Una profundidad insuficiente del subsuelo limita el flujo de calor de suelo en los modelos de superficie terrestre

Abstract

[ES] Estudios previos muestran que los modelos de sistema terrestre (ESM) de última generación subestiman significativamente los valores observados de absorción de calor en el subsuelo en las últimas décadas. Esta subestimación se debe a que los modelos de la superficie terrestre (LSM) dentro de los ESM imponen condiciones de contorno de flujo cero a profundidades demasiado someras, lo que impide una correcta representación de la captura de calor terrestre en profundidad. Sin embargo, no se han detectado diferencias en la variabilidad de la temperatura en la superficie cuando estas condiciones de contorno se prescriben a mayor profundidad. Este estudio revela que el mecanismo subyacente es la reducción del flujo de calor de suelo (GHF). Para demostrarlo, se compararon los valores de GHF provenientes de un conjunto de simulaciones históricas y del escenario RCP8.5 desacopladas realizadas con el LSM del Instituto Max Planck de Meteorología, JSBACH, con diferentes profundidades subsuperficiales. Los resultados muestran que el GHF se duplica al aumentar la profundidad del LSM de 10 a 25 m, y se estabiliza con un aumento de cinco veces cuando la condición de contorno se coloca a aproximadamente 100 m. El incremento del GHF entrante se compensa principalmente con un aumento del flujo de calor sensible (SHF) saliente, y en menor medida del flujo de calor latente (LHF) en regiones húmedas.

[EN] Previous studies have shown that state-of-the-art Earth system models (ESMs) remarkably underestimate the observational land heat uptake values in the last decades. This underestimation stems from land surface Models (LSMs) within ESMs imposing too shallow zero-flux bottom boundary conditions to correctly represent the land heat uptake with depth. However, no temperature variability differences at the ground surface have been detected when these boundary conditions are prescribed deeper. This study reveals that the underlying mechanism is the reduced incoming ground heat flux (GHF). To conclude this, GHF values coming from an ensemble of historical and RCP8.5 land-only simulations with different subsurface depths conducted with the LSM of the Max Planck Institute for Meteorology ESM (MPIESM), JSBACH, have been compared. Results show that GHF doubles when deepening the LSM from 10 to 25 m, saturating at a factor of 5 when the boundary condition is placed at approx. 100 m. The increase in the incoming GHF is mainly compensated by an increase in the outgoing SHF, and a minor contribution of LHF in wet regions.