Mientras los científicos trabajan para determinar por qué algunos de los últimos modelos climáticos sugieren que el futuro podría ser más cálido de lo que se pensaba anteriormente, Un nuevo estudio indica que la razón probablemente esté relacionada con los desafíos que simulan la formación y evolución de las nubes.

La nueva investigación, publicado en Avances de la ciencia , ofrece una descripción general de 39 modelos actualizados que forman parte de un importante esfuerzo climático internacional, la sexta fase del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados (CMIP6). Los modelos también serán analizados para el próximo sexto informe de evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC).

En comparación con los modelos anteriores, un subconjunto de estos modelos actualizados ha mostrado una mayor sensibilidad al dióxido de carbono, es decir, más calentamiento para una determinada concentración de gas de efecto invernadero, aunque algunos mostraron menor sensibilidad también. El resultado final es una mayor variedad de respuestas del modelo que cualquier generación anterior de modelos, que se remonta a principios de la década de 1990. Si los modelos de gama alta son correctos y la Tierra es realmente más sensible al dióxido de carbono de lo que pensaban los científicos, el futuro también podría ser mucho más cálido de lo proyectado anteriormente. Pero también es posible que las actualizaciones realizadas a los modelos entre el último proyecto de intercomparación y este estén provocando o exponiendo errores en sus resultados.

En el nuevo periódico los autores buscaron comparar sistemáticamente los modelos CMIP6 con las generaciones anteriores y catalogar las posibles razones de la ampliación del rango de sensibilidad.

"Muchos grupos de investigación ya han publicado artículos que analizan las posibles razones por las que la sensibilidad climática de sus modelos cambió cuando se actualizaron, "dijo Gerald Meehl, científico principal del Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR) y autor principal del nuevo estudio. "Nuestro objetivo era buscar los temas que estaban surgiendo, especialmente con los modelos de alta sensibilidad. Lo que surgió una y otra vez es que la retroalimentación de la nube en general, y la interacción entre nubes y partículas diminutas llamadas aerosoles en particular, parece estar contribuyendo a una mayor sensibilidad ".

La investigación fue financiada en parte por la National Science Foundation, que es el patrocinador de NCAR. Otros partidarios incluyen el Departamento de Energía de EE. UU., la Sociedad Helmholtz, y Deutsches Klima Rechen Zentrum (centro de computación climática de Alemania).

Evaluación de la sensibilidad del modelo

Los investigadores han evaluado tradicionalmente la sensibilidad del modelo climático utilizando dos métricas diferentes. El primero, que ha estado en uso desde finales de la década de 1970, se llama sensibilidad climática de equilibrio (ECS). Mide el aumento de temperatura después de que el dióxido de carbono atmosférico se duplica instantáneamente desde los niveles preindustriales y se permite que el modelo funcione hasta que el clima se estabilice.

A lo largo de las décadas el rango de valores de ECS se ha mantenido notablemente constante, alrededor de 1,5 a 4,5 grados Celsius (2,7 a 8,1 grados Fahrenheit), incluso cuando los modelos se han vuelto significativamente más complejos. Por ejemplo, los modelos incluidos en la fase anterior del CMIP la última década, conocido como CMIP5, tenía valores de ECS que iban de 2,1 a 4,7 C (3,6 a 8,5 F).

Los modelos CMIP6, sin embargo, tienen un rango de 1.8 a 5.6 C (3.2 a 10 F), ampliando la propagación de CMIP5 tanto en el extremo bajo como en el alto. El modelo del sistema comunitario de la tierra basado en NCAR, la versión 2 (CESM2) es uno de los modelos de mayor sensibilidad, con un valor ECS de 5,2 C.

Los desarrolladores de modelos han estado ocupados seleccionando sus modelos durante el último año para comprender por qué ha cambiado ECS. Para muchos grupos, las respuestas parecen reducirse a nubes y aerosoles. Los procesos en la nube se desarrollan en escalas muy finas, lo que los ha hecho difíciles de simular con precisión en modelos a escala global en el pasado. En CMIP6, sin embargo, muchos grupos de modelado agregaron representaciones más complejas de estos procesos.

Las nuevas capacidades de la nube en algunos modelos han producido mejores simulaciones de ciertas formas. Las nubes en CESM2, por ejemplo, parece más realista en comparación con las observaciones. Pero las nubes tienen una relación complicada con el calentamiento climático:ciertos tipos de nubes en algunos lugares reflejan más luz solar, enfriar la superficie, mientras que otros pueden tener el efecto contrario, atrapando el calor.

Aerosoles, que pueden ser emitidos naturalmente por volcanes y otras fuentes, así como por la actividad humana, también reflejan la luz solar y tienen un efecto refrescante. Pero también interactúan con las nubes, cambiando su formación y brillo y, por lo tanto, su capacidad para calentar o enfriar la superficie.

Muchos grupos de modelado han determinado que agregar esta nueva complejidad a la última versión de sus modelos está teniendo un impacto en ECS. Meehl dijo que esto no es sorprendente.

"Cuando pones más detalles en los modelos, hay más grados de libertad y más posibles resultados diferentes, ", dijo." Los modelos del sistema terrestre de hoy son bastante complejos, con muchos componentes que interactúan de formas que a veces son inesperadas. Cuando ejecuta estos modelos, obtendrá comportamientos que no vería en modelos más simplificados ".

Una cantidad inconmensurable

ECS está destinado a decirles a los científicos algo sobre cómo responderá la Tierra al aumento de dióxido de carbono atmosférico. El resultado, sin embargo, no se puede comparar con el mundo real.

"ECS es una cantidad inconmensurable, ", Dijo Meehl." Es una métrica rudimentaria, creado cuando los modelos eran mucho más simples. Sigue siendo útil pero no es la única forma de entender cuánto afectará el clima el aumento de los gases de efecto invernadero ".

Una razón por la que los científicos continúan usando ECS es porque les permite comparar los modelos actuales con los primeros modelos climáticos. Pero los investigadores han desarrollado otras métricas para observar la sensibilidad climática en el camino, incluyendo la respuesta climática transitoria (TCR) de un modelo. Para medir eso, los modeladores aumentan el dióxido de carbono en un 1% al año, compuesto, hasta que se duplique el dióxido de carbono. Si bien esta medida también está idealizada, puede dar una visión más realista de la respuesta de temperatura, al menos en el horizonte a más corto plazo de las próximas décadas.

En el nuevo periódico Meehl y sus colegas también compararon cómo el TCR ha cambiado con el tiempo desde su primer uso en la década de 1990. Los modelos CMIP5 tenían un rango de TCR de 1,1 a 2,5 C, mientras que la gama de los modelos CMIP6 solo aumentó ligeramente, de 1,3 a 3,0 C. En general, el cambio en el calentamiento promedio de TCR fue casi imperceptible, de 1.8 a 2.0 C (3.2 a 3.6 F).

El cambio en el rango de TCR es más modesto que con ECS, lo que podría significar que los modelos CMIP6 pueden no funcionar de manera diferente a los modelos CMIP5 al simular la temperatura durante las próximas décadas.

Pero incluso con la gama más amplia de ECS, el valor medio de esa métrica "no aumentó mucho, Meehl dijo:solo subiendo de 3,2 a 3,7 C.

"La gama alta es más alta, pero la gama baja es más baja, por lo que los valores promedio no han cambiado demasiado " él dijo.

Meehl también señaló que la mayor variedad de ECS podría tener un efecto positivo en la ciencia al impulsar más investigaciones sobre los procesos de la nube y las interacciones entre la nube y el aerosol. incluidas campañas de campo para recopilar mejores observaciones de cómo se desarrollan estas interacciones en el mundo real.

"Las interacciones nube-aerosol están a la vanguardia de nuestra comprensión de cómo funciona el sistema climático, y es un desafío modelar lo que no entendemos, ", Dijo Meehl." Estos modeladores están ampliando los límites del entendimiento humano, y tengo la esperanza de que esta incertidumbre motive la nueva ciencia ".