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15 de Junio de 2020
Cambio climático

La sensibilidad climática, ¿es de más de cinco grados? Pronósticos a corto plazo para validar predicciones a largo plazo

A fin de validar estimaciones del cambio climático de aquí a cientos de años se han usado pronósticos del tiempo para dentro de seis horas. No obstante, aunque esta forma de comprobación promete ser muy útil, solo lo será realmente si se unifican los sistemas de pronóstico del tiempo y de predicción climática.

Cumulonimbos sobre África, cerca de las fronteras de Senegal y Mali [Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA].

¿Hasta qué punto es sensible el clima al nivel de dióxido de carbono? Algunos modelos predicen que la multiplicación por dos de la concentración de CO2 con respecto a los niveles preindustriales producirá a largo plazo un alarmante calentamiento de más de cinco grados. Pero ¿son creíbles estas estimaciones? K. D. Williams, de la Oficina Meteorológica del Reino Unido, y sus colaboradores exponen en Journal of Advances in Modelling Earth Systems cómo han puesto a prueba algunas de las revisiones que se han hecho a uno de esos modelos: examinando su exactitud cuando se las aplica a pronosticar el tiempo en un plazo muy corto. Los resultados no dejan tranquilo: apoyan las estimaciones alarmantes.

Poca duda cabe, al menos entre quienes saben de ciencia, de que el cambio climático es uno de los mayores problemas a los que habrán de enfrentarse los seres humanos en los decenios venideros. Sin embargo, hasta qué punto un cambio climático sin refrenar sería catastrófico depende de unos procesos que no se conocen bien. Quizás el más importante es la reacción del ciclo hidrológico de la Tierra (la evaporación, condensación y movimiento del agua) al calentamiento del planeta.

Uno de los problemas clave es el ajuste de las nubes al calentamiento. Si crece la cubierta de nubes a baja altura y disminuyen las de gran altura, las nubes tenderán a compensar el efecto caldeador de unas mayores concentraciones atmosféricas de CO2; actuarán, pues, como una retroalimentación negativa, como un amortiguador del cambio climático, y así nos darán algo de respiro. Pero si hay una retroalimentación positiva de las nubes, es decir, si con el calentamiento disminuyen las nubes a baja altura y aumentan las de gran altura, podríamos estar encaminándonos al desastre, a no ser que se dejase rápidamente de usar combustibles fósiles.

Por lo tanto: ¿cómo se han comportado las nubes a medida que el calentamiento global avanza? Solo se pueden evaluar las tendencias de la cubierta mundial de nubes mediante observaciones desde el espacio. Sin embargo, los conjuntos de datos de las nubes obtenidos por numerosos satélites a lo largo de muchos años están adulterados por efectos espurios relacionados con los cambios de las órbitas de los satélites, la calibración de los instrumentos y otros factores. Estos artefactos observacionales son particularmente grandes en la evaluación del promedio mundial de la cubierta de nubes; actualmente, impiden una estimación fiable de las tendencias, en una dirección o en la otra.

Cielo nuboso sobre Sudán visto desde el espacio. Cuesta predecir cómo se ajustarán las nubes a un clima más cálido, pero K. D. Williams y sus colaboradores se han valido de pronósticos del tiempo a corto plazo para saber si las revisiones de los modelos climáticos a largo plazo nos están acercando a la verdad [ESA/NASA].

Tenemos que recurrir a los modelos computacionales del sistema climático en vez de a las pruebas obtenidas mediante la observación. Pero hay un problema. La escala de las nubes es demasiado pequeña para representarlas en nuestros modelos climáticos actuales por medio de las leyes de la física. Por eso hay que representarlas por medio de unas fórmulas de bulto, computacionalmente más accesibles, a las que se llama parametrizaciones. Incluyen ideas básicas de la física de las nubes (su dependencia de la temperatura ambiente, la humedad y la velocidad vertical del aire, por ejemplo), pero distan de ser estimaciones ab initio. Por lo tanto, el papel de las nubes en el clima es crucial pero incierto.

En los últimos meses, el problema de la retroalimentación de las nubes ha pasado muy a primer plano a medida que han ido saliendo los resultados de las docenas de modelos del cambio climático que forman la colección del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados (CMIP6). Las previsiones del clima futuro derivadas de este esfuerzo mundial se van a incluir en el informe de la sexta evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC), que aparecerá el año que viene.

Algunos de los modelos de última generación del CMIP6 (por ejemplo, este y este) indican ahora unas sensibilidades climáticas de más de 5 °C. Por sensibilidad climática se entiende el calentamiento global una vez el clima se equilibra tras una duplicación de la concentración de CO2 relativa a los niveles preindustriales, equilibrio que puede tardar siglos en establecerse. Estos valores de la sensibilidad caen fuera del intervalo de los que arrojaba la colección de modelos del CMIP5, que se incluyeron en el anterior informe de evaluación del IPCC, el de 2013. Parece que esos valores elevados en buena medida se producen por las revisiones de la representación de la microfísica de las nubes, en particular de la parametrización del agua líquida superenfriada. La microfísica describe las propiedades (el tamaño o la concentración relativa) de las gotas de agua y de hielo en una nube. De algo tan diminuto depende nuestro futuro.

Así que la pregunta es: ¿hemos de creer estas nuevas estimaciones de la sensibilidad climática o acabaremos volviendo a los valores anteriores, los del CMIP5, cuando los modelos pasen por una nueva ronda de revisiones?

Hace unos años, el meteorólogo Mark Rodwell y yo propusimos un método para evaluar las predicciones de la sensibilidad climática: basarnos en los pronósticos meteorológicos a seis horas vista. Nos movieron a ello los estupefacientes resultados que señalaban que la duplicación de los niveles de CO2 podrían llevar hasta a 11 grados de calentamiento. Estas estimaciones tan elevadas procedían de modelos climáticos en los que se le daba a un parámetro del sistema de nubes, el arrastre (entrainment) convectivo, un valor inusualmente pequeño pero que no podía descartarse inmediatamente solo con estudiar la exactitud de las simulaciones climáticas. Mostramos que los errores de los pronósticos a seis horas vista se volvían bastante peores con un modelo que aplicaba esos valores reducidos del arrastre convectivo; pudimos así arrojar dudas sobre la credibilidad de estimaciones tan excepcionalmente grandes de la sensibilidad climática.

Vimos que si ejecutábamos un sistema numérico de pronóstico del tiempo a la última con un parámetro de arrastre convectivo bajo, se generaban pronósticos para dentro de seis horas mucho menos precisos que cuando se aplicaban en el modelo pronosticador valores más corrientes. Para alivio de todos, esto nos decía que los valores bajos del parámetro que se usaron en aquellos modelos climáticos no eran realistas, así que podíamos descartar las alarmantes estimaciones de los 11 grados.

Williams y sus colaboradores han sometido ahora el modelo climático de la Oficina Meteorológica británica para el CMIP6 a la misma prueba del pronóstico del tiempo a seis horas vista. Escogieron este modelo para ponerlo a prueba porque era uno de los que había producido una sensibilidad climática bastante grande, de unos 5,5 grados. Este modelo tenía un esquema modificado de la microfísica de las nubes, como se ha mencionado más arriba, en el que había más gotas de agua superenfriadas y menos de hielo.

Hallaron que los errores de pronóstico a las seis horas eran menores con el modelo revisado que con una versión del modelo que no incluía las revisiones de la microfísca de las nubes. Por lo tanto, su resultado, en vez de descartar las estimaciones que atribuían un valor alto a la sensibilidad, como hizo el de Rodwell y mío, es uno de los mejores indicios actuales de que la sensibilidad climática podría ser, en efecto, de 5 grados o más.

En pocas palabras: estos resultados, publicados en una revista especializada, que seguramente habrán leído solo unos pocos entre los responsables de la adopción de medidas relativas al clima, lleva en sí un mensaje de muy largo alcance: no nos podemos permitir la complacencia. Parece que el ajuste de las nubes al cambio climático no va a darnos un respiro. Muy al contrario: tenemos que redoblar nuestro esfuerzo por recortar las emisiones.

Hay una importante advertencia que hacer en lo que se refiere a la aplicación general de esta técnica: la comprobación solo tiene sentido si el modelo que se usa para los pronósticos a corto plazo es el mismo que se usa para la predicción climática. Los modelos meteorológicos y climáticos de la Oficina Meteorológica son razonablemente parecidos (a su modelo se suele llamarlo el «modelo unificado», pero los modelos meteorológicos no se corresponden en general con los climáticos).

Además de eso, un pronóstico preciso del tiempo a seis horas vista solo es posible si se puede contar con unas condiciones iniciales precisas aportadas al modelo por las observaciones, proceso conocido como asimilación de datos. Es un problema de optimización complejo, computacionalmente exigente; la mayoría de las instituciones dedicadas al clima carecen de semejante capacidad de asimilación de datos. Además, una asimilación precisa de datos requiere que la resolución espacial y temporal de los modelos climáticos se incremente hasta ser comparable con la empleada hoy en día para el pronóstico del tiempo. Recíprocamente, las parametrizaciones de los modelos de pronóstico del tiempo deben ser tan complejas y completas como las de los modelos climáticos; pocos centros de pronóstico meteorológico tienen medios para tanto.

En consecuencia, para reducir la incertidumbre de las estimaciones de las retroalimentaciones cruciales de las nubes, los institutos del clima y los centros de pronóstico del tiempo deberían trabajar juntos de modo que sus sistemas modelizadores tengan entre sí tan pocas costuras como se pueda. En mi opinión, la modelización meteorológica y climática debería racionalizarse en todo el mundo; habría que conjuntar los recursos humanos y computacionales para producir modelos del tiempo y del clima de alta resolución unificados.

Tim Palmer/Nature News

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Nature Research Group.

Referencia: «Use of Short‐Range Forecasts to Evaluate Fast Physics Processes Relevant for Climate Sensitivity», de K. D. Williams, A. J. Hewitt y A. Bodas‐Salcedo, en Journal of Advances in Modeling Earth Systems (23 de marzo de 2020).

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