Cómo funcionan los modelos del cambio climático

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Duración lectura: 10m. 25s.

En la cumbre de Bali se debaten medidas contra el calentamiento global. Para valorar los riesgos implicados en este problema es preciso entender cómo se hacen los modelos climáticos que estiman los futuros cambios en las temperaturas. Es lo que explica James Trefil, catedrático de Física en la Universidad George Mason, en un capítulo de su libro “Gestionemos la naturaleza”1, publicado por Antoni Bosch, Editor. Ofrecemos una selección de párrafos.

Una de las características esenciales del clima de nuestro planeta es que cambia constantemente. Incluso en épocas recientes la temperatura ha experimentado variaciones como las del Periodo Cálido Medieval y la Pequeña Edad de Hielo; a escala geológica, la oscilación ha sido aún mayor, como en el caso de las glaciaciones y el periodo “bola de nieve”.

Así pues, la noticia en cuanto al calentamiento global no es que el clima esté cambiando, algo que podría haberse afirmado en cualquier momento de la historia de nuestro planeta, sino que, por primera vez, este cambio pueda estar relacionado más que nada con la actividad humana. (…)

El efecto invernadero no es nuevo

El efecto invernadero no tiene absolutamente nada de nuevo. Nuestro planeta lo ha experimentado siempre. El anhídrido carbónico que los volcanes arrojaban a la atmósfera rescató al planeta de su fase “bola de nieve” [hace seiscientos millones de años]. De hecho, si no fuera por el efecto invernadero, la temperatura media en la superficie terrestre sería de 20 grados bajo cero. En otras palabras, sin el efecto invernadero, los océanos llevarían mucho tiempo congelados y habría sido imposible la vida en el planeta.

(…) No cabe la menor duda de que las actividades humanas están provocando un aumento de los niveles de anhídrido carbónico de la atmósfera. Los niveles han ido subiendo de forma continua desde una concentración preindustrial de unas 280 partes por millón a una proporción actual de 360 partes por millón. [N. de la R.: Los datos más recientes indican 381 partes por millón.]

La causa de este incremento es fácil de entender. Las modernas economías industriales funcionan casi exclusivamente a base de combustibles fósiles: carbón, gas natural y petróleo. (…) Si se queman combustibles fósiles, la única forma de obtener la energía deseada es dejando que los átomos de carbono se mezclen con oxígeno. Dicho de otro modo, si queremos energía de origen fósil, produciremos anhídrido carbónico. No hay más vuelta de hoja.

Qué miden

La siguiente cuestión tiene que ver obviamente con los efectos de esa emisión de anhídrido carbónico a la atmósfera. (…)

El anhídrido carbónico presente de forma natural en la atmósfera eleva la temperatura de la Tierra 40 grados por encima de la que tendría de no existir retención alguna de tipo invernadero. Lo que se intenta en la actualidad es realizar predicciones ajustadas de incrementos térmicos de apenas unos pocos grados por encima de este enorme efecto natural.

Los instrumentos escogidos a tal efecto por los climatólogos son los enormes códigos informáticos conocidos como Modelos de Circulación Global (MCG), unos modelos que tienen en cuenta literalmente miles de procesos diferentes que tienen lugar en la Tierra. ¿Que se está desgajando más hielo de la Antártida? Pues reflejará más luz solar que la que habría reflejado el agua cuyo lugar ocupa. ¿Que el límite del Sahara se está desplazando hacia el sur como consecuencia del cambio climático? Pues la tierra yerma reflejará más luz solar y absorberá menos agua que cuando estaba cubierta de vegetación. ¿Que hay más nubes bajas? Pues reflejarán la luz del Sol y la devolverán al espacio. ¿Que hay más nubes altas? Pues tenderán a retener calor.

Todos estos efectos, y muchos más, deben ser tomados en consideración por los MCG. Estos modelos son un verdadero monumento al ingenio humano. Así y todo, habida cuenta de la complejidad de la Tierra, de las dimensiones relativamente pequeñas del efecto que se pretende calcular y de las enormes repercusiones políticas y económicas que se derivarán de los resultados del proceso informático, merece la pena pararse a pensar qué es exactamente lo que los MCG pueden y, lo que es más importante, no pueden hacer. (…)

La atmósfera en compartimentos

“Todo MCG maneja tres sectores”, me dijo Ray Pierrehumbert, destacado diseñador de modelos climáticos: “la atmósfera, los océanos y el acoplamiento entre ambos”. (…)

Los océanos pueden tanto absorber anhídrido carbónico de la atmósfera como devolvérselo. De hecho, la mayor parte del anhídrido carbónico de fácil acceso de nuestro planeta se halla capturado en los océanos. Es posible visualizar los océanos del planeta como un gran fluido carbonatado, algo así como un refresco. El intercambio de anhídrido carbónico entre los océanos y la atmósfera mantiene un delicado equilibrio que depende, entre otras cosas, de la temperatura y constituye un elemento importante de todo MCG. En la actualidad, gran parte del esfuerzo investigador en la construcción de modelos climáticos se centra en la comprensión de esta y otras interacciones entre atmósfera y océanos. (…)

El proceso elemental de cualquier MCG es fácil de explicar aunque difícil de poner en práctica. Los científicos compartimentan la atmósfera en un montón de cajitas y a cada una le aplican las ecuaciones que rigen el flujo de gases y energía. Entonces el ordenador calcula cómo evoluciona el gas presente en cada una de ellas durante un periodo determinado, al término del cual tiene lugar una inmensa operación de cálculo. Si las ecuaciones dicen que una caja emite calor o radiación o materia, se le resta esa energía o materia a la ubicación original y se le suma a la caja receptora que corresponda. Una vez hecho esto, vuelven a aplicarse las ecuaciones a cada una de las cajas y el modelo avanza un intervalo en el futuro. En el MCG tipo, este intervalo es de veinte minutos para los cálculos de la atmósfera y de unos pocos días para el océano.

Si este procedimiento se llevase a cabo con cajas del tamaño de dedales, no habría problema. Pero nuestros ordenadores tienen sus límites, factor que introduce una fuente de incertidumbre en los resultados de los cálculos de los MCG. Resulta que si se establece que las cajas tengan menos de 200 kilómetros por lado, lo que supondría unas once cajas apiladas verticalmente desde la superficie terrestre hasta lo alto de la atmósfera, los cálculos del clima futuro consumen tanto tiempo que pierden todo sentido práctico. (…)

Fuentes de incertidumbre

A la hora de enjuiciar un modelo matemático pueden formularse dos preguntas: 1) ¿en qué medida eran importantes los detalles descartados para la confección del modelo?, y 2) ¿existe una correspondencia real entre el mundo imaginario que nos hemos creado en la mente y el mundo en que vivimos? La segunda pregunta se relaciona con el problema de la validación.

(…) Los diversos modelos aplicados, todos ellos diferentes entre sí por cuestiones técnicas, siguen arrojando predicciones de calentamiento muy dispares para el siglo que viene.

El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC), un organismo internacional en el que participan miles de modelistas climáticos de todo el mundo, anuncia sistemáticamente sus resultados como muestra representativa de las posibles temperaturas. El resultado habitual, citado con mucha frecuencia, es que en el año 2100 la temperatura será entre 1,4 y 5,8 grados centígrados más elevada que en la actualidad, con la estimación más verosímil en torno a los 2,5 grados. Este intervalo no tiene nada que ver con la estadística; simplemente sirve como indicio de lo mucho que divergen los modelos en cuanto a sus predicciones. [N. de la R.: El último informe de síntesis del IPCC estima que el aumento de las temperaturas oscilaría entre 1,7 y 4,4 grados centígrados en su rango medio, con un extremo de 6,4 grados.]

La diferencia entre un grado centígrado y seis es muy grande. Un calentamiento de un grado equivaldría a lo que ha venido ocurriendo desde hace mucho y podría sobrellevarse con unos cuantos aparatos de aire acondicionado más. Pero uno de seis grados vendría a ser como el que tuvo lugar tras la última glaciación y bien podría exigir (entre otras cosas) la construcción de diques para proteger las ciudades costeras de la subida del nivel del mar. (…)

Mundo real y mundo modelo

No cabe duda de que en los mundos modelo de los ordenadores de los MCG existe claramente un efecto invernadero y un calentamiento global. La pregunta es si el mundo de los ordenadores es el mismo que el mundo en que vivimos.

Hay muchas formas de responder a esta pregunta. Se puede empezar analizando varios fragmentos del MCG y comparándolos con la naturaleza. Se puede, por ejemplo, cotejar los cálculos obtenidos sobre formación de nubes y las observaciones de los estudios de campo. Se puede saber si el MCG predice correctamente la radiación que sale de la Tierra comparando sus resultados con las mediciones por satélite. Se puede poner en cuestión si el modelo atina en el cálculo de los fenómenos climáticos más patentes: por ejemplo, si calcula correctamente la diferencia entre las temperaturas de verano e invierno; o si establece la relación exacta entre las temperaturas de los polos y las de los trópicos. En este tipo de estudios parece que los modelos funcionan bastante bien. (…)

Pero cuando pienso en la validación, siempre formulo la que considero constituye la pregunta del millón: “Si le diera el clima de 1900, ¿podría su MCG predecir el clima del siglo XX?”. Hace diez años, la respuesta era claramente no. Hoy sigue siendo no, pero la situación ya no está tan clara. (…)

Cuando le planteé mi pregunta del millón a Pierrehumbert, se tomó su tiempo antes de contestar. “Se pueden ajustar los parámetros de algunos de los nuevos modelos para adecuarlos al siglo XX”.

En otras palabras, todavía no podemos reproducir el clima del siglo pasado partiendo de los principios fundamentales, pero podemos hacer que las versiones más avanzadas del MCG concuerden con el registro climático del siglo XX. Si bien la situación actual representa un avance significativo con respecto a lo que había antes, sigue sin ofrecernos la confianza en los modelos necesaria para convencer a los escépticos de que ha llegado la hora de introducir costosas modificaciones en nuestra economía. Ésta es una de las razones por las que el debate sobre el calentamiento global se ha polarizado tanto. (…)

Ajustando los parámetros

El problema radica en que cuando ajustamos los parámetros con el fin de obtener un resultado deseado, lo que en el fondo estamos haciendo es renunciar a cualquier posibilidad de vincular dicho resultado a los procesos naturales básicos. Quien trate de aplicar uno de estos modelos ajustados a la predicción del futuro estará dando palos de ciego; estará dando por sentado que si sus parámetros, por la razón que sea, valen para el siglo XX, también habrán de valer para el XXI, una suposición que puede ser acertada, o puede ser mucho suponer: no hay forma de saberlo.

No obstante, debo recalcar un hecho importante. Aunque en el MCG quede cierto margen de maniobra, éste no cesa de menguar. En la actualidad parece estar muy claro que si ajustamos los parámetros de un MCG para que cuadren con el siglo XX, dicho modelo predecirá cierto nivel de calentamiento para el XXI. En otras palabras, el nivel de incertidumbre de las predicciones de los modelos ya no permite presumir un mundo que no se vea modificado por el uso constante de combustibles fósiles. (…)

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(1) James Trefil. Gestionemos la naturaleza. Antoni Bosch, Editor. Barcelona (2005). 297 págs. 23 €. Traducción: Víctor Úbeda.

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