Por Ramiro Checa-Garcia, Sorbonne Université

El próximo informe del IPCC, cuya elaboración está en curso, se nutre de los modelos de clima de última generación: los modelos del sistema terrestre. Ellos nos permiten estudiar los efectos del cambio climático y van a ser clave para tomar decisiones que nos permitan cumplir con el Acuerdo de París.

De hecho, como parte del proyecto CRESCENDO, hemos explicado la información que proporcionan estos modelos durante varios encuentros entre grupos de científicos y la Comisión de Medioambiente del Parlamento Europeo.

Durante las reuniones, se plantearon tres elementos clave, basados en estas herramientas, para cumplir con el Acuerdo de París:

• Cero emisiones netas de CO₂ antes de 2050 y sostenidas varias décadas.

• Un cambio rápido y duradero de energías fósiles a energías renovables.

• Debemos disminuir la demanda energética global.

Estos modelos son el resultado de la evolución de los modelos de clima globales durante las últimas décadas. Reúnen el conocimiento interdisciplinar necesario para diagnosticar los impactos del cambio climático. Y, por tanto diseñar, medidas que mitiguen la situación de emergencia medioambiental global que vivimos.

Evolución de los modelos de clima globales

Los lectores de más edad recordarán aquellos programas del tiempo en los que aparecían líneas de presión y unas letras: A, de anticiclón y B, de borrasca. Los meteorólogos codificaban así las medidas de presión disponibles en modelos conceptuales que permitían elaborar un diagnóstico y un pronóstico del estado de la atmósfera.

Aunque en ocasiones todavía muestran esas líneas y letras, los programas del tiempo de hoy en día se basan, en su mayoría, en lo que se conoce como modelos de predicción numérica. Sus resultados se presentan junto con algunas imágenes de satélite.

Los métodos y herramientas utilizados en meteorología y climatología han evolucionado sustancialmente desde los 80. Se ha producido además una progresiva convergencia entre los modelos de predicción numérica del tiempo y los modelos de clima al basarse ambos en los mismos principios físicos.

Modelos de la atmósfera y del océano

Nuestra percepción cotidiana del tiempo meteorológico se centra esencialmente en tres aspectos: temperatura, lluvia y nubosidad. Estos tres aspectos suceden y se miden en la capa de la atmósfera más cercana a la superficie terrestre, la troposfera.

Sin embargo, sabemos que estos factores no están condicionados solo por lo que sucede en las masas de aire de la troposfera. Involucran también a otros sistemas externos. Las estaciones, por ejemplo, vienen condicionadas por el cambio de la luz solar debido a los movimientos periódicos de la Tierra.

Otro caso paradigmático es el océano que, según nuestra percepción cotidiana, atempera o suaviza el tiempo en la costa respecto a las zonas de interior. La realidad es que el océano juega un papel clave en el clima (y el tiempo) y su variabilidad; los famosos fenómenos de El Niño y La Niña son el resultado de la interacción de la atmósfera con el océano.

Por estas razones, la primera etapa en la construcción de modelos de clima globales consistió en incluir tanto el sistema atmósfera como el sistema océano y sus capas de hielo (la criosfera). Este tipo de modelo de clima, denominado modelo de clima acoplado global ya se utilizaba en la década de los 80 y fue un elemento clave en el primer informe del IPCC de 1990. En él ya se documentaba y alertaba del cambio climático y varias de sus consecuencias, como el calentamiento global y la subida del nivel del mar.

Describiendo la química atmosférica

A principios de la década de 1980 varios científicos constataron que la industria y sus emisiones de clorofluorocarbonos (CFC) habían provocado un descenso notable de la cantidad de ozono en la estratosfera. El conocido como agujero en la capa de ozono afectaba gravemente al Polo Sur.

Este descubrimiento fue clave para asimilar que nuestras acciones cambian el entorno en el que vivimos. En este caso, aunque las concentraciones de CFC en comparación con otros gases son muy bajas, su incidencia en la capa de ozono es dramática.

Este descubrimiento provocó la respuesta de la comunidad internacional a través del protocolo de Montreal, que entró en vigor en 1989, una década después del descubrimiento científico.

El reconocimiento del fenómeno vino a ratificar la conveniencia de integrar en nuestros modelos de clima otros subsistemas del sistema terrestre.

En el caso concreto comentado, la atmósfera, además del vapor de agua y gases inertes, es químicamente activa. Al producirse en ella reacciones de diferente naturaleza, es deseable incluir una modelización de estos procesos químicos. Esto ha dado lugar a lo que se conoce como modelos climáticos con química interactiva. Así, el modelo de clima clásico permite determinar el transporte de las sustancias emitidas. Y la parte de química interactiva permite evaluar las reacciones químicas.

Estos modelos permiten estimar, por ejemplo, la evolución del agujero de ozono, las reacciones de las sustancias emitidas en erupciones volcánicas o el papel de las emisiones antropogénicas. Pero además permiten evaluar efectos secundarios en la atmósfera y el clima, ya que las sustancias derivadas de las reacciones químicas pueden interaccionar con otros subsistemas.

Por ejemplo, la presencia de partículas atmosféricas es necesaria para la formación de las nubes. Las emisiones de dichas partículas y su producción en la atmósfera por la emisión de determinados gases conllevan la alteración antropogénica de los sistemas nubosos.

Cambios en la superficie terrestre

Si también incluimos los cambios en la superficie (deforestación y cambios en el uso del terreno) tenemos un modelo que integra otro elemento del sistema terrestre.

Los cambios en la cobertura vegetal modifican la humedad del suelo, así como su interacción con la radiación. Además, como la mayoría de nuestras actividades tienen lugar en la biosfera, es interesante modelizar cómo se ve afectada por cambios en la atmósfera.

En un sentido similar, se están incluyendo modelos de ecosistemas marinos en los modelos de océano y se está estudiando su interacción con el resto de elementos.

Se ha descubierto, por ejemplo, que el transporte en la atmósfera de partículas minerales emitidas en el Sahara está fertilizando tanto los ecosistemas marinos del Atlántico como la Amazonia. Estos nuevos elementos incorporados a los modelos pueden ayudar a la cuantificación de estos procesos.

Modelos del sistema terrestre

Los modelos actuales de clima que incorporan todos estos subsistemas se denominan modelos del sistema terrestre. Permiten describir con creciente detalle los diferentes ciclos que existen en la naturaleza y que la actividad humana está cambiando, como el ciclo hidrológico, al ciclo del carbono y el del nitrógeno.

Hoy también sabemos que una fracción importante del CO? que emitimos es absorbido en la superficie del mar. El océano participa activamente en el ciclo del carbono, salvándonos, hasta el momento, de mayores impactos en la atmósfera.

En el contexto de los modelos del sistema Tierra es posible evaluar alteraciones químicas y ambientales derivadas del cambio climático: en la biosfera, en los océanos o en la estratosfera. Esta es una de las razones que explican hoy día su uso para evaluar escenarios futuros y su impacto en los objetivos del acuerdo de París.

La importancia de los modelos del sistema terrestre

La conclusión principal del carácter antropogénico del cambio climático actual no ha variado desde el primer informe del IPCC. Pero la mejora sustancial en los modelos ha permitido establecer diagnósticos detallados de sus causas, discernir sus consecuencias y pronosticar los escenarios futuros.

Los modelos del sistema terrestre nos informarán en los próximos años de los cambios sociales necesarios para mitigar fenómenos como la acidificación oceánica y su impacto en los ecosistemas marinos, el papel negativo del cambio climático en el rendimiento de los cultivos, el cambio en los patrones de precipitación y su alteración en cuanto a los recursos hídricos disponibles y la mayor probabilidad de episodios extremos en varias regiones del planeta, entre otros muchos.