El calentamiento global causado por el aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero ya está afectando nuestras vidas. Entre las consecuencias asociadas a este calentamiento se encuentran veranos abrasadores, olas de calor más intensas, períodos de sequía más prolongados, inundaciones más generalizadas e incendios forestales.
Un efecto menos obvio del calentamiento global está recibiendo cada vez más atención por parte de los científicos: un posible aumento en la gravedad y frecuencia de las olas de frío invernal en el hemisferio norte.
Más comunes son fenómenos meteorológicos como la Bestia del Este en el invierno de 2018, la ola fría de aire ártico que llegó hasta Texas en febrero de 2021 o la tormenta que cubrió de nieve de forma inusual a Madrid y Atenas a principios de 2021. .
Algunos de los mecanismos que conducen a su aparición se ven reforzados por el calentamiento global. Mecanismos climáticos clave, como el intercambio de energía y masas de aire entre diferentes rangos de altura en la atmósfera, están evolucionando para provocar aumentos tanto en la intensidad como en la duración de las olas de frío. Estos están relacionados con el comportamiento de una región de la atmósfera superior conocida como estratosfera.
Las olas de frío invernal tienen importantes impactos sociales, desde impactos directos en la salud y pérdida de vidas, hasta impactos en el transporte y la infraestructura, pasando por una mayor demanda de energía y daños a los recursos agrícolas.
Savvas Karmaniolas / Material para contraventanas
Este invierno, hemos visto estos efectos en gran parte de Europa y Estados Unidos, con cancelaciones de vuelos, cierres de aeropuertos, colas en las carreteras y conductores atrapados en temperaturas gélidas. Ha habido un fuerte aumento de la demanda de energía para hacer frente a la calefacción interior, un aumento de los ingresos hospitalarios relacionados con el frío y la activación de servicios necesarios para ayudar a los más vulnerables.
Necesitamos desarrollar herramientas predictivas que puedan predecir estos eventos con mayor antelación.
vórtice polar
Algunas de estas olas de frío están asociadas con perturbaciones en un fenómeno atmosférico estacional llamado vórtice polar estratosférico (SPV).
En el hemisferio norte, este vórtice está formado por masas de aire frío centradas sobre el Polo Norte, rodeadas por un chorro de fuertes vientos del oeste entre 15 y 50 km sobre el suelo. Estos vientos giratorios actúan como un muro y mantienen el aire frío confinado en la región ártica, impidiéndole viajar a latitudes más bajas.
El calentamiento estratosférico repentino (SSW, por sus siglas en inglés) puede ocurrir cuando la atmósfera experimenta un aumento repentino de temperatura debido a la transferencia de energía y impulso de niveles bajos a altos.
Cuando se produce un SSW importante, la pared de aire fuerte alrededor de la estratosfera polar puede romperse, permitiendo que el aire frío escape del vórtice polar y viaje a alturas atmosféricas y latitudes más bajas. Cuando ese aire se acerca a la superficie de la Tierra, pueden ocurrir importantes olas de frío.
Aunque los SSW no son lo suficientemente fuertes como para romper un vórtice, pueden debilitarlo. Esto hace que los patrones de circulación del aire polar se desvíen más al sur hacia latitudes más bajas, alcanzando áreas densamente pobladas de América del Norte y Eurasia, en lugar de permanecer cerca del Polo Norte. Esas áreas pueden experimentar temperaturas decenas de grados por debajo de su promedio invernal.
Con el cambio climático, la transferencia de energía desde las capas inferiores de la atmósfera terrestre a la estratosfera superior está cambiando y perturbando en mayor medida el vórtice polar. El estudio demostró que la fuerza y duración de las SSW en la atmósfera han aumentado en los últimos 40 años. Se espera que este aumento provoque olas de frío invernales más fuertes a nivel de la superficie.
NASA
El desafío de la previsión
Prever con precisión estas olas de frío es fundamental para ayudar a la sociedad a prepararse adecuadamente para ellas. El desarrollo de herramientas de pronóstico basadas en computadora que reproduzcan interacciones realistas entre la troposfera y los niveles inferiores de la estratosfera es un paso esencial hacia este objetivo.
Las herramientas para simular adecuadamente el comportamiento de la atmósfera y predecir cómo interactúa con la troposfera deben incluir una descripción realista de la abundancia y distribución del ozono atmosférico. El ozono influye en la interacción de las masas de aire dentro y fuera del vórtice y, por tanto, transporta aire más frío de mayor a menor altitud.
Sin embargo, la resolución necesaria para predecir estos fenómenos climáticos, incluidos todos los procesos químicos implicados en el ozono, es prohibitiva en términos de potencia de cálculo necesaria. Esto sigue siendo cierto si queremos predecir eventos antes de una temporada.
Mi investigación busca formas de mejorar los modelos de pronóstico para capturar mejor el tipo de comportamiento atmosférico que conduce a estas olas de frío. Para ello, he desarrollado alternativas que simulan de forma realista procesos en la atmósfera, incluidos aspectos de la química del ozono, utilizando menos potencia informática.
En un estudio que realicé, utilizamos estas alternativas para simular las interacciones entre la capa de ozono, la temperatura y la radiación solar en un modelo informático global utilizado para producir algunos de los mejores pronósticos meteorológicos del mundo.
Nuestros experimentos con este modelo demostraron que la inclusión de una representación alternativa realista del ozono atmosférico conducía a mejoras en las simulaciones de la distribución de temperatura en la atmósfera. Esto significa que puede ayudar a proporcionar información útil sobre los desencadenantes de olas de frío como las SSW.
Desarrollar y utilizar estas alternativas en la modelización climática es un hito importante hacia lo que llamamos predicción perfecta: utilizar las mismas herramientas de modelización informática para predecir tanto el tiempo como el clima. Esto permite establecer vínculos causales más precisos entre el cambio climático y los fenómenos meteorológicos extremos.
Muchos quizá se pregunten si este frío extremo puede combatir el calentamiento global. Lamentablemente no. Si bien este invierno ha traído temperaturas extremadamente frías y días de fuertes nevadas en el hemisferio norte, el verano actual en el hemisferio sur ha visto algunos de los días más calurosos jamás registrados, con temperaturas de alrededor de 50 °C en zonas pobladas de Australia.
El calentamiento global está haciendo que el clima extremo sea más severo y los estudios científicos están comenzando a proporcionar evidencia de que esto se aplica a las olas de frío extremo en invierno. Es esencial desarrollar las mejores herramientas de modelización posibles para predecir la evolución de los extremos climáticos en los próximos años para que podamos prepararnos mejor para ellos.
