Cambio climático. Realidad e incertidumbre Cambio climático. Realidad e incertidumbre Jon Sáenz Agirre Introducción De acuerdo con algunos movimientos sociales o la prensa, el cambio climático es un hecho indudable que influye en cualquier sequía, huracán o inundación que afecte a Bangla Desh, África subsahariana o Europa. Por otro lado, existe un grupo amplio de instituciones o personas, algunas con sólida formación científica, que plantean interrogantes sobre algunos aspectos e incluso sobre toda la realidad de este fenómeno, los llamados escépticos del cambio climático. El Panel Intergubernamental de expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) es un organismo de las Naciones Unidas dividido en varios grupos dedicados a aspectos científicos, económicos o técnicos relacionados con el cambio climático. El Grupo I de este Panel se dedica a los aspectos científicos, y con él colaboran algunos de los mejores científicos dedicados al estudio del clima. Resulta interesante comparar la evolución de los contenidos de sus Informes de Evaluación sobre el problema del cambio climático. En su segundo informe (1995) se sugería de una forma algo distante la posibilidad de que el cambio fuera detectable en los datos existentes. El tercer informe (2001) afirma que existen hechos experimentales que muestran, a juicio del IPCC, que el clima está cambiando. En este trabajo se van a exponer de forma resumida algunos de los aspectos más importantes detallados en este tercer informe del Grupo I del IPCC. Naturaleza del sistema climático El sistema climático está formado por el conjunto de la atmósfera, la hidrosfera, la litosfera, la criosfera y la biosfera. Estos sistemas intercambian momento, energía y materia. Estos componentes reciben energía solar y emiten energía de onda larga (térmica) al espacio. La energía recibida menos la emitida están en un balance global aproximado, de tal manera que la Tierra se encuentra a una temperatura global aproximadamente constante. El dióxido de carbono(CO2) juega un papel fundamental, junto con otros gases, en este balance de energía radiante. El llamado efecto invernadero no es un problema, es una necesidad. Si no existieran el CO2 o el vapor de agua (gases con capacidad de absorción y emisión de la radiación terrestre de onda larga), la temperatura superficial del planeta sería excesivamente baja para la vida. El balance global de energía no se cumple a nivel local. Los Polos son zonas deficitarias de energía (emiten más de la que reciben) y los Trópicos, por su parte, excedentarias. Por tanto, se desarrollan corrientes oceánicas y la circulación general atmosférica, con el fin de transportar del Ecuador a los Polos la energía excedentaria. El sistema no es periódico y no se repite a sí mismo de igual manera todos los años. Algunos años no es posible mantener el balance de energía promedio, y ese año (o verano, o mes) es más cálido o más frío que el valor climatológico en algunas zonas. La circulación atmosférica de gran escala está perturbada y ello produce cambios en diversos elementos climáticos (precipitación, temperatura máxima, mínima, etc...) La variabilidad climática se detecta en cualquier variable, y muestra diferentes características en todas ellas. La Figura 1 muestra con puntos la distribución mensual de la presión superficial en un punto sobre el Atlántico (40ºE y 35ºN). El valor medio de la distribución mensual y la desviación estándar se muestran mediante barras de error. El panel inferior muestra las mismas cantidades sobre el mismo punto para la media mensual de la temperatura superficial del océano. En ambos casos, las medidas cubren el periodo 1860 a 1992 según el conjunto COADS. Figura 1: Panel superior: Presión superficial (mb) media mensual a nivel del mar. Panel inferior: temperatura media mensual superficial del mar. Punto: (40ºE y 35ºN) En este sistema global formado por susbsistemas en los que existen perturbaciones, no todos los componentes responden a una perturbación en la misma escalatemporal. La atmósfera tarda por lo general unos días en responder a una perturbación. El océano superficial tarda del orden de meses en alcanzar de nuevo el equilibrio. La criosfera tarda décadas en recuperarse de una perturbación, mientras que la circulación del agua profunda del océano tarda entre siglos y milenios. Esto complica el problema de la predicción del clima, ya que esos elementos se deben de resolver de una forma explícita en los modelos de simulación en las predicciones de largo plazo, algo que no es necesario en la predicción del tiempo. El problema de la detección y el problema de la atribución La señal del cambio climático está sumida en un nivel alto de ruido de fondo, que está formado por la variabilidad natural del clima. La Figura 2 muestra la anomalía de temperatura respecto a la temperatura actual y la fracción molar de CO2 atmosférico, cantidades obtenidas a partir de los gases contenidos en el hielo Antártico (base Vostok). Se puede ver cómo hay evidencias geológicas de climas más cálidos y más fríos con una concentración de CO2 significativamente menor que la actual (360 ppmV) en tiempos en los que no existían civilizaciones. Figura 2. Concentración (ppmV) de CO2 en el hielo antártico. El panel inferior muestra la anomalía de temperatura global (ºC) inferida a partir del deuterio contenido en el hielo Por tanto, en el análisis de la variabilidad climática se plantean dos problemas. Por un lado, determinar con cierta confianza estadística la validez de la hipótesis "el clima observado actualmente es diferente del que se observaba antes". Este problema se llama el problema de la detección, y no entraña ningún análisis de la causa del cambio. La respuesta del Tercer Informe del Grupo I del IPCC es inequívoca. Sí, el clima ha cambiado. Por otro lado, el problema de la atribución se enfrenta al problema de identificar la causa probable del cambio observado. Con el fin de resolver el problema que plantea la variabilidad natural a la hora de identificaruna señal de calentamiento global, se utilizan técnicas que identifican en el patrón espacial de anomalías de temperatura observado el parecido con el patrón esperado a partir de modelos teóricos de simulación para reducir las incertidumbres. La atribución responde a la pregunta: ¿Es compatible el cambio observado con la influencia antropogénica sobre el clima? El IPCC se muestra más cauto y solamente dice "es probable". Observaciones e incertidumbres Las mediciones de las concentraciones de diversos gases de efecto invernadero muestran que estas concentraciones han aumentado de una forma inusual en el último siglo. Existen mediciones instrumentales de la concentración de fondo de CO2 desde finales de la década de los 50 en Mauna Loa. Estas mediciones se han combinado con datos procedentes de los hielos permanentes de la Antártida o Groenlandia. Todos los resultados indican que el aumento de las concentraciones de CO2, metano u óxido nitroso coinciden con el incremento del consumo de combustibles fósiles de los últimos dos siglos. También han aumentado las concentraciones de otros compuestos como los sulfatos. Con el fin de comparar el efecto de sustancias tan heterogéneas por tiempo de residencia en la atmósfera o capacidad de incidir en el balance de energía radiante se ha acuñado el concepto de forzamiento radiante, que describe la capacidad de provocar un aumento (forzamiento positivo) o disminución (negativo) de la temperatura global como resultado de la presencia de un gas o aerosoles en la atmósfera. El forzamiento radiante del CO2 es positivo (mayor concentración de CO2 provoca mayor temperatura superficial del planeta), pero no es el único. Los aerosoles de sulfato emitidos por la combustión de combustibles fósiles parece que tienen un forzamiento negativo, aunque es de menor magnitud y sus efectos son locales. Hay aún factores, como la variación de la actividad solar, los cambios en el uso del suelo o el efecto de la combustión de biomasa cuyos efectos netosno se comprenden del todo. Parece que los efectos combinados de la variabilidad solar y los aerosoles atmosféricos de origen volcánico constituyen un forzamiento negativo (provocarían una disminución de la temperatura global) en las últimas décadas, lo que contrasta con la tendencia positiva en las temperaturas observadas. Figura 3. Concentración atmosférica de CO2 (partes por millón en volumen) medida en el observatorio de Mauna Loa, Hawaii. Las series instrumentales obtenidas a partir de mediciones con termómetros de los últimos 140 años indican una clara tendencia en las series de temperatura global del planeta, con un incremento de 0.6º±0.2ºC en la temperatura media global a lo largo del siglo XX, especialmente centrado en las masas continentales del Hemisferio Norte. El aumento ha sido mayor en las temperaturas mínimas nocturnas que en las máximas. El aumento en la temperatura global queda también de manifiesto en el análisis de las llamadas series multiproxy. En estas series se obtiene información sobre la temperatura a partir de diferentes indicadores, como son anillos de árboles, corales, isótopos contenidos en los hielos perpetuos, entre otros. Todos estos datos sugieren que, posiblemente, el siglo XX ha sido el más caliente del último milenio. Figura 4. Anomalía de temperatura media del Hemisferio Norte (respecto a la temperatura actual) desde el año 1000, obtenida por medio de una combinación de diferentes datos proxy. Los sombreados representan barras de error de 2 o 1 desviación estándar sobre el valor estimado. La última parte de la gráfica muestra el valor de la temperatura media hemisférica medida con termómetros. Sin embargo, no emerge una imagen clara de calentamiento en todas las áreas del planeta y en todos los períodos. El calentamiento es más fuerte en algunos períodos (1910 1940 y 1975 2000), en algunas zonas o en algunas estaciones del año. Existen medidas contradictorias, como es el caso de los satélites, que no indican una tendencia positivaen la temperatura de la troposfera baja en los últimos 20 años. Este dato difiere de las mediciones de la estructura vertical de la troposfera mediante el uso de sondeos, que sí indican el calentamiento en la troposfera desde finales de los años 50. Las medidas de satélite más antiguas y los registros superficiales muestran un retroceso general de la cobertura de hielo y menor duración de la época en la que las aguas superficiales continentales están heladas en las latitudes altas. Los glaciares de montaña muestran por lo general una tendencia a disminuir su extensión. Otros datos que avalan la existencia de una señal de calentamiento global son una tendencia positiva en el nivel del mar de entre 0.1 y 0.2 metros, dato del cual existen mediciones detalladas desde finales de los años 50 del siglo XX. La señal no es tan clara en el caso del ciclo hidrológico. En algunas zonas (latitudes medias y altas del Hemisferio Norte), el ciclo hidrológico parece haber sufrido una intensificación. No obstante, no hay datos que permitan generalizar estos resultados al Hemisferio Sur, puesto que las incertidumbres son mayores. Los datos observacionales no parecen sostener con un nivel suficiente de certidumbre que en estos momentos existan más tornados, inundaciones o sequías, excepto en regiones muy concretas afectadas por altos niveles de variabilidad decadal o multidecadal. En ocasiones, estos cambios están asociados a los últimos eventos El Niño Oscilación Sur más frecuentes, persistentes e intensos que anteriormente. Evaluación del clima futuro Ante la imposibilidad de crear un laboratorio de la Tierra a escala, la simulación numérica es el método generalmente utilizado para obtener estimaciones del clima futuro. En general, los modelos climáticos han mejorado mucho en los últimos años, pero aún hay muchos problemas técnicos y científicos por resolver en este ámbito. Los modelos más avanzados resuelven las ecuaciones que describen el comportamiento de la atmósfera, el océano,la criosfera o el suelo, entre otros componentes, mediante una representación discreta que solamente obedece de forma aproximada al comportamiento del sistema real. Se define una malla cada ciertos grados de longitud, latitud y altura y se resuelven las ecuaciones en estos puntos. A pesar del aumento de la capacidad de cálculo de los computadores durante los últimos años, hay muchos procesos (radiación, nubes, precipitación, etc...) que no se pueden resolver con el debido detalle en los modelos climáticos globales mediante primeros principios. Estos procesos sólo se pueden representar intentando aproximar de una forma cuantitativa los fenómenos que ocurren en una escala inferior al tamaño de malla del modelo. La diversidad de las parametrizaciones existentes y las dudas sobre el impacto real que esta diversidad tiene en los diferentes resultados obtenidos provoca dudas sobre la certidumbre real con la que se pueden plantear las predicciones de cambio climático. Los modelos están creciendo en complejidad. Inicialmente, los modelos utilizados en modelización del clima se trataban básicamente de modelos de circulación general atmosférica que se integraban para intervalos largos de tiempo sobre condiciones de contorno (p. ej. temperatura de agua del mar) fijas (integraciones del tipo "enero perpetuo") o variables de acuerdo a la climatología observada de los componentes (océano, hielo) de tiempo de respuesta más lento. Actualmente, los modelos atmosféricos se acoplan a modelos oceánicos, de hielo, de suelo o vegetación. El objetivo es simular un sistema climático donde los diferentes componentes puedan interactuar entre sí y generar la complejidad del clima observado. No obstante, este acoplamiento de modelos plantea problemas prácticos y aparecen problemas en la inicialización y el acoplamiento de estos modelos, en los intercambios de energía o materia en las fronteras entre estos componentes. Los modelos reproducen bastante bien la variabilidad del clima observado enlos últimos 140 años cuando se utilizan todas las influencias existentes, como las variaciones observadas en la actividad solar y erupciones volcánicas o el aumento observado en la concentración de gases de efecto invernadero. Los modelos también muestran cierta capacidad para simular de forma aceptable el clima de épocas pasadas (simulaciones paleoclimáticas), en las cuales es posible comparar las simulaciones con las observaciones. Ello da cierta confianza en la capacidad de los modelos de simular el clima futuro. No obstante, a la hora de predecir el clima futuro hay muchas indeterminaciones que producen una gran dispersión en las predicciones realizadas. En primer lugar, existen indeterminaciones en la cuantía de las emisiones atmosféricas de gases con capacidad de potenciar el efecto invernadero (CO2, metano, CFCs, etc...) en función de la actividad económica o la demografía del futuro. Para reducir estas incertidumbres se han diseñado escenarios estandarizados de emisiones que cubren un rango razonable de estas variables y que se utilizan de forma sistemática con todos los modelos climáticos utilizados por el IPCC para imponer un forzamiento radiativo común a todos ellos. Así, las diferencias en la respuesta se pueden achacar a los modelos. En función de las diferentes combinaciones de escenarios de emisiones, modelos de ciclos biogeoquímicos y modelos climáticos utilizados, el IPCC estima que la temperatura global en el año 2100 será entre 1.4ºC y 5.8ºC más alta. No obstante, el calentamiento global no será uniforme, será más alto en la estación invernal de latitudes medias y altas del Hemisferio Norte, en las grandes masas continentales. Las predicciones respecto a la precipitación son en general menos fiables, pero parecen indicar una mayor concentración de vapor de agua en la atmósfera y mayor precipitación en las zonas de latitudes medias y altas del Hemisferio Norte y la Antártida en la estación invernal. Se presume que existirá mayor alternancia y extremosen la distribución de años secos y húmedos. Otros aspectos como la variación en los monzones, los efectos sobre los eventos El Niño Oscilación Sur, tornados, etc... son menos claros, ya que los modelos no reproducen de forma consistente las predicciones. El grado de consenso es más alto en lo que respecta al nivel del mar. El mismo subirá entre 0.09 y 0.88 metros, dependiendo de la combinación de escenarios de forzamiento y modelos climáticos utilizados. Existe también un alto grado de consenso en las predicciones de debilitamiento de la circulación termosalina en el Atlántico, la disminución de la cubierta de hielo en el Artico y los glaciares de montaña, efectos que serán claramente perceptibles a finales del siglo XXI. Estos efectos están sometidos a considerables incertidumbres regionales, que se deben añadir a las incertidumbres generales ya mencionadas. Los modelos globales tienen resoluciones horizontales de varios cientos de kilómetros, y las influencias de la topografía o el contraste mar tierra en las zonas costeras no están bien tratados. Por ello, hay mayores incertidumbres sobre el impacto regional que sobre el impacto global. Finalmente, conviene resaltar que estos efectos tienen memoria. No desaparecerán simplemente en el momento en que se limiten las emisiones al nivel natural previo al consumo de combustibles fósiles. Del ciclo biogeoquímico del carbono se puede deducir que el equilibrio del carbono en la atmósfera solamente se obtendrá tras varios siglos, el tiempo necesario para que llegue al océano profundo y todos los componentes del ciclo global del carbono se hayan equilibrado. Sin embargo, aún entonces no se habrá alcanzado el equilibrio de energía radiante del planeta, que seguiría subiendo, aunque con muy poca tendencia, en un mundo con la concentración de CO2 ya equilibrada en los nuevos valores. Mientras, el océano seguiría calentándose en todas sus capas y su nivel seguiría subiendo, debido a su expansión. Ya en el orden de milenios, loshielos continentales (Groenlandia y Antártida, especialmente) deberían de alcanzar una nueva situación de equilibrio con el nuevo estado térmico del planeta. En resumen, hay incertidumbres, nadie puede garantizar exactamente cómo van a ser las cosas dentro de un siglo con total certeza. Sin embargo, el conjunto de la teoría, los datos observacionales y los modelos numéricos de simulación apuntan, con un grado alto de consenso y mediante una serie de interpretaciones muy consistentes con las leyes básicas de la Física, en una misma dirección, la de una Tierra globalmente más caliente, con unos impactos regionales muy inciertos. En esta situación, la decisión de disminuir o no el consumo de combustibles no es científica, es política o de sentido común. Jon Sáenz Agirre, Departamento de Física Aplicada II Universidad del País Vasco Euskonews & Media 204. zbk (2003 / 03 / 21 28) Euskomedia: Euskal Kultur Informazio Zerbitzua Eusko Ikaskuntzaren Web Orria
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