Land–air interactions and subsurface heat transport: the role of external forcing and implications for last millennium temperature reconstructions

El balance de energia en la superficie establece un vinculo entre la atmosfera y la superficie terrestre que generalmente se traduce en un fuerte acoplamiento entre la temperatura superficial del aire (SAT por sus siglas en ingles) y la temperatura de la superficie del suelo (GST por sus siglas en ingles). A su vez, la temperatura de la superficie se establece como la variable fundamental, ya que afecta la cantidad de energia que fluye hacia el suelo mediante conduccion termica, por lo que influencia la distribucion de temperaturas en el suelo. El acoplamiento entre SAT y GST, sumado al transporte de energia conductivo de la temperatura superficial hacia el suelo, representan las hipotesis centrales para reconstruir la temperatura superficial del pasado usando perfiles de temperatura del subsuelo (BTP por sus siglas en ingles) actuales. Esta tecnica de reconstruccion puede estar sujeta a fuentes de incertidumbre, que principalmente se dan por la influencia de algunos procesos fisicos en la superficie que interrumpen el acoplamiento entre SAT y GST a diferentes escalas temporales. Entender los mecanismos fisicos detras de este tipo de procesos es crucial para ganar confianza en las estimaciones de las variaciones en la temperatura del pasado. El objetivo principal de esta Tesis es mejorar el conocimiento de las interacciones entre la superficie del suelo y la atmosfera que influencian el acoplamiento entre SAT y GST a diferentes escalas temporales y espaciales. Asi mismo, este trabajo evalua el transporte de energia en el subsuelo. Para esto, se creo una base de datos de registros de temperatura del suelo para Espana, la cual, por si misma, representa una contribucion dada la escasez de este tipo de productos. Esta permite evaluar el transporte de energia en el subsuelo asi como el acoplamiento entre SAT y GST en escalas interanuales y decadales. Ademas, se utiliza un conjunto reciente de simulaciones del ultimo milenio (LM por sus siglas en ingles), producidas con el modelo del sistema tierra ?Community Earth System Model?, para explorar los mecanismos fisicos que controlan los flujos de energia en la superficie en escalas temporales multi-centenales. El uso de este conjunto de simulaciones permite entender los efectos individuales de los forzamientos externos del LM sobre las interacciones suelo-atmosfera y sus implicaciones para el acoplamiento SAT-GST, lo cual no ha sido abordado anteriormente. Finalmente, este trabajo evalua el desempeno de la tecnica de reconstruccion de temperaturas a partir de BTPs, para recuperar las variaciones de largo plazo a grandes escalas espaciales durante el LM bajo un enfoque pseudo-proxy. Los resultados indican que puede existir desacoplamiento entre SAT y GST a diferentes escalas espaciales y temporales. Esto se debe a cambios en los flujos de energia en la interface suelo-atmofera debido a cambios en la cobertura y uso del suelo o por las interacciones entre los gases de efecto invernadero y otros forzamientos externos que generan retroalimentaciones a largo plazo en la cobertura de nieve, lo cual deriva en un mayor calentamiento de SAT respecto de GST durante el periodo industrial. Estos procesos pueden impactar las reconstrucciones mediante el uso de BTPs ya que la senal de SAT del pasado no estaria completamente contenida en la estructura de temperaturas del subsuelo. Lo cual, sumado a aspectos metodologicos tales como la dispersa distribucion espacial de BTPs, especialmente por la variabilidad en la fecha de registro existente en la red global de BTPs disponibles, podria impactar las estimaciones de la temperatura del pasado obtenida mediante el uso de BTPs. El efecto generar seria la infraestimacion del aumento de la temperatura del aire durante el siglo XX a escala global. Esto es relevante para reconstrucciones climaticas del LM y para entender incertidumbres en los cambios de temperatura desde el periodo preindustrial hasta el presente.