Aportación de la simulación mensual de la presente 
tesis. Hipótesis H50 y H51 202 
6.2.1.5.2. Aportaciones de las simulaciones de comparación. 
Hipótesis H10,H11,H12,H13,H20,H21,H30,H31,H32,H40,H41,H42 y 
H43 204 
6.2.2. Análisis de resultados 209 
6.2.2.1. Simulación hidrológica del periodo 1945 a 1995 209 
6.2.2.2. Simulación hidrológica del escenario climático PROMES ..214 
6.2.2.2.1.Análisis anual de la simulación mensual 214 
6.2.2.2.2.Análisis mensual 219 
6.2.2.2.2.1. Cuencas con aumento en la precipitación 
media anual 220 
6.2.2.2.2.2. Cuencas con descenso en la precipitación 
media anual 227 
6.2.2.2.2.3. Cuencas sin variación en la precipitación 
media anual 230 
6.2.3. Simulación media interanual frente a la simulación mensual 233 
CAPITULO 7 . 
7 . RESUMEN, CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS 233 
CAPÍTULO 8 . 
8 . REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 239 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 2.1. Balance de energía en la atmósfera. 
Figura 2.2. Temperatura y atmósfera en los planetas. 
Figura 2.3. Evolución del espesor de la capa de hielo del mar en el Ártico. 
Figura 2.4. Factores que contribuyen al enfriamiento del clima. 
Figura 2.5. Temperatura después de la erupción volcánica del Pinatubo. 
Figura 2.6. El gran cinturón oceánico. 
Figura 2.7. Mecanismos de cambio climático y escalas de tiempo (Martin, 1999). 
Figura 2. 8. Temperatura y concentración de CO2 en la atmósfera en los últimos 
400.000 años. 
Figura 2.9. Evolución desde 1855 de la variación de la temperatura media global 
de la Tierra respecto a la media de la serie (°C) (tomada de MIMAM, 1998). 
Figura 2.10. Evolución desde 1901 de la variación de la temperatura media global 
varios paises mediterráneos respecto a la media de la serie (°C) (MIMAM, 2000, 
elaborada a partir de datos de CRU, 1998). 
Figura 2.11. Cambios en la precipitación anual en el periodo 1900 a 1994. 
Figura 2.12. Evolución de la concentración de CO2 desde 1870. 
Figura 2.13. Influencia de los distintos forzamientos radiativos. 
Figura 2.14. Cambios en el caudal medio anual, Q95 (caudal igualado o superado 
el 95% del tiempo) y el MAF (media anual del caudal máximo diario). 
Figura 2.15. Relaciones entre aportación (A), precipitación (P) y 
evapotranspiración potencial (ETP) en los puntos de control (MIMAM, 2000) . 
Figura 2.16. Porcentajes de disminución de la aportación total, para los 
escenarios climáticos considerados, en el largo plazo de la planificación 
hidrológica (MIMAM, 2000) . 
Figura 2.17. Disminución porcentual de la escorrentia para una disminución de 1° 
C de la temperatura y un 5% de la precipitación en España (MIMAM, 1998) . 
Figura 3.1. Diagrama conceptual del funcionamiento de un modelo climático. 
Figura 3.2. El desarrollo de los modelos climáticos, pasado, presente y futuro. 
Figura 3.3. Escenarios de emisiones. IPCC 2000. 
Figura 3.4. Estructura conceptual de un modelo de circulación general 
atmosférico oceánico. Viner y Hulme (1997). 
Figura 3.5. Acoplamiento entre los modelos climáticos globales y regionales y 
entre el modelo climático regional y el modelo hidrológico. Viner y Hulme 
(1997) . 
Figura 3.6. Cuadricula del modelo UKMO sobre España. 
Figura 3.7. Cuadricula horizontal del modelo PROMES sobre España. 
Figura 3.8. Precipitación anual para la celda 2520 (años 2040 a 2049). 
Figura 3.9. Diferencia 2xC02-lxC02 de la lluvia media anual PROMES. 
Figura 3.10. Datos diarios de temperatura. Celda 2520. Año 2045. IxCOj. 
Figura 3.11. Datos diarios de temperatura. Celda 2520. Año 204 5. 2xC02. 
Figura 3.12. Diferencia 2XCO2-IXCO2 de la temperatura media anual PROMES. 
Figura 3.13. Precipitación mm/dia en invierno. (MIMAM,1998) 
a) Climatología CRU 
b) Simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.14. Precipitación mm/dia en invierno. (MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 1 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.15. Precipitación mm/dia en invierno. (MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 2 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 2 x C02 PROMES 
Figura 3.16. Precipitación mm/dia en primavera. (MIMAM,1998) 
a) Climatología CRU 
b) Simulación 1 x C02 PRO 
Figura 3.17. Precipitación mm/dia en primavera. (MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 1 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.18. Precipitación mm/dia en primavera. (MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 2 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 2 x C02 PROMES 
Figura 3.19. Precipitación mm/dia en verano. (MIMAM,1998) 
a) Climatología CRU 
b) Simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.20. Precipitación mm/día en verano. (MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 1 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.21. Precipitación mm/dia en verano. (MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 2 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 2 x C02 PROMES 
Figura 3.22. Precipitación mm/dia en otoño. (MIMAM,1998) 
a) Climatología CRU 
b) Simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.23. Precipitación mm/dia en otoño. (MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 1 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.24. Precipitación mm/dia en otoño. (MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 2 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 2 x C02 PROMES 
Figura 3.25. Temperatura media diaria a 2 m en invierno. (MIMAM,1998) 
a) Climatología CRU 
b) Simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.26. Temperatura media diariaa 2 m en invierno. (MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 1 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.27. Temperatura media diaria a 2 m en invierno. (MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 2 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 2 x C02 PROMES 
Figura 3.28. Temperatura media diaria a 2 m en primavera. (MIMAM,1998) 
a) Climatología CRU 
b) Simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.29. Temperatura media diaria a 2 m en primavera. (MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 1 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.30. Temperatura media diaria a 2 m en primavera. {MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 2 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 2 x C02 PROMES 
Figura 3.31. Temperatura media diaria a 2 m en verano. (MIMAM,1998) 
a) Climatología CRU 
b) Simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.32. Temperatura media diaria a 2 m en verano. {MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 1 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.33. Temperatura media diaria a 2 m en verano. {MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 2 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 2 x C02 PROMES 
Figura 3.34. Temperatura media diaria a 2 m en otoño. (MIMAM,1998) 
a) Climatología CRU 
b) Simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.35. Temperatura media diaria a 2 m en otoño. (MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 1 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 1 x C02 PROMES 
Figura 3.36. Temperatura media diaria a 2 m en otoño. (MIMAM,1998) 
a) Media de la simulación 2 x C02 PROMES 
b) Desviación estándar simulación 2 x C02 PROMES 
Figura 4.1. Diagrama de flujo del modelo SIMPA. 
Figura 4.2. Leyes de excedente de Thornthwaite y de Témez. 
Figura 4.3. Sensibilidad al parámetro de excedente C. 
Figura 4.4. Ley umbral de escorrentía: relación entre C y Hmáx. 
Figura 4.5. Relación entre el excedente y la infiltración. 
Figura 4.6. Metodología de ajuste entre el método de Thornthwaite y el de Penman 
Monteith (CEH). 
Figura 4.7. Mapa de subcuencas en la España peninsular. 
Figura 4.8. Mapa de capacidad máxima de almacenamiento de agua en el 
suelo(mm)(CEH). 
Figura 4.9. Mapa de capacidad máxima de infiltración (mm/mes). 
Figura 4.10. Mapa de coeficientes de recesión (dias-'^xlOO. 000) . 
Figura 4.11. Mapa con la selección de puntos de control para la calibración del 
modelo. 
Figura 4.12. Ejemplo de mapas generados en la simulación de escorrentias en un 
intervalo de tiempo (febrero de 1970) . 
Figura 5.1. Cuencas seleccionadas para la presente tesis. 
Figura 5.2. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del rio Oyarzun. 
Figura 5.3. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del rio Esca. 
Figura 5.4. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del rio Cabe. 
Figura 5.5. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del rio Ega. 
Figura 5.6. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del rio Llemena. 
Figura 5.7. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del rio Esgueva 
Figura 5.8. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del rio Francoli. 
Figura 5.9. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del rio Jalón. 
Figura 5.10. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del rio Alfambra. 
Figura 5.11. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del rio Tajo. 
Figura 5.12. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del rio Marimota. 
Figura 5.13. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del rio Ruecas. 
Figura 5.14. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del río Coreóles. 
Figura 5.15. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del río Azuer. 
Figura 5.16. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del río Arochete. 
Figura 5.17. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del rio Ujijar. 
Figura 5.18. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del río Turón. 
Figura 5.19. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del río Alcaucín. 
Figura 5.20. Red hidrográfica y relieve. Cuenca del río Verde. 
Figura 6.1. Situación relativa del cambio en los campos climáticos anuales. 
Figura 6.2. Cambio medio anual de la temperatura. Campo climático PROMES. 
Figura 6.3. Cambio de la lluvia anual mm. Campo climático PROMES. 
Figura 6.4. Distribución de los valores de los parámetros del modelo por 
cuencas. 
Figura 6.5. Distribución de los valores de los parámetros del modelo para la 
cuenca del rio Turón. 
Figura 6.6. La distribución espacial de las lluvias y temperaturas de los meses 
de diciembre de 1964 y enero de 1965 en la cuenca del rio Turón. 
Figura 6.7. Evapotranspiración mensual para el año hidrológico 1963/1964 en la 
cuenca del rio Turón. 
Figura 6.8. Mapa de resultados TESIS 1 para el mes escenario PROMES de 
"diciembre de 1964". Cuenca del rio Turón. 
Figura 6.9. . Caudal medio anual simulado (hipótesis H50) frente al registrado 
en el periodo 1945/1995 en las cuencas estudiadas. 
Figura 6.10. Caudales mensuales simulados ((hipótesis H50) frente a registrados 
en el periodo 1945/1995 en el rio Cabe.(m/s). 
Figura 6.11. Variación media anual entre el periodo 1945/1995 y el periodo 
PROMES de las variables hidrológicas más características. 
Figura 6.12. Valores medios mensuales cuenca del rio Cabe(mm). 
LISTA DE TABLAS 
Tabla 2.1. Composición atmosférica. 
Tabla 2.2. Albedo de algunas superficies. 
Tabla 2.3. Número de manchas promedio anual compilada por el National 
Geophysical Data Center. 
Tabla 2.4. Resultados del estudio de Ayala-Carcedo e Iglesias López. 
Tabla 2.5. Porcentaje de disminución de la aportación total para los escenarios 
climáticos considerados. 
Tabla 3.1. Modelos climáticos disponibles en el Data Distribution Center CRU. 
Tabla 3.2. Contribución relativa al calentamiento global de algunos gases de 
efecto invernadero. 
Tabla 3.3. Potencial de calentamiento global referido al C02. 
Tabla 3.4. Escenarios IS92 del IPCC 1992. 
Tabla 3.5. Niveles verticales del modelo. 
Tabla 3.6. Capas marinas en el modelo. 
Tabla 3.7. Concentración y forzamiento radiativo de los gases invernadero. 
Tabla 3.8. Resumen de los resultados del modelo de circulación general UKMO. 
Tabla 4.1. Regionalización de la capacidad máxima de humedad del suelo a partir 
de los usos del suelo. 
Tabla 4.2. Regionalización de la capacidad máxima de infiltración a partir de la 
litologia. 
Tabla 5.1. Cuencas seleccionadas para la base de datos FRIEND-AMHY. 
Tabla 5.2. Resumen de la simulación hidrológica 1960 a 1990. FRIEND-AMHY. 
Tabla 5.3. Cuencas representativas en el proyecto FRIEND-AMHY. 
Tabla 5.4. Cuencas seleccionadas para la presente tesis. 
Tabla 5.5. Geomorfologia, climatología y aforos. Cuenca del rio Oyarzun. 
Tabla 5.6. Geomorfologia, climatología y aforos. Cuenca del rio Esca. 
Tabla 5.7. Geomorfologia, climatología y aforos. Cuenca del rio Cabe. 
Tabla 5.8. Geomorfologia, climatología y aforos. Cuenca del rio Ega. 
Tabla 5.9. Geomorfologia, climatología y aforos. Cuenca del rio Llemena. 
Tabla 5.10. Geomorfologia, climatología y aforos. Cuenca del rio Esgueva. 
Tabla 5.11. Geomorfologia, climatología y aforos. Cuenca del rio Francoli. 
Tabla 5.12. Geomorfologia, climatología y aforos. Cuenca del rio Jalón. 
Tabla 5.13. Geomorfología, climatología y aforos. Cuenca del rio Alfambra. 
Tabla 5.14. Geomorfología, climatología y aforos. Cuenca del río Tajo. 
Tabla 5.15. Geomorfología, climatología y aforos. Cuenca del río Marimota. 
Tabla 5.16. Geomorfología, climatología y aforos. Cuenca del río Ruecas. 
Tabla 5.17. Geomorfología, climatología y aforos. Cuenca del río Coreóles. 
Tabla 5.18. Geomorfología, climatología y aforos. Cuenca del río Azuer. 
Tabla 5.19. Geomorfología, climatología y aforos. Cuenca del río Arochete. 
Tabla 5.20. Geomorfología, climatología y aforos. Cuenca del río Ujijar. 
Tabla 5.21. Geomorfología, climatología y aforos. Cuenca del río Turón. 
Tabla 5.22. Geomorfología, climatología y aforos. Cuenca del río Alcaucín. 
Tabla 5.23. Geomorfología, climatología y aforos. Cuenca del río Verde. 
Tabla 6.1. Evaluaciones hidrológicas utilizadas. 
Tabla 6.2. Cambio porcentual de la precipitación según PROMES. 
Tabla 6.3. Variación media mensual de las precipitacionesy las temperaturas 
para el horizonte 2050 en España de acuerdo con el modelo PROMES. 
Tabla 6.4. Valores medios de los parámetros por cuencas. 
Tabla 6.5. Precipitación media mensual del periodo 1945 a 1995. 
Tabla 6.6. Temperatura media anual agregada por cuencas. 
Tabla 6.7. Precipitación media mensual del periodo escenario. 
Tabla 6.8. Variación mensual y anual de la precipitación por cuencas. 
Tabla 6.9. Evapotranspiración mensual media y anual media para el periodo 1945 a 
1995. 
Tabla 6.10. Evapotranspiración mensual media y anual media del periodo PROMES. 
Tabla 6.11. Variación de la evapotranspiración mensual media y anual media del 
periodo PROMES con respecto al periodo 1945 a 1995. 
Tabla 6.12. Resumen anual de la simulación mensual hipótesis H50. 
Tabla 6.13. Resumen anual de la simulación mensual hipótesis H51. 
Tabla 6.14. Aportación anual en las diecinueve (19) cuencas. 
Tabla 6.15. Aportación anual en los Ámbitos territoriales. Libro Blanco del 
Agua.(MIMAM,1998). 
Tabla 6.16. Resumen anual de la simulación mensual hipótesis H4 0. 
Tabla 6.17. Resumen anual de la simulación mensual hipótesis H41. 
Tabla 6.18. Resumen anual de la simulación mensual hipótesis H43. 
Tabla 6.19. Valores medios anuales de la simulación mensual(hipótesis H50) y 
registrados para el periodo 1945/1995. 
Tabla 6.20. Resultados medios anuales de la simulación hidrológica mensual del 
escenario PROMES (hipótesis H51). 
Tabla 6.21. Variación anual porcentual del escenario PROMES con respecto a la 
simulación del periodo comprendido entre 1945 y 1995. 
Tabla 6.22. Porcentaje de variación anual de las variables hidrológicas en la 
simulación mensual de SIMPA y la variación de la aportación anual según Budyko. 
Tabla 6.23. Evaluación anual de la aportación en las diecinueve cuencas. 
Tabla 6.24. Cambio en los campos climáticos en las diecinueve cuencas. 
Tabla 6.25. Evaluación anual de la aportación en los Ámbitos Territoriales de la 
Planificación Hidrológica según el Libro Blanco. 
Tabla 6.26. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Cabe. 
Tabla 6.27. Cambios medios mensuales 2xC02-lxC02 en el rio Llemena. 
Tabla 6.28. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Francoli. 
Tabla 6.29. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Marimota. 
Tabla 6.30. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Ruecas. 
Tabla 6.31. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Coreóles. 
Tabla 6.32. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Azuer. 
Tabla 6.33. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Arochete. 
Tabla 6.34. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Ujijar. 
Tabla 6.35. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Turón. 
Tabla 6.36. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Alcaucin. 
Tabla 6.37. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Verde. 
Tabla 6.38. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Tajo. 
Tabla 6.39. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Esca. 
Tabla 6.40. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Ega. 
Tabla 6.41. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Esgueva. 
Tabla 6.42. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Alfambra. 
Tabla 6.43. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Oyarzun. 
Tabla 6.44. Cambios medios mensuales 2XCO2-IXCO2 en el rio Jalón. 
Tabla 6.45. Porcentaje de variación anual de las variables hidrológicas en la 
simulación mensual y la variación de la aportación anual según Budyko. 
Capítulo 1: El cambio global 
1. CAMBIO GLOBAL 
1.1. INTRODUCCIÓN 
Los diferentes agentes naturales que actúan en la Tierra han venido generando 
desde siempre modificaciones en las características que definen un 
determinado periodo de la misma, y que han permitido, mediante cambios 
abruptos, el paso a otro nivel dentro del cual las características de la Tierra 
fluctuaban definiendo el nuevo periodo. 
El Cambio Global en el que la Tierra siempre ha estado inmersa, inicio un 
cambio de rumbo hace unos 200 años debido a las nuevas actividades 
humanas, proceso que se viene acelerando en el pasado siglo y en el actual 
por cambios drásticos en la superficie, en su atmósfera, cambios en el uso de 
la tierra, en el agua, en el mar y en las zonas costeras, así como en la 
biodiversidad al eliminar o modificar ecosistemas e introducir especies no 
autóctonas. 
Como consecuencia de este Cambio Global que se ha producido y que sigue 
produciéndose es razonable pensar que se estén originando cambios en el 
clima. Parte de los estudios realizados sobre la evolución del clima evidencian 
que el cambio en la composición de los gases de la atmósfera, como 
consecuencia del uso de combustibles fósiles, los cambios de la cubierta 
vegetal, o el cambio del uso del suelo, así como la emisión de 
clorofluorocarbonos (CFC), están produciendo un calentamiento global, 
modificaciones a escalas regionales de los patrones de temperatura y lluvia e 
impactos adversos sobre la salud humana así como sobre los ecosistemas. 
Las emisiones desde los tiempos preindustriales, y según se desprende de la 
información recogida en los informes del Grupo Intergubernamental de 
Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, 1995) el dióxido de carbono ha 
aumentado su concentración en la atmósfera un 30 por ciento, el metano ha 
duplicado su concentración y el óxido nitroso se ha incrementado en un 10 por 
ciento, el ozono ha aumentado en la troposfera, destruyendo en la estratosfera, 
los CFC no existían en la atmósfera antes de 1930 cuando fueron inventados, 
aunque su concentración se mantiene estabilizada y posiblemente comenzará 
a descender gracias a los acuerdos del Protocolo de Montreal. 
La temperatura global de la superficie de la tierra viene incrementándose desde 
el siglo XIX. En Europa la temperatura media anual ha aumentado en unos 
0.8-C durante el siglo XX, siendo la última década (1990-1999) la más caliente 
registrada hasta ahora, tanto en las temperaturas medias anuales como las 
temperaturas durante el invierno. Las temperaturas nocturnas han aumentado 
más que las diurnas, probablemente debido al aumento de la nubosidad. La 
precipitación sobre el norte de Europa ha aumentado entre un 10 y un 40 por 
ciento durante el siglo XX, mientras que en algunas partes del sur de Europa la 
precipitación ha disminuido hasta un 20 por ciento de acuerdo con el informe 
ACACIA (Acacia, 1999). 
23 
Capítulo 1: El cambio global 
Las estimaciones de temperaturas globales realizadas por el IPCC (IPCC, 
2001) en función de diferentes escenarios de emisiones, estiman para el año 
2100, unas temperaturas entre uno y cuatro grados por encima de la actual. 
Naturalmente no serán únicamente las temperaturas las que sufrirán cambios, 
los patrones de precipitación van a cambiar considerablemente, dando lugar a 
que algunas zonas sean más húmedas y otras más secas de lo que son hoy en 
día. 
Los efectos probables del cambio climático afectarán a los extremos 
meteorológicos, en algunas regiones se acentuarán las presiones futuras sobre 
los recursos hídricos y su gestión, se ocasionarán cambios en los ecosistemas 
naturales, pérdida de algunos hábitats críticos, mayor riesgo de sequías e 
incendios en las zonas mediterráneas, cambios en la fauna acuática y la 
blodiversidad de moluscos, así como reducción de los glaciares de montaña, 
dentro de los aspectos positivos se pueden incluir el aumento de la 
productividad neta de los ecosistemas, de la productividad de bosques 
comerciales en el norte y de la productividad de las cosechas. 
Los transportes, la producción de energía y otras industrias se deberán adaptar 
a cambios en la demanda, cambios en las preferencias relativas al ocio. 
Deberán evaluarse los riesgos para la salud humana, en las zonas de litoral, 
inundaciones, erosión y perdidas de humedales, así como las perturbaciones 
en el ciclo hidrológico. 
Estos cambios es necesario tenerlos en cuenta como parte integral de la 
gestión del agua. Las consecuencias potenciales del cambio climáticosobre los 
recursos hídricos sugieren, que el amplio esfuerzo que se ha invertido en 
programas de cambio climático, y en especial en el trabajo de desarrollar 
futuros escenarios climáticos, se debe usar de forma más activa en el campo 
de la gestión hídrica. Los planificadores y los políticos deben valorar y 
comprender mejor las posibles implicaciones de un cambio climático sobre la 
disponibilidad de agua. 
En la valoración de 1995 del Grupo de Intergubernamental de Expertos sobre 
los cambios Climáticos (IPCC, 1996a) se afirmaba que "... el cambió climático 
originará una intensificación del ciclo hidrológico global y puede tener 
consecuencias importantes sobre los recursos hídricos regionales...". 
No se debe olvidar, lamentablemente, las grandes incertidumbres asociadas a 
los modelos actuales de circulación general, haciendo que las estimaciones 
futuras no carezcan de cierto grado de imprecisión. Además debe valorarse la 
dificultad de trasladar los resultados de los modelos climáticos a una escala 
adecuada para la modelización hidrológica. Los errores introducidos a través 
de los datos, tanto climatológicos como hidrológicos, que se usan para validar 
ambos modelos, para convertir las entradas climatológicas en respuestas 
hidrológicas, no deben impedir emitir una valoración objetivamente plausible 
sobre los previsibles impactos que sobre los recursos hídricos pueden estar 
sucediendo. 
24 
Capítulo 1: El cambio global 
Para dar respuesta en el sector del agua a las implicaciones derivadas del 
impacto del cambio climático, que está teniendo lugar, ya no es suficiente 
evaluar los recursos de agua futuros a través de la modelización hidrológica 
apoyada en series temporales pretéritas, es necesario, además, introducir 
esquemas basados en los escenarios futuros planteados por el IPCC, de tal 
forma que los estudios hidrológicos en el contexto de la variabilidad y del 
cambio climático permitan la aplicación de la información climatológica e 
hidrológica en la planificación, el diseño y el funcionamiento de los sistemas de 
recursos hídrlcos. 
En el Libro Blanco del Agua (MIMAM, 2000) se lleva a cabo una de las 
primeras evaluaciones del impacto del cambio climático sobre los recursos 
hídricos en España, partiendo de los campos climáticos analizados en el 
documento Programa Nacional del Clima. Borrador (MOPTMA, 1995), y en los 
que se admite un aumento de la temperatura media anual de entre 1-C y 4-C y 
una disminución en la precipitación media anual de entre un 5% y un 15 %. 
Con estos campos climáticos se abordó, en el Libro Blanco del Agua, un primer 
análisis de la influencia de estas variaciones climáticas en la escorrentía media 
anual en régimen natural en los distintos ámbitos territoriales de la planificación 
hidrológica, y cuyos resultados, de carácter genérico, fueron una disminución 
del 5% en las aportaciones totales en régimen natural al segundo horizonte 
(largo plazo) de la planificación hidrológica. 
En esta Tesis se pretende avanzar en el análisis del impacto del cambio 
climático sobre los recursos hídricos, partiendo de campos climáticos 
distribuidos, procedentes de modelos regionales de clima y realizar la 
evaluación hidrológica a escala mensual, así como establecer una metodología 
en la evaluación de los recursos hídricos en el Antropoceno. 
1.2. OBJETIVOS DE LA PRESENTE TESIS 
Esta tesis trata de estimar el impacto sobre la evaluación de los recursos 
hídricos en régimen natural, ocasionado por el cambio climático que está 
teniendo lugar, y que se traduce en la idea de que ya no es posible suponer 
que los datos climáticos pasados, necesarios para la evaluación de los 
recursos hidrológicos en el futuro, son representativos del clima futuro, y por lo 
tanto la evaluación futura del recurso agua necesita de campos climáticos 
nuevos. 
Se desarrolla un procedimiento metodológico para evaluar el impacto futuro 
sobre los aspectos cuantitativos del agua en España, mediante una 
modelización hidrológica distribuida a escala mensual, junto con la utilización 
de campos climáticos originados por modelos regionales de cambio climático. 
Debido a la importancia de una correcta evaluación de los recursos futuros 
para la planificación y gestión del recurso así como para la evaluación del 
impacto del cambio climático sobre otros aspectos del recurso agua como son 
su calidad, el aumento en la variabilidad en los sucesos extremos, tanto en los 
25 
Capítulo 1 : El cambio global 
periodos de sequías como en las grandes avenidas y las consecuencias que 
pueden tener en procesos asociados como la erosión o el transporte de 
material sólido por los ríos. 
En esta Tesis se centra en la evaluación del impacto sobre el recurso, y en ella 
se compara los resultados obtenidos mediante esta metodología frente a otros 
estudios hidrológicos que o bien han sido realizados a escalas anuales o no 
han utilizado campos climáticos procedentes de modelos climáticos regionales. 
Para alcanzar estos objetivos se procede a una introducción del sistema 
climático terrestre, los elementos que intervienen en la evolución natural y en el 
cambio del clima y se evalúa la vulnerabilidad global debida a los impactos que 
plausiblemente se producirán en el mundo. 
Se establece una metodología de estudio del impacto del cambio climático 
sobre los recursos hídricos, describiendo los modelos climáticos de simulación 
del clima futuro, los escenarios establecidos por el IPCC, las diferencias 
existentes entre la modelización del balance hídrico a nivel de cuenca por la 
fase terrestre de los modelos atmosféricos de circulación general (AGCM) 
frente a la simulación mediante modelos hidrológicos precipitación aportación 
alimentados con los campos de temperatura y precipitación resultados de los 
AGCM y se describe el modelo hidrológico adoptado para la evaluación 
hidrológica del escenario seleccionado. 
Se aplica la metodología establecida a diecinueve (19) cuencas distribuidas por 
la Península Ibérica, evaluando el impacto sobre los recursos hídricos en las 
mismas debidas al cambio climático que se produciría de cumplirse los 
escenarios climático seleccionados para España. 
1.3. ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA 
La memoria de la presente tesis se ha estructurado en capítulos de la siguiente 
forma: 
En el capítulo 2 se estudia la relación entre el cambio climático y los recursos 
hídricos. En primer lugar se describe el sistema climático global y las causas 
determinantes de cambios en el sistema climático, distinguiendo entre aquellas 
que tienen un origen natural y aquellas agentes de origen antropogénico. 
Dentro de los diferentes impactos potenciales que se pueden originar se 
selecciona los relativos a los recursos hídrico, para particularizar en los 
relativos a la evaluación del recurso agua. Se repasan las diferentes 
metodologías desarrolladas en distintos países para la calibración del problema 
y se concluye con las evaluaciones hidrológicas relativas a la planificación en 
España. 
En el capítulo 3 se aborda la problemática de obtener los nuevos campos 
climáticos necesarios para las evaluaciones hidrológicas en la planificación 
futura. Se describe los modelos climáticos actuales y los escenarios de 
desarrollo disponibles y, con más detalle, los modelos climáticos generales y 
26 
Capítulo 1: El cambio global 
los regionales, y en particular los utilizados en esta tesis, los modelos 
climáticos UKMO y PROMES. Al final del capítulo se presentan los campos 
climáticos disponibles en España y los utilizados en esta tesis. 
En el capítulo 4 se describe el modelo hidrológico SIMPA: Sistema Integrado 
para la Modelización de la Precipitación-Aportación, utilizado para realizar las 
evaluaciones del recurso, tanto con los campos climáticos registrados como 
con los campos climáticos modificados con las salidas de los modelos 
climáticos. 
En el capítulo 5 se presentan las zonas donde se aplica la metodología 
propuesta en esta tesis, describiendo sus característicasgeomorfológicas, 
climatológicas, sus caudales medios, geología, litología, suelos y usos de 
suelos. 
En el capítulo 6 se aplica la modelización hidrológica mediante el modelo 
hidrológico distribuido SIMPA en las diecinueve cuencas seleccionadas en el 
capítulo 5. Se describen los campos climáticos aplicados y las simulaciones 
realizadas por el modelo hidrológico, se analizan los resultados obtenidos tanto 
en la simulación sin cambio climático como en la simulación con cambio 
climático, comparándose los resultados entre sí. Se plantea por último, las 
diferencias obtenidas para los mismos campos climáticos con simulaciones 
hidrológicas anuales y mensuales. 
En el capítulo 7 se exponen las conclusiones y los posibles desarrollos futuros. 
Finalmente se incluyen dos anejos: el anejo de los campos climáticos del 
modelo PROMES y el anejo de salida de resultados de las simulaciones 
hidrológicas del modelo SIMPA. 
27 
Capítulo 2: El cambio climático y su impacto sobre los recursos hídricos 
2. EL CAMBIO CLIMÁTICO Y SU IMPACTO SOBRE LOS RECURSOS 
HÍDRICOS 
2.1. EL SISTEMA CLIMÁTICO 
2.1.1. Introducción 
La radiación que la Tierra recibe del Sol es modificada, como para el resto de 
los planetas del sistema solar, por su propia masa, por su distancia al Sol, por 
su rotación y por el estado de su superficie. El equilibrio dinámico existente 
define el Sistema Climático terrestre. 
La Tierra recibe grandes cantidades de calor, luz y rayos ultravioletas 
procedentes del Sol y a su vez emite también una gran cantidad de energía, la 
misma que recibe del Sol. Si emitiese menos, se calentaría se haría estéril y su 
superficie rocosa terminaría por fundirse. 
La Tierra se mantiene caliente porque recibe energía del Sol, y no se funde 
porque emite energía en forma de infrarrojos. 
De! 100% de la radiación que llega a la Tierra el 30 % es reflejada y el 70% 
restante es absorbida por la superficie de la Tierra y por la atmósfera y radiada 
al exterior. El suelo y el mar reemiten la energía absorbida en forma de 
radiacción electromagnética infrarroja, figura 2.1. 
El sistema climático terrestre mantiene desde hace 600 millones de años su 
temperatura media dentro de un rango de variación pequeño, con cambios 
medios de una decena de grados arriba o abajo (Martín, 1999). La Tierra al 
estar mucho más fría que el Sol no emite luz ni rayos ultravioleta solo emite 
calor. 
La atmósfera es prácticamente transparente (pequeña absorción) en la parte 
visible del espectro, pero significativamente absorbente a la radiación 
ultravioleta (radiación solar entrante de onda corta) por el ozono, y a la 
radiación infrarroja (radiación de salida de onda larga desde la Tierra) por el 
vapor de agua, el dióxido de carbono y otros gases. 
Esta absorción de radiación por parte de los gases calienta la atmósfera, 
estimulando a esta a emitir más radiación de onda larga. Parte de ella es 
enviada al espacio (normalmente a niveles superiores y más fríos de la 
atmósfera) mientras que la mayor parte es enviada de vuelta a la Tierra. 
La consecuencia es que la Tierra almacena más energía cerca de la superficie 
debido a la existencia de la atmósfera, con una temperatura media de 15-C, es 
decir 33-C más que los debidos por la radiación neta efectiva (Buchdahl, 1997), 
fenómeno conocido como efecto invernadero. 
28 
Capítulo 2: El cambio climático y su impacto sobre los recursos hídricos 
EFECTO INVERNADERO 
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reflejada por la atina&feTuy por la 
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Figura 2.1. Balance de energía en la atmósfera. 
2.1.2. Qué entendemos por clima 
Se entiende por clima el estado medio de la respuesta térmica, principalmente 
océano y atmósfera, al desigual calentamiento de la superficie de nuestro 
planeta por la radiación solar. 
Este estado medio se evalúa generalmente por los valores de las variables 
atmosféricas en un determinado periodo de tiempo, la temperatura, de la que 
se tiene en cuenta la máxima, la mínima y la temperatura media, así como la 
amplitud u oscilación térmica en distintos períodos de tiempo, la precipitación, 
de la que se registra su cantidad, naturaleza, persistencia e intensidad y su 
distribución estacional, y los vientos, cuyas características se ven notablemente 
influenciadas por las oscilaciones térmicas. 
Son factores determinantes del clima, la latitud, que condiciona el efecto de la 
radiación solar y el efecto de la rotación terrestre, la altitud, que incide en la 
presión y la temperatura, y la distribución entre tierras y mares así como su 
orografía, que ejerce una acción modificadora o moderadora de los restantes 
factores. 
Existen diversos criterios para la clasificación de los climas y su delimitación 
geográfica, si bien el más clásico distingue cinco grandes zonas climáticas, en 
29 
Capítulo 2: El cambio climático y su impacto sobre los recursos hídricos 
cuya definición se tienen en cuenta factores térmicos y de precipitaciones y su 
alternancia estacional: 
• El clima tropical lluvioso, característico de bajas latitudes, con temperaturas 
elevadas, lluvias abundantes y carencia de invierno, propio de los grandes 
bosques tropicales y de la sabana. 
• El clima seco o árido, correspondiente a la estepa y a los desiertos, 
caracterizados estos últimos por su aridez extrema. 
• El clima templado lluvioso, en el que la lluvia puede ser uniforme todo el 
año, o bien con un máximo en determinada estación, y con marcadas 
oscilaciones estacionales. Dentro de esta división se encuentra el clima 
mediterráneo, con régimen estacional bien definido, precipitaciones medias 
o elevadas, máximas en otoño, una temperatura media anual de IT^'C y 
máximas y mínimas benignas. 
• El clima frío, correspondiente a latitudes elevadas, con bajas temperaturas 
medias y variantes continental u oceánico, de inviernos secos o con lluvia 
todo el año, y 
• El clima polar, perteneciente al Ártico y al Antartico, con fríos extremos. 
2.1.3. Componentes dei sistema climático 
Aunque la atmósfera y los océanos forman los componentes principales del 
sistema climático, es conveniente entender el sistema climático global 
estructurado en cinco grandes áreas de estudio: la atmósfera, los océanos, la 
criosfera, la biosfera y ía litosfera. 
El sistema climático es una máquina térmica que genera energía cinética, es 
decir, movimiento, a partir de las diferencias entre la energía recibida y la 
emitida. La energía llega del Sol en forma de luz, entra en la atmósfera y la 
atraviesa hasta llegar al suelo y af agua del océano, donde se absorbe. La 
atmósfera responde con las nubes y ios vientos, que llevan el calor de unas 
zonas a otras de ía Tierra. El suelo y el mar reemiten energía en forma de 
radiación electromagnética infrarroja, mientras que en el mar las olas y las 
corrientes distribuyen también eí caíor, pero mucho más lentamente. El hielo 
refleja la luz del Sol, y desprende sal que modifica la circulación de las 
corrientes del océano. 
a)La atmósfera 
La atmósfera es el conjunto de gases y aerosoles que envuelven la Tierra y 
que comúnmente se conoce como el aire. El 99% de la masa de la atmósfera 
se encuentra por debajo de 25 a 30 km. de altitud, donde el 50% se concentra 
por debajo de los 6 km. 
30 
Capitulo 2: El cambio climático y su impacto sobre los recursos hídrícos 
Formada por un 78% de nitrógeno y un 21% de oxigeno, en volumen, tiene una 
composición notablemente uniforme. Una participación pequeña pero 
determinante de los gases llamados de efecto invernadero (dióxido de carbono, 
metano, oxido nitroso, ozono, y halocarburos), del vapor de agua (el gas 
natural más importante de efecto invernadero, 1% en volumen), y de los 
aerosoles (partículas sólidas o líquidas dispersas en el aire) (Kemp, 1994), 
tabla 2.1. 
Figura 2.2. Temperatura y atmósfera en los planetas. 
Las moléculas de los gases traza, C02 y metano, están formadas por 3 y 5 
átomos enlazados a unas ciertas distancias entre sí. Para estas distancias la 
radiación infrarroja que sale de la superficie de la Tierra queda capturada en 
esas moléculas, para ser luego emitida, debido a su estructura atómica 
mientras que esa radiación atraviesa las que tienen dos átomos como las del 
oxígeno y el nitrógeno. 
La molécula de C02 absorbe energía en sus modos de vibración cuando la 
onda electromagnética que la atraviesa tiene longitudes de onda de 3 y de 4.5 
micrómetros, y en el modo de rotación para las longitudes de onda del 5 
micrómetros (Ruiz, 2001). El resultado es que parte de la energía que recibe la 
superficie de la Tierra, queda, por un momento, atrapada entre esa superficie y 
la atmósfera. 
31 
Capítulo 2: El cambio climático y su impacto sobre los recursos hídricos 
Las moléculas de los gases manta capturan la energía que la Tierra tiene que 
emitir constantemente para mantener su equilibrio térmico, y retienen así parte 
del calor que la Tierra emitiría al exterior en ausencia de estos gases. 
La temperatura media global del planeta sería 15 grados centígrados bajo cero 
si no existiesen esos gases, la misma que la de la Luna. Al existir los gases 
manta, la temperatura media global planeta oscila entre los 15 grados actuales, 
5 grados en las épocas geológicas glaciales y 25 en las épocas geológicas de 
gran calor. 
En función de la variación de su temperatura media con la altura, la atmósfera 
suele dividirse en cuatro regiones o capas diferenciadas: Troposfera, 
Estratosfera, Mesosfera y Termosfera, 
La Troposfera es la capa más próxima a la superficie de la Tierra y tiene una 
extensión del orden de 10 km. En esta capa la temperatura media desciende 
uniformemente con la altura y es en ella donde se producen los fenómenos 
físicos más ligados con lo que se denomina el "tiempo atmosférico". 
Composición atmosférica 
Componentes 
Nitrógeno 
Oxigeno 
Argón 
Dióxido de carbono 
Neón 
Helio 
Hidrogeno 
Kriptón 
Xenón 
Metano 
Ozono 
Porcentaje en Volumen de 
aire seco 
78.08 
20.98 
0.93 
0.036 
0.0018 
0.0005 
0.00006 
0.0011 
0.00009 
0.0017 
0.00006 
Tabla 2.1. Composición de la atmósfera. 
La Estratosfera es la siguiente región atmosférica tras la Troposfera, su altura 
va desde los 10 l<m. hasta cerca de los 100 l<m. En esta región el perfil térmico 
medio aumenta con la altura debido a las reacciones fotoquímicas de 
producción del ozono a partir del oxígeno y la radiación ultravioleta proveniente 
del sol. 
La Mesosfera y la Termosfera son las capas más exteriores de la atmósfera. La 
temperatura disminuye con la altura en la primera y aumenta en la segunda 
aunque este aumento esté ligado puramente a la acción de la radiación solar 
sobre los sensores térmicos. 
32 
Capítulo 2: El cambio climático y su impacto sobre los recursos hídricos 
b) Los océanos 
El estado termodinámico de los océanos está determinado por el intercanribio 
de calor, cantidad de movinniento y humedad entre el mismo y la atmósfera. 
El agua que se evapora de las superficies de los océanos almacena calor que 
es liberado cuando el vapor de agua se condensa al formar las nubes o al 
precipitar en forma sólida (Buchdahl, 1997). 
Cerca de la mitad de la energía que fluye del Ecuador hacia los Polos se lleva a 
cabo mediante la atmósfera, y el resto por las corrientes que fluyen en los 
océanos. Algunas de las cuales son creadas por el viento. La cantidad de 
movimiento es transferida hacia los océanos mediante los vientos superficiales, 
movilizando las corrientes superficiales de los océanos (Cubasch et al., 1990). 
Otras corrientes son generadas por las diferencias de densidad por distintas 
concentraciones de sal y diferentes temperaturas en el agua de los océanos. 
En el Ecuador, la energía procedente del Sol, es absorbida calentando el aire y 
evaporando el agua de la superficie, provocando la ascensión de masas de aire 
húmedo. Cuando este aire asciende, se condensa formando nubes y lluvia, 
dando lugar a las características tormentas tropicales. 
Gran parte de esta energía en forma de calor es enviada al espacio enfriando 
el aire ya más seco, que es empujado hacia el Norte, volviendo a la superficie a 
unos 30 - de latitud, fenómeno conocido como celdas de Hadley. 
La circulación de las celdas de Hadley mueve energía del Ecuador hacia 
latitudes medias, la atmósfera lleva energía más al Norte mediante otros 
mecanismos de circulación. 
El resultado de la acción de la fuerza de Coriolis sobre estas celdas de Hadley 
es que la celda circulatoria se fracciona en una serie de circulaciones de 
carácter más zonal que meridiana (alrededor de la tierra según los paralelos), 
de forma que solo un décima parte de este movimiento se proyecta en la 
dirección ecuador-polos. 
En la zona ecuatorial el aire que asciende se enfría dando lugar a la 
condensación y precipitación típica de las zonas de selva tropical. En las zonas 
de descenso del aire, éste se calienta y su humedad relativa disminuye 
produciéndose sequía y "buen tiempo" con falta de precipitación. Este 
hundimiento o subsidencia se produce en torno a los 30- de latitud asociándose 
con las regiones desérticas de la Tierra y la posición media de los grandes 
sistemas anticiclónicos casi permanentes como son por ejemplo el del Pacífico 
y el de las Azores. 
La importancia de los océanos como modeladores del clima lleva a la idea de 
que a pesar de que la temperatura media de la atmósfera aumenta, Europa 
pueda enfrentarse a un nuevo episodio glacial. 
El calentamiento global puede estar cambiando la dirección de diversas 
33 
Capítulo 2: El cambio climático y su impacto sobre los recursos hídricos 
corrientes oceánicas, entre ellas la corriente del Golfo que, recorriendo el 
Atlántico Norte, transporta el clima templado hacia Europa. 
El agua cálida que normalmente llega al norte de Europa procedente de la 
Corriente del Golfo, está empezando a verse perturbada por la presencia de 
una mayor cantidad de agua fría que proviene del océano Ártico, debido al 
calentamiento global, que acrecienta el deshielo en los polos, aumenta las 
lluvias y modifica los patrones del viento. 
La corriente de agua procedente del Golfo de México forma parte de un 
cinturón que trae agua caliente de la superficie del océano hacia Europa y al 
mismo tiempo lleva agua fría de las profundidades hacia el continente 
americano. Esta corriente se mueve gracias a que el agua superficial se enfría 
en el mar de Groenlandia y en el mar del Labrador, hundiéndose y dirigiéndose 
al sur. 
Mediante una simulación por ordenador, Stefan Rahmstorf, del Potsdam 
Institute for Climate Impact Research, ha comprobado que el proceso podrá 
verse afectado con la llegada de una mayor cantidad de agua fría del Ártico. 
Análisis de más de 17.000 mediciones de salinidad en el Atlántico, tomadas 
desde 1893, indican que la salinidad del agua profunda que fluye hacia el sur 
ha bajado durante las dos últimas décadas, lo mismo que su densidad. Esto 
indicaría, una parada en la corriente y por tanto la interrupciónprogresiva de la 
llegada de agua caliente a las costas europeas. 
c) La criosfera 
Incluye aquellas zonas cubiertas permanentemente por nieve o hielo, entre 
ellas el continente Antartico, el océano Ártico, Groenlandia, el norte de 
Canadá, el norte de Siberia y muchas de las zonas de grandes montañas del 
mundo. 
La nieve y el hielo reflejan la mayor parte de la radiación solar que reciben, del 
orden del 90% en algunas partes de la Antártida frente al 31% de media global. 
Sin las masas de hielo el albedo global sería considerablemente menor e 
induciría un aumento de la temperatura de la atmósfera. 
La influencia de las masas de hielo se hace notar también en la reducción de 
transferencia de humedad y cantidad de movimiento entre la atmósfera y los 
océanos. 
Determina el volumen de los océanos y el nivel de los mares, cambios que 
pueden afectar al balance energético del sistema climático. 
Centrándose los estudios sobre los principales procesos que involucran la 
cubierta permanente y estacional de nieve y hielo que intervienen sobre el ciclo 
global del carbono en dos grandes grupos, por un lado los estudios orientados 
a conocer los mecanismos de retroalimentación entre el clima y la distribución y 
duración de las masas de nieve y hielo y los estudios que tratan de determinar 
34 
Capítulo 2: El cambio climático v su impacto sobre los recursos hídrícos 
ios procesos que influyen en los flujos de gases de invernadero (p.ej. CO2, CH4, 
N2O) entre la atmósfera, la hidrosfera y los diferentes almacenamientos de la 
criosfera. 
A partir de gráfico 
^ de GRID ARENDAL 
Oeste 
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• • J i . . . ; - •! . - . J M " 
Figura 2.3. Evolución del espesor de la capa de hielo del mar en el Ártico. 
La capa de hielo sumergida bajo el mar en el Ártico en la década de 1990 ha 
tenido un espesor más de un metro menor en las cuatro décadas anteriores. 
El hielo en el río Tornio en Finlandia ha empezado a romperse cada año, desde 
1963, más pronto. 
Grandes glaciares de Perú, Kenia, Alaska o Canadá están sufriendo retrocesos 
muy acelerados de sus frentes, entre los glaciares más amenazados se 
encuentra el del Kilimanjaro, cuya superficie ha pasado de 12 km^ en 1990 a 
menos de 2 km^ en el 2001. 
35 
Capítulo 2: El cambio climático v su impacto sobre los recursos hídricos 
En España y según Martínez (E. Martínez, 2001) los pequeños glaciares 
españoles son muy sensibles a las oscilaciones climáticas. Señala que de los 
36 existentes en ios Pirineos hace dos décadas quedan activos 24 glaciares, 
disminuyendo desde 1990 su extensión en un 10 por ciento y del 80 por ciento 
desde mediados del siglo XX. 
d) La biosfera 
La biosfera esta formada por la cubierta vegetal y la fauna. La vegetación altera 
la capacidad del suelo de retener agua y determina la evaporación y el albedo 
superficial. La biosfera tiene una incidencia fundamental en el ciclo del carbono 
mediante la fotosíntesis y la respiración. 
La biosfera interviene también en el flujo de ciertos gases de efecto 
invernadero como el CO2 y el CH4, disminuyendo el contenido de CO2, o 
variando el contenido de aerosoles, millones de esporas, virus, bacterias, 
polen, y otros muchos pequeños organismos. 
La biosfera, tanto terrestre como acuática, afecta al albedo de la superficie 
terrestre. Extensas áreas de bosques continentales tienen relativamente bajos 
albedos comparados con zonas descubiertas como los desiertos. 
El albedo de los bosques de hoja caduca está comprendido entre 0.15 y 0.18 
mientras que los bosques de coniferas están entre 0.09 y 0.15 (Barry et al., 
1992). Los bosques tropicales reflejan incluso menos energía, 
aproximadamente del 7 al 15% de la energía recibida. El albedo de un desierto 
arenoso es del orden de 0.3 (Buchdahl, 1997). 
Superficie 
Suelos 
Desierto 
Hierba 
Selva tropical 
Bosque de eucalipto 
Bosque de pinos 
Hielo 
Nieve 
Agua (sol muy elevado) 
Agua (sol tendido) 
Albedo (%) 
5-10 
20-45 
16-26 
13 
18 
13 
40 
95 
2-5 
20-30 
Tabla 2.2. Albedo de algunas superficies. (Martín, 1999). 
e) Litosfera 
La litosfera es la capa rocosa más superficial del planeta Tierra, con un espesor 
medio de unos 300 kilómetros en los continentes y de 70 kilómetros en los 
océanos. Está formada por los suelos, los sedimentos y rocas, la corteza 
36 
Capitulo 2: El cambio climático v su impacto sobre los recursos hídricos 
continental y oceánica, y la parte superior del manto. La dinámica litosférica ha 
ido modificando muy lentamente la configuración del sistema terrestre y es el 
responsable último de la distribución de las tierras emergidas y de los grandes 
mares del planeta, de la situación de las grandes depresiones en los 
continentes y de las cordilleras, de la generación de las dorsales oceánicas y 
de las fosas abisales, de la actividad y características de los volcanes y de los 
movimientos sísmicos. 
La distribución de las masas continentales a lo largo de la historia de la Tierra 
así como la forma de las cuencas oceánicas juegan un papel en la regulación y 
variación del clima global, controlando o modificando los cinturones climáticos o 
los patrones de vientos, la distribución de las precipitaciones y de las presiones 
atmosféricas, la trayectoria de las corrientes oceánicas, y la extensión y 
localización de los glaciares de montaña. 
En escalas temporales cortas los procesos físicos y químicos afectan a 
determinadas características de los suelos, como la humedad disponible y la 
escorrentia superficial, y el flujo de los gases de efecto invernadero y aerosoles 
hacia la atmósfera y los océanos (Cubasch et al., 1990), (McBean et al., 1990). 
La actividad volcánica puede modificar sustancialmente la composición del aire 
atmosférico, tanto en cuanto a los gases como a las partículas en suspensión 
(Martín, 1999). 
actores que contribuyen alj 
enfriamiento 
Erupciones 
volcánicas 
A E R o S o L S 
Quema de 
biomasa 
h
procesos 
ndustríales^H 
Desiertos y 1 
tormentas de 
arena 
ft 
AEROSOLES 
(sulfates) 
Hielo y M 
nieve • 
Terrenos 
descubierto 
* Energía 
í refle^da 
ILli 
Albedo: propiedad 
de una superfície de 
refleiar luz 
A E R O S O L S 
•w -^.v ^ML 
1^ 
^ ^ J 
Adaptado de GRID 
ARENDAL 
^ Aerosol: pequeñas partículas de liquido o polvo 
suspendidas en la atmósfera (el aerosol 
antropogénico más importante es el sulfato 
producido por el SO2) I 
SQLiina: F^a'iviktctr'^o'cliiMdHrse.^lMK^GaldB-escirM'casss&siT'erfwiMigKrev 
(hi|(^PvAnH9l,pw»iEMaiign,Hgriow,Un«clKii;ckmi,2^ 
Figura 2.4. Factores que contribuyen al enfriamiento del clima. 
37 
Capítulo 2: El cambio climático v su impacto sobre los recursos hídricos 
2.2. CAUSAS NATURALES DEL CAMBIO CLIMÁTICO 
2.2.1. Introducción 
El clima global esta determinado por un complejo sistema formado por la 
atmósfera, la tierra, los océanos, el hielo y la biosfera. Cualquier variación en 
este sistema, que tenga como resultado un cambio climático, es originada por 
un mecanismo actuante, una causa del cambio climático. Estos mecanismos 
pueden ser tanto externos como internos al sistema. Los mecanismos externos 
implican agentes que no pertenecen al sistema climático, por el contrario los 
mecanismos internos operan con el propio sistema climático. Además de esta 
clasificación podemos dividir los mecanismos actuantes en radiativos y no 
radiativos. 
2.2.2. Mecanismos no radiativos 
Cualquier cambio en el clima lleva implícito alguna forma de redistribución de la 
energía en el sistema climático global. Aquellos agentesactuantes que no 
afectan directamente al balance de energía de la atmósfera (el balance entre la 
radiación solar entrante y la radiación terrestre saliente), son denominados 
mecanismos no radiativos del cambio climático global (Buchdahl, 1997). 
Estos agentes son principalmente aquellos que afectan a la variación de la 
geometría de la superficie terrestre, como la localización y tamaño de los 
sistemas montañosos y la distribución de las cuencas oceánicas. 
2.2.3. Mecanismos radiativos 
Los procesos que alteran el balance de energía del sistema Tierra-Atmósfera 
son conocidos como mecanismos actuantes radiativos (Shine et al., 1990). 
Entre estos se pueden incluir las variaciones de la órbita de la Tierra alrededor 
del Sol, de la radiación solar, las actividades volcánicas y la composición de la 
atmósfera. Sin embargo asociar una determinada causa con un particular 
cambio es extremadamente difícil, ya que la natural relación entre los 
elementos que conforman el sistema asegura los procesos de 
retroalimentación. Un cambio en un componente implica cambios en otros o en 
todos ellos. 
2.2.4. Mecanismos externos 
En este apartado se exponen los principales mecanismos externos actuantes 
que operan a lo largo de escalas temporales que van desde 10 años a 100 
millones de años. Incluyendo las variaciones galácticas y las variaciones en la 
órbita terrestre alrededor del sol, y las fluctuaciones de las radiaciones solares. 
38 
Capítulo 2: El cambio climático y su impacto sobre los recursos hídricos 
2.2.4.1.Variaciones galácticas 
La órbita del sistema solar alrededor del centro de nuestra galaxia ha sido 
considerada como un posible mecanismo climático externo{Huggett,1991). 
Durante el transcurso de un año galáctico (ahora estimado en 303 millones de 
años), la variación en el medio interestelar (Williams, 1975a) puede influir en el 
computo de la radiación solar incidente sobre la superficie de la Tierra, lo que 
actúa como un agente de carácter radiactivo que induce un cambio climático. 
Williams (1975a) también sugiere que variaciones en el campo gravitacional 
inducido por los vecinos más próximos a nuestra galaxia, La Pequeña y Gran 
Nebulosa de Magallanes, podrían tener lejanas consecuencias para el clima de 
la Tierra. 
Desdichadamente, la enorme escala temporal asociada con este mecanismo, y 
cualquier hipótesis de cambio climático global, hace que las comprobaciones 
empíricas de estas premisas sean excesivamente imprecisas. Sin embargo, es 
altamente posible que los superciclos de glaciaciones durante los últimos 700 
millones de años (Fischer,1984) podrían ser el resultado de estos u otros 
mecanismos galácticos. 
2.2.4.2. Variaciones orbitales 
La existencia de períodos glaciales fue inferida por primera vez en 1837 por el 
biólogo suizo-norteamericano Louis Agassiz, quien obtuvo datos geológicos 
que indicaban que las glaciaciones de los Alpes se habían expandido en el 
pasado a las tierras bajas que los circundaban. Esto lo llevó a sugerir que, en 
un tiempo geológico no muy lejano, el clima habría sido mucho más frío que el 
actual. Esta hipótesis se vio reforzada por estudios realizados por el mismo 
investigador en Escocia y los Estados Unidos. 
En 1842, el matemático francés Joseph Adhémar sugirió que las glaciaciones 
podrían haberse originado por factores astronómicos que causaron una 
disminución en la cantidad de irradiación que la Tierra recibe del Sol. 
Durante la década de 1860, el escocés James Croll, científico autodidacta que 
trabajaba como conserje del Andersonian College and Museum de Glasgow, 
presentó una novedosa teoría para explicar las glaciaciones. La visión de Croll, 
que está resumida en su libro El clima y las épocas, se basó en los cálculos 
que había realizado el astrónomo francés Urbain Leverrier para predecir las 
variaciones de la excentricidad de la órbita de la Tierra alrededor del Sol. 
De acuerdo con Croll, las complicadas interacciones gravitatorias en el sistema 
solar hacen que la forma de la órbita terrestre cambie de modo regular y 
previsible, pasando de ser casi circular a una forma de elipse algo estirada. 
Según este científico, cuando la órbita es circular, se expresan las condiciones 
cálidas características de un período interglacial; mientras que la órbita 
alargada corresponde a los períodos glaciales. Croll sostenía que si los 
inviernos eran fríos la nieve podía acumularse con mayor facilidad y, de este 
modo, reflejaría la radiación solar incidente manteniendo a la Tierra fría. Si 
durante los inviernos del Hemisferio Norte la Tierra estaba lejos del Sol -lo que 
39 
Capítulo 2: El cambio climático y su impacto sobre los recursos hídrícos 
sucede cuando la órbita tiene forma alargada-, debería producirse una 
glaciación (Cione et al., 1998). 
Entre las décadas de 1920 y 1930, el astrónomo yugoslavo Milutin Milankovitch 
(Rodríguez, 1999) calculó, laboriosamente, las variaciones en la cantidad de 
radiación solar que recibe la Tierra debidas a cambios en los movimientos de 
traslación y de rotación del planeta, y propuso un mecanismo astronómico para 
explicar los ciclos glaciales basado en tres factores: oblicuidad, excentricidad y 
precesión. 
• Excentricidad: La forma de la órbita terrestre acentúa las variaciones entre 
las estaciones. Con un período de, aproximadamente, 100.000 años, la 
órbita se alarga y acorta, lo que provoca que su elipse sea más excéntrica y 
luego retorne a una forma más circular. La excentricidad de la órbita 
terrestre varía desde el 0,5%, correspondiente a una órbita prácticamente 
circular; al 6% en su máxima elongación. Cuando se alcanza la 
excentricidad máxima, se intensifican las estaciones en un hemisferio y se 
moderan en el otro. 
• Oblicuidad: La inclinación del eje de rotación terrestre. Al aumentar su 
ángulo, las estaciones resultan más extremas en ambos hemisferios 
(veranos más cálidos e inviernos más fríos). Actualmente, el eje de la Tierra 
está desviado 23,44 grados con respecto a la vertical; esta desviación 
fluctúa entre 21,5 y 24,5 grados a lo largo de un periodo de 41.000 años. 
• Precesión: El tercer factor es la precesión o bamboleo del eje de rotación 
de la Tierra, que describe una circunferencia completa, aproximadamente, 
cada 23.000 años. La precesión determina si el verano en un hemisferio 
dado cae en un punto de la órbita cercano o lejano al Sol. El resultado de 
esto es el refuerzo de las estaciones, cuando la máxima inclinación del eje 
terrestre coincide con la máxima distancia al Sol. Cuando esos dos factores 
tienen el mismo efecto en uno de los hemisferios, se tienen efectos 
contrarios entre sí en el hemisferio opuesto. 
Milankovitch incorporó una idea del climatólogo alemán Wladimir Kóppen en la 
teoría astronómica. Esta fue la sugerencia de que la causa inmediata de una 
glaciación se debe a la reducción de la irradiación solar en verano, con la 
consiguiente disminución de la fusión de los hielos formados en el invierno, y 
no a una sucesión de inviernos rigurosos, como pensaba Croll. Los ciclos 
predichos por la teoría de Milankovitch fueron confirmados, experimentalmente, 
por Cesare Emiliani en la década de 1960 (Berger, 1980). 
Este investigador utilizó el oxígeno presente en el carbonato de calcio de los 
caparazones de microfósiles del fondo oceánico para calcular las temperaturas 
del último millón de años de la vida de la Tierra, midiendo la abundancia de los 
distintos isótopos del oxigeno. 
40 
Capítulo 2: El cambio climático y su impacto sobre los recursos hídricos 
2.2.4.3. Variaciones Solares 
La actividad solar y en particular las manchas solares se lian contado 
sistemáticamente, usando un índice llamado "número de manchas" desde 
1700, aunque existen estudios incompletos no sistemáticos desde 165 aJC, 
recopilados por observadores chinos. La cuenta de las manchas solares 
realmente comenzó en 1610 cuando se tuvieron disponibles los primeros 
telescopios astronómicos. 
La tabla 2.3. recoge el número de manchas