El 11 de diciembre 2014, un tren de carga de una tormenta atravesó gran parte de California, inundando el Área de la Bahía de San Francisco con tres pulgadas de lluvia en solo una hora. La tormenta fue alimentada por lo que los meteorólogos denominan "Pineapple Express", un río atmosférico de humedad que se eleva sobre las aguas tropicales del Pacífico y se desplaza hacia el norte con la corriente en chorro.

Por la tarde lluvias récord habían provocado deslizamientos de tierra, inundaciones y cortes de energía en todo el estado. La tormenta, que ha sido llamada la "tormenta de la década de California, "se encuentra entre los eventos de precipitación más extremos del estado en la historia reciente.

Ahora, los científicos del MIT han descubierto que estos eventos de precipitación extrema en California deberían volverse más frecuentes a medida que el clima de la Tierra se calienta durante este siglo. Los investigadores desarrollaron una nueva técnica que predice la frecuencia de eventos de lluvia extrema mediante la identificación de patrones reveladores a gran escala en los datos atmosféricos. Para California, ellos calcularon eso, si las temperaturas medias del mundo aumentan en 4 grados Celsius para el año 2100, el estado experimentará tres eventos de precipitación extrema más que el promedio actual, por año.

Los investigadores, que han publicado sus resultados en el Diario del clima , dicen que su técnica reduce significativamente la incertidumbre de las predicciones de tormentas extremas realizadas por modelos climáticos estándar.

"Una de las luchas es, Los modelos climáticos aproximados producen una amplia gama de resultados. [Las precipitaciones] pueden aumentar o disminuir, "dice Adam Schlosser, científico investigador senior en el Programa Conjunto del MIT sobre Ciencia y Política de Cambio Global. "Lo que le dice nuestro método es, para California, estamos muy seguros de que [las fuertes precipitaciones] aumentarán para fines de siglo ".

La investigación fue dirigida por Xiang Gao, científico investigador del Programa Conjunto sobre Ciencia y Política de Cambio Global. Los coautores del artículo incluyen a Paul O'Gorman, profesor asociado de la tierra, atmosférico, y ciencias planetarias; Erwan Monier, científico investigador principal del Programa Conjunto; y Dara Entekhabi, el profesor Bacardi Stockholm Water Foundations de Ingeniería Civil y Ambiental.

Conexión a gran escala

En la actualidad, Los investigadores estiman la frecuencia de los eventos locales de fuertes precipitaciones principalmente mediante el uso de información de precipitación simulada a partir de modelos climáticos globales. Pero estos modelos suelen realizar cálculos complejos para simular procesos climáticos a lo largo de cientos e incluso miles de kilómetros. Con una resolución tan burda, es extremadamente difícil para tales modelos representar adecuadamente características a pequeña escala como la convección de humedad y la topografía, que son esenciales para hacer predicciones precisas de la precipitación.

Para tener una mejor idea de cómo los futuros eventos de precipitación podrían cambiar región por región, Gao decidió centrarse en la precipitación no simulada, sino en patrones atmosféricos a gran escala, qué modelos climáticos son capaces de simular de forma mucho más fiable.

"De hecho, hemos descubierto que existe una conexión entre lo que los modelos climáticos hacen realmente bien, que es simular movimientos a gran escala de la atmósfera, y local, eventos de fuertes precipitaciones, ", Dice Schlosser." Podemos usar esta asociación para saber con qué frecuencia ocurren estos eventos ahora, y cómo cambiarán localmente, como en Nueva Inglaterra, o la costa oeste ".

Instantáneas del tiempo

Si bien las definiciones varían para lo que se considera un evento de precipitación extrema, en este caso, los investigadores definieron tal evento como dentro del 5 por ciento superior de las cantidades de precipitación de una región en una temporada en particular, durante períodos de casi tres décadas. Centraron su análisis en dos áreas:California y el Medio Oeste, regiones que generalmente experimentan cantidades relativamente altas de precipitación en invierno y verano, respectivamente.

Para ambas regiones, el equipo analizó las características atmosféricas a gran escala, como las corrientes de viento y el contenido de humedad, desde 1979 hasta 2005, y anotó sus patrones cada día que ocurrieron precipitaciones extremas. Usando análisis estadístico, los investigadores identificaron patrones reveladores en los datos atmosféricos que estaban asociados con fuertes tormentas.

"Básicamente, tomamos instantáneas de toda la información meteorológica relevante, y encontramos una imagen común, que se utiliza como nuestra bandera roja, "Explica Schlosser." Cuando examinamos simulaciones históricas de un conjunto de modelos climáticos de última generación, fijamos cada vez que vemos ese patrón ".

Usando el nuevo esquema, el equipo pudo reproducir colectivamente la frecuencia de eventos extremos que se observaron durante el período de 27 años. Más importante, los resultados son mucho más precisos que los basados ​​en precipitaciones simuladas de los mismos modelos climáticos.

"Ninguno de los modelos se acerca siquiera a las observaciones, "Dice Gao." E independientemente de la combinación de variables atmosféricas que usamos, los nuevos esquemas estaban mucho más cerca de las observaciones ".

"Información procesable"

Reforzado por sus resultados, el equipo aplicó su técnica a patrones atmosféricos a gran escala de modelos climáticos para predecir cómo la frecuencia de tormentas fuertes puede cambiar en un clima cálido en California y el Medio Oeste durante el próximo siglo. Analizaron cada región bajo dos escenarios climáticos:un caso de "negocios como siempre", en el que se proyecta que el mundo se calentará 4 grados Celsius para el 2100, y un caso impulsado por políticas, en el que las políticas ambientales globales que regulan los gases de efecto invernadero deben mantener el aumento de temperatura a 2 grados centígrados.

Para cada escenario, el equipo marcó esos patrones atmosféricos modelados a gran escala que habían determinado que estaban asociados con fuertes tormentas. En el Medio Oeste Los casos anuales de precipitación extrema en verano disminuyeron ligeramente en ambos escenarios de calentamiento, aunque los investigadores dicen que los resultados no están exentos de incertidumbre.

Para California, el panorama es mucho más claro:en el escenario más intenso del calentamiento global, el estado experimentará tres eventos de precipitación extrema más por año, en el orden de la tormenta de diciembre de 2014. En el escenario impulsado por políticas, Schlosser dice que "esa tendencia se reduce a la mitad".

El equipo ahora está aplicando su técnica para predecir cambios en las olas de calor de un clima que se calienta globalmente. Los investigadores están buscando patrones en los datos atmosféricos que se correlacionen con olas de calor pasadas. Si pueden predecir de manera más confiable la frecuencia de las olas de calor en el futuro, Schlosser dice que puede ser extremadamente útil para el mantenimiento a largo plazo de las redes eléctricas y los transformadores.

"Esa es información procesable, ", Dice Schlosser.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.