Agujeros reales en la ciencia del clima

Agujeros reales en la ciencia del clima
Como sucede en cualquier otro campo, las investigaciones sobre el cambio climático presentan algunas fisuras importantes, aunque no son las que suelen proclamar los escépticos.
Quirin Schiermeier
Nature 463, 284-287 (2010)

Los correos electrónicos de la Unidad de Investigación sobre el Clima (CRU) de la Universidad de East Anglia que se filtraron en noviembre fueron un regalo de Navidad adelantado para los que niegan el cambio climático. Entre los más de 1.000 mensajes había varios comentarios controvertidos que —sacados fuera de contexto— parecían indicar que los científicos del clima habían estado ocultando al público un montón de ropa sucia.

Una lectura más detallada de los correos electrónicos del CRU de Norwich, Reino Unido, muestra una serie de comportamientos groseros y meteduras de pata verbales que dan qué pensar, pero nada que ponga en peligro el consenso científico sobre el cambio climático. No obstante, el incidente brinda una oportunidad para señalar que —como sucede en cualquier campo de investigación activo— el conocimiento de la ciencia del clima presenta algunas fisuras. En su último informe de 2007, el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) señaló 54 “incertidumbres clave” que complican las ciencias del clima.

Esta declaración sobre los problemas sin resolver difícilmente podría calificarse de “oculta”. Y de algunos de ellos —como las incertidumbres en la medición de las temperaturas del pasado— se ha hablado ampliamente en los medios de comunicación. Pero hay otras brechas menos conocidas fuera de los círculos especializados. Esas fisuras no socavan la conclusión fundamental de que el ser humano está calentando el clima, conclusión que se basa en la velocidad extrema del cambio de temperatura del siglo xx y en la incapacidad de los modelos climáticos para simular dicho calentamiento sin tener en cuenta la función contaminante de los gases de efecto invernadero. Estas incertidumbres, sin embargo, sí que suponen un obstáculo para planificar el futuro. A diferencia de los mitos que utilizan como argumentos aquellos que niegan el cambio climático (véase el apartado “Los eternos mitos sobre el clima”), algunos de los problemas pendientes pueden suponer que los cambios futuros podrían ser peores de lo que indican las proyecciones actuales.

Los investigadores se quejan de que es difícil hablar abiertamente de estos agujeros de la ciencia. “Por supuesto que hay brechas en nuestro conocimiento sobre el sistema climático de la Tierra y sus elementos y es cierto que el público no ha recibido una explicación clara sobre ello”, comentó Gavin Schmidt, creador de modelos climáticos en el Instituto Goddar de Estudios Espaciales de la NASA con sede en Nueva York y uno de los moderadores y colaboradores del influyente blog RealClimate. “Pero si la gente empieza a hablar de ‘fraude’ y ‘mala conducta’ a las primeras de cambio, se crea un ambiente de trabajo que es una locura. Realmente se está asfixiando nuestra capacidad para hablar tranquilamente sobre las fisuras de nuestra ciencia.”

Nature ha escogido cuatro áreas —previsiones de climas regionales, previsiones de precipitaciones, datos de aerosoles y paleoclima— que, según algunos, deberían tratarse más abiertamente tanto en círculos científicos como en el ámbito público.

Predicción de climas regionales

La triste realidad de la ciencia del clima es que la información más crucial es la menos fiable. Para planificar el futuro, tenemos que saber cómo van a cambiar las condiciones locales, no cuánto va a subir la temperatura media global. Pero los investigadores siguen intentando desarrollar herramientas para predecir exactamente los cambios climáticos para el siglo XXI a nivel local y regional.

Las herramientas básicas para simular el clima de la Tierra son modelos de circulación general (GCM) que representan los procesos físicos en la atmósfera global, océanos, capas de hielo y en la superficie terrestre. Algunos modelos tienen generalmente una resolución aproximada de 1-3° en latitud y longitud, demasiado poco para ser de mucha ayuda. Por eso, los científicos del clima simulan cambios regionales acercando la imagen de los modelos globales: utilizan las mismas ecuaciones pero las solucionan para puntos de cuadrícula mucho mayores en ubicaciones concretas.

No obstante, aumentar la resolución de esta forma puede plantear otros problemas. Al acercar la imagen a partir de un GCM se corre el riesgo de ampliar cualquier punto débil inherente en el modelo “madre”. Si el modelo no simula bien algunos patrones atmosféricos, esos errores se ampliarán a nivel regional. La mayoría de los expertos se muestran cautelosos cuando se les pide que hagan predicciones regionales.

[ Las simulaciones de clima en Europa para finales del presente siglo indican un calentamiento (arriba) de más de 3 °C respecto al final del siglo XX. Las proyecciones de precipitaciones (abajo) indican que el sur de Europa se seca y en el norte las condiciones serán de mayor humedad. IPCC Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Cap. 11 (2007)]

“Nuestros modelos climáticos actuales no son suficientes para tomar una decisión informada que pueda someterse al acuerdo de la mayoría de los países”, afirmó Leonard Smith, estadístico y analista del clima de la London School of Economics and Political Science.

“Hay que ser muy prudente sobre el valor añadido de pasar al impacto regional”, coincidió Hans von Storch, creador de modelos climáticos del Instituto de Investigación Costera de Geesthacht (GKSS), Alemania, quien recientemente participó en la evaluación del clima regional de la región metropolitana de Hamburgo. Si la simulación proyecta cambios futuros que coinciden con las tendencias ya observadas, Von Storch se muestra más confiado. Pero si los investigadores aplican el mismo modelo o un conjunto de modelos varias veces y los resultados divergen entre sí o respecto a las tendencias observadas, advirtió que “los planificadores deberían manejarlos con mucho tacto. Siempre que sea posible es mejor esperar para gastar grandes sumas en proyectos de adaptación hasta que haya más certeza sobre lo que va a pasar”.

Los modelos climáticos reducidos se enfrentan a problemas de incertidumbre concretos en regiones con topografía compleja como aquellas donde las montañas forman una pared entre dos llanuras de climas distintos. Otra fuente potencial de error está en las proyecciones relativas a las emisiones futuras de gases de efecto invernadero, que varían dependiendo de los supuestos de desarrollo económico.

Todos estos problemas, no obstante, no suponen que las simulaciones regionales no tengan valor, siempre que se comprendan sus limitaciones. Los planificadores ya las están utilizando a nivel local y nacional (véanse los gráficos de la derecha). Las simulaciones siguen siendo una herramienta importante para comprender procesos como los cambios en el caudal de un río, que los modelos globales no pueden resolver, dice Jonathan Overpeck, investigador del clima de la Universidad de Arizona en Tucson. Overpeck forma parte de un equipo de investigación que utiliza técnicas estadísticas para reducir proyecciones de modelos divergentes sobre el descenso del caudal medio del río Colorado en el año 2050. Los investigadores esperan que al mejorar la forma de simular variables climáticas tales como la nubosidad y las temperaturas de la superficie del mar, se reducirán aún más las incertidumbres en las previsiones regionales y podrán ser más útiles para los políticos.

Precipitaciones

En las próximas décadas, el aumento de las temperaturas globales probablemente incremente la evaporación y acelere el ciclo hidrológico global, un cambio que desecará áreas subtropicales y aumentará las precipitaciones en latitudes superiores. Estas tendencias ya se han observado y casi todos los modelos climáticos utilizados para simular el calentamiento global muestran la continuidad de este patrón general ¹.

Desgraciadamente, cuando se habla de precipitaciones, esto es casi lo único en lo que los modelos coinciden. Las diferentes simulaciones utilizadas por el IPCC en su evaluación de 2007 ofrecen panoramas completamente divergentes sobre nieve y lluvias en el futuro (véase el gráfico siguiente). Esta situación resulta especialmente mala para las precipitaciones invernales, por lo general las más importantes para reponer el suministro de agua. Las simulaciones del IPCC no pudieron ofrecer una proyección sólida sobre la evolución de las precipitaciones invernales al final del siglo actual para grandes zonas de todos los continentes².

[ Proyecciones de cambios en las precipitaciones para 2090-2099. El color azul indica el aumento de las precipitaciones y el marrón la desecación. El color blanco representa las áreas de incertidumbre, donde menos de dos tercios de los modelos coinciden en si aumentarán o disminuirán las precipitaciones. Las zonas punteadas indican lugares donde el 90% de los modelos coincidieron en el signo del cambio. IPCC Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Cap. 11 (2007)]

Lo que es peor, los modelos climáticos parecen infravalorar cómo han cambiando ya las precipitaciones, disminuyendo aún más la confianza en su capacidad para proyectar cambios futuros. Un estudio de 2007³, que se publicó demasiado tarde para incluirlo en el último informe del IPCC, observó que los cambios en las precipitaciones en el siglo xx llevaban la huella inconfundible del ser humano, incluida la sequía en los trópicos y subtrópicos del hemisferio Norte. Pero los cambios reales fueron superiores a los calculados a partir de los modelos, algo que preocupa a los investigadores.

“Es malo que los modelos subestimen sistemáticamente los cambios en las precipitaciones”, porque las previsiones actuales ya causarían problemas importantes, afirmó Gabriele Hegerl, científica de sistemas climáticos de la Universidad de Edimburgo y coautora del artículo. “Esta incertidumbre es, desgraciadamente, muy importante”, añadió.

Los científicos del clima creen que el principal punto débil de sus modelos es su limitada capacidad para simular el movimiento vertical del aire, como la convección en los trópicos que eleva el aire húmedo a la atmósfera. En este mismo escollo pueden tropezarse los modelos correspondientes a las zonas próximas a cadenas montañosas elevadas. Las simulaciones también pueden perder exactitud porque los científicos no comprenden del todo de qué forma las partículas de aerosoles naturales y antropogénicos de la atmósfera influyen en las nubes. Los datos sobre los modelos de precipitaciones anteriores en todo el mundo podrían ayudar a los creadores de modelos a solucionar algunas de estas cuestiones, pero en determinadas zonas no hay suficientes mediciones. “Realmente no conocemos muy bien la variabilidad natural, especialmente en los trópicos”, declaró Hegerl.

Las incertidumbres sobre precipitaciones futuras complican la tarea de los responsables políticos a la hora de planificar, especialmente en regiones áridas como el Sahel, en África, y el sudoeste de Norteamérica. En estas zonas ya se han producido en el pasado “megasequías” de varias décadas y se espera que vuelvan a suceder. Pero los modelos que se usan actualmente no sirven para simular sequías tan largas. “Es muy preocupante”, afirmó Overpeck.

Aumentar la resolución de los modelos no es suficiente para resolver los procesos convectivos que desembocan en la lluvia. Para prever las precipitaciones con mayor exactitud los investigadores están intentando, entre otras cosas, mejorar la simulación de variables climáticas fundamentales, como la formación y dinámica de las nubes. Además, cada vez se utilizan más las observaciones por satélite de alta resolución para validar y mejorar el realismo de los modelos.

Aerosoles

Los aerosoles atmosféricos —partículas sólidas o líquidas transportadas por el aire— son motivo de gran incertidumbre en la ciencia del clima. A pesar de las décadas de intensa investigación, los científicos tienen que seguir utilizando barras de error enormes cuando evalúan de qué forma partículas tales como sulfatos, hollín, sal marina y polvo afectan a la temperatura y a la lluvia.

En general se cree que los aerosoles enfrían el clima bloqueando el paso de la luz solar, pero las estimaciones del orden de magnitud de este efecto varían, siendo el máximo superior al poder calorífico de todo el dióxido de carbono añadido a la atmósfera por los seres humanos.
Uno de los mayores problemas es la falta de datos. “No sabemos qué hay en el aire —afirmó Schmidt—. Esto supone una gran incertidumbre sobre los procesos clave que impulsan el clima pasado y futuro.”

Para medir los aerosoles del cielo, sensores situados tanto en tierra como en satélites detectan la dispersión y absorción de la radiación solar. Pero a los investigadores les faltan muchos de estos datos para completar la imagen de los aerosoles en todo el mundo. Hace falta una larga serie de complicados experimentos para determinar de qué forma los aerosoles alteran los procesos climáticos.

Algunas partículas, como el hollín, absorben la luz solar y producen un efecto de calentamiento que podría inhibir la lluvia. Otras, como los sulfatos, tienen una influencia enfriadora reflejando la luz solar. El efecto final de la contaminación por aerosoles en la temperatura global no se ha establecido de manera completa. Varios estudios han llegado a conclusiones divergentes sobre si la contaminación global por aerosoles está aumentando o disminuyendo.

La relación entre aerosoles y nubes añade otra complicación más. Antes de que una nube pueda producir lluvia o nieve deben formarse las gotas de lluvia o las partículas de hielo y los aerosoles suelen servir de núcleos de condensación. Pero si bien algunos aerosoles aumentan la nubosidad, otros parecen reducirla. Los aerosoles también podrían tener un impacto enorme sobre la temperatura, alterando la formación y vida de las nubes bajas que reflejan la luz del sol y enfrían la superficie del planeta.

Los científicos tienen todavía que desentrañar la interacción entre contaminación, nubes, precipitaciones y temperatura. No obstante, el satélite Glory de la NASA, una misión de control de aerosoles e irradiación solar cuyo lanzamiento está previsto para octubre, suministrará algunos datos muy esperados. De todos modos, los investigadores atmosféricos afirman que también son necesarios los sensores de tierra, capaces de determinar la cantidad y composición de los aerosoles de la atmósfera.

[ Las finas líneas blancas muestran cómo los aerosoles de las chimeneas de los barcos iluminan las nubes sobre el Océano Atlántico.]

La controversia de los anillos de los árboles

Muchos de los correos electrónicos que se filtraron de los ordenadores del CRU procedían de un grupo concreto de investigadores del clima dedicado a reconstruir las variaciones de temperatura a lo largo del tiempo. En los correos electrónicos hablaban sobre las dudas que plantea la información secular sobre el clima que se encuentra en los anillos de los árboles y otras fuentes.

Los registros de los termómetros de los últimos 150 años muestran que durante las últimas décadas se ha producido una brusca subida de la temperatura que ningún modelo natural puede explicar. Es muy probable que su causa esté en las emisiones de gases de efecto invernadero provocadas por el hombre. Pero apenas hay datos fiables de temperaturas anteriores a 1850, y los investigadores tienen que encontrar otras formas de averiguar las tendencias de la temperatura en el pasado.

La paleoclimatología se basa en el registro de datos seleccionados de fuentes tales como los anillos de los árboles, los arrecifes de coral, los sedimentos lacustres, las estalagmitas, los movimientos glaciares y narraciones históricas. Por ejemplo, a medida que crece un árbol, desarrolla anillos anuales cuyo grosor refleja la temperatura y las lluvias. Estos registros sustitutorios proporcionan la mayor parte de nuestros conocimientos sobre las fluctuaciones del clima, como el Periodo Templado Medieval, que abarca aproximadamente desde el año 800 hasta el 1300, y la Pequeña Edad de Hielo, alrededor de 1700.

Cuando se reúnen los registros sustitutorios del hemisferio aparece un diseño semejante a un palo de hockey, en el que las temperaturas suben mucho a finales del siglo xx respecto a las condiciones medias a largo plazo. En 1998, Michael Mann, un investigador del clima de la Universidad de Virginia en Charlottesville, y sus colaboradores, se convirtieron en pioneros en este tipo de estudios⁴. En una publicación posterior⁵ llegaron a la conclusión de que la década de los noventa fue probablemente la más templada, y 1998 el año más caluroso en al menos un milenio. Esa obra ocupó un lugar prominente en la evaluación del IPCC del año 2001.

Pero el uso e interpretación de estos registros sustitutorios ha dado lugar a una enorme controversia. Un crítico notable, Stephen McIntyre, consultor de minería canadiense ya retirado y editor del blog Climate Audit, ha pasado una gran parte de la última década desafiando el trabajo de Mann y de otros de los científicos cuyos correos electrónicos se filtraron. McIntyre ha atacado obstinadamente los registros sustitutorios⁶, y especialmente las estadísticas utilizadas para analizar los datos de los anillos de los árboles.

Muchos científicos están cansados de las críticas y el IPCC llegó a la conclusión de que es “probable” que la segunda mitad del siglo xx fuera el período de 50 años más caluroso en el hemisferio Norte en los últimos 1.300 años. Pero según el IPCC, sigue habiendo dudas legítimas sobre los registros sustitutorios paleoclimáticos⁷.
Los científicos del clima están especialmente preocupados por los datos de los anillos de los árboles de algunas zonas septentrionales. Los investigadores han observado que las temperaturas calculadas a partir del crecimiento de los árboles durante gran parte del siglo xx se desvían de las temperaturas reales registradas en esas zonas durante las últimas décadas. Pudiera ser que cuando las temperaturas superan un determinado umbral, el crecimiento de los árboles respondiera de forma distinta.

El problema de la “divergencia” también apareció durante el asunto del CRU. En el correo electrónico más citado del CRU, el ex director del centro, Phil Jones, hablaba de un “truco” que consistía en utilizar las observaciones reales de las temperaturas de finales del siglo xx en lugar de los datos de los anillos de los árboles, para “ocultar el declive” de la respuesta de los árboles a las temperaturas más cálidas.

A primera vista las palabras de Jones parecen concluyentes. Efectivamente, un gráfico de temperaturas del hemisferio norte elaborado en el año 2000 por la Organización Meteorológica Mundial con la ayuda de Jones no específica que a los registros instrumentales de los siglos xix y xx se les añadieron datos sustitutorios para el último milenio debido al problema de la divergencia. No obstante, la figura contenía claras referencias a documentos que trataban del problema de la divergencia.

Cálculos de la temperatura del hemisferio Norte realizados a partir de datos de los anillos de los árboles y otras fuentes, dibujados en comparación con la media de 1961-1990. La curva indica datos de 10 estudios, en los que los colores más oscuros representan un mayor consenso. Hay una discrepancia considerable sobre las condiciones alrededor del año 1000 d. C.; la mayoría de los estudios indican que las temperaturas eran bastante más frías entonces, pero unos cuantos señalan un calentamiento comparable al del siglo xx. Hay una coincidencia mucho mayor sobre las condiciones cálidas a partir de 1900. Las líneas negras gruesas son las temperaturas registradas por los termómetros. IPCC Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Cap. 6 (2007)

“Muestran lo que, en esa época, era la mejor estimación sobre la evolución de las temperaturas —afirmó Hegerl—. No obstante, a posteriori, podrían haber sido algo más claros sobre la forma de hacerlo, teniendo en cuenta la repercusión que puede tener este tipo de cifras.”

Además del problema de la claridad, la decisión de excluir los registros de los anillos de los árboles que divergen de los datos instrumentales es lógica, afirmó Thomas Stocker, copresidente del grupo de trabajo del IPCC sobre la base física del cambio climático. El problema de la divergencia de los anillos de los árboles se limita a algunas regiones de gran latitud del hemisferio Norte y ni siquiera allí aparece en todas partes.

Aun así, el problema de la divergencia sigue siendo motivo de debate en la comunidad científica. “Me preocupa conocer las causas de la divergencia —aseguró Hegerl—. Mientras no sepamos por qué divergen los registros, no podremos estar seguros de que representen el pasado con exactitud.” Para que los datos sustitutorios sean más útiles tenemos que comprender mejor la forma en que las distintas especies de árboles crecen y responden al cambio climático.

Otro problema pendiente en la investigación de los registros sustitutorios es la enorme incertidumbre sobre las temperaturas anteriores a aproximadamente el año 1500. Los estudios publicados en 2004⁸ y 2005⁹, basados en una mezcla de registros sustitutorios de diferente resolución, indican que las fluctuaciones de las temperaturas globales durante el último milenio podrían haber sido mayores de lo que se creía en un principio. No obstante, estos estudios siguen mostrando que el calentamiento de finales del siglo xx no tiene precedentes, afirmó Von Storch. Y la última década fue aún más cálida.

Incluso con las actuales dudas sobre los datos sustitutorios, la declaración fundamental del IPCC —que la mayoría del calentamiento que se ha producido desde mediados del siglo xx “muy probablemente” se deba a un incremento de la concentración de gases de efecto invernadero provocado por el hombre— sigue siendo consistente, porque descansa en múltiples pruebas de diferentes equipos que examinaron muchos aspectos del sistema climático, declaró Susan Solomon, la anterior copresidenta del equipo del IPCC que elaboró el informe de ciencias físicas de 2007 e investigadora del clima de la Administración Nacional de la Atmósfera y los Océanos en Boulder, Colorado.

“El equipo de científicos del IPCC —dijo— no habría dicho que el calentamiento se basa absolutamente en una única línea de investigación, aunque procediera del mismísimo Moisés.”

Los eternos mitos sobre el clima
Los científicos del clima lidian con incertidumbres reales, pero los que dudan sobre la realidad del calentamiento global provocado por el hombre suelen ignorar esos problemas y, en cambio, perpetúan una serie de reivindicaciones que no resisten el examen. A continuación ofrecemos una selección de los mitos más extendidos sobre el clima:

Los modelos climáticos no pueden proporcionar información útil sobre el mundo real: Los modelos pueden reproducir una gran parte de las variaciones del clima en el último milenio, pero las proyecciones para el futuro están sometidas a incertidumbres bien descritas, tanto en lo que se refiere a la comprensión del clima como a los cálculos sobre el desarrollo económico futuro. Por tanto, no pueden proporcionar a los responsables políticos información exacta sobre la velocidad de los cambios futuros, pero sí pueden ofrecer información general útil y ésta predice sin lugar a dudas un mundo más caluroso.

El calentamiento global se detuvo hace diez años: El clima no es el tiempo. El clima es una media de muchas décadas sobre el estado cambiante de la atmósfera. Las variaciones naturales pueden hacer que las temperaturas suban y bajen de año en año o de década en década. Aunque las temperaturas globales no subieron tan deprisa en la última década como en las anteriores, la década más reciente ha sido la más cálida de la que se tiene constancia.

Las temperaturas eran más elevadas en la época preindustrial: A partir de las reconstrucciones basadas en datos sustitutorios sobre el clima preindustrial, los científicos coinciden en que la segunda mitad del siglo xx fue probablemente más cálida que cualquier otro medio siglo en más de un milenio. Los períodos más cálidos sucedieron en un pasado más lejano, aunque en condiciones orbitales y geológicas diferentes. En cualquier caso, la existencia de períodos cálidos en el pasado no rebate la influencia humana sobre el clima actual. La causa de un cambio climático concreto tiene que investigarse por separado.

Los registros de temperaturas tomados en las capas más bajas de la atmósfera indican que el mundo no se está calentando: Hace una década parecía haber una discrepancia entre las temperaturas de la superficie y las troposféricas. Pero este problema se resolvió cuando se descubrieron los antiguos problemas de calibración de los sensores de los satélites. Las medidas de los satélites muestran que la atmósfera inferior se calienta a una velocidad coherente con las predicciones de los modelos climáticos.

Unos cuantos grados de calentamiento no son para tanto: En la Edad de Hielo más reciente, el mundo sólo estaba unos cuantos grados más frío de media que hoy. La velocidad actual de calentamiento es, con toda probabilidad, única en la historia de la humanidad. Puede que no exista una temperatura “óptima” para el planeta, pero las sociedades modernas se han adaptado a los modelos de clima y a los niveles del mar de los últimos milenios. La rapidez del calentamiento global se suma al problema.

Los incrementos de temperatura medidos reflejan el crecimiento de las ciudades alrededor de las estaciones meteorológicas y no el calentamiento global: Los investigadores del clima han tenido mucho cuidado a la hora de corregir el impacto de la urbanización sobre los registros de temperaturas, comparando los datos de las estaciones urbanas con los de las estaciones rurales. Además, algunas de las mayores anomalías de temperatura en la Tierra se producen en las zonas menos habitadas, como alrededor del Ártico y la Península Antártica. Las mediciones muestran además el calentamiento de la superficie del océano y de las capas marinas más profundas.