Este año se rompieron récords de altas temperaturas en gran parte de Europa, ya que los cultivos se marchitaron en los campos debido a la sequía generalizada. ¿Es esto un presagio de lo que vendrá a medida que el clima de la Tierra se calienta constantemente?

Elfatih Eltahir, profesor de ingeniería civil y ambiental del MIT y profesor de hidrología y clima de H. M. King Bhumibol, y exestudiante de doctorado Alexandre Tuel Ph.D. '20 publicó recientemente un artículo en el Boletín de los Científicos Atómicos describiendo cómo su investigación ayuda a explicar este clima europeo anómalo. Los hallazgos se basan en parte en los análisis descritos en su libro "El clima futuro del Mediterráneo y Europa", publicado a principios de este año. MIT News pidió a los dos autores que describieran la dinámica detrás de estos eventos climáticos extremos.

P:¿Se anticipó la ola de calor europea de este verano según los modelos climáticos existentes?

Eltahir:Los modelos climáticos proyectan veranos cada vez más secos en Europa. Esto es especialmente cierto para la segunda mitad del siglo XXI y para el sur de Europa. La sequedad extrema a menudo se asocia con condiciones cálidas y olas de calor, ya que cualquier reducción en la evaporación calienta el suelo y el aire sobre él. En general, los modelos coinciden en hacer este tipo de proyecciones sobre los veranos europeos. Sin embargo, la comprensión de los mecanismos físicos responsables de estas proyecciones es un área activa de investigación.

Los mismos modelos que proyectan veranos secos sobre el sur de Europa también proyectan inviernos secos sobre el vecino Mar Mediterráneo. De hecho, el mar Mediterráneo se destaca como una de las regiones más afectadas, un "punto caliente" literal, por las sequías invernales provocadas por el cambio climático. Una vez más, hasta hace poco, no se entendía la asociación entre las proyecciones de verano seco sobre Europa e inviernos secos sobre el Mediterráneo.

En una reciente investigación de doctorado del MIT, realizada en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, se desarrolló una hipótesis para explicar por qué el Mediterráneo destaca como un punto caliente para las sequías invernales bajo el cambio climático. Además, la misma teoría ofrece una comprensión mecanicista que conecta las proyecciones de veranos secos sobre el sur de Europa e inviernos secos sobre el Mediterráneo.

Lo emocionante del clima observado en Europa el verano pasado es el hecho de que la sequía observada comenzó y se desarrolló con patrones espaciales y temporales que son consistentes con nuestra teoría propuesta y, en particular, la conexión con las condiciones secas observadas en el Mediterráneo durante el período anterior. invierno.

P:¿Qué tiene el área alrededor de la cuenca del Mediterráneo que produce extremos climáticos tan inusuales?

Eltahir:Múltiples factores se unen para provocar olas de calor extremo como la que ha vivido Europa este verano, así como anteriormente, en 2003, 2015, 2018, 2019 y 2020. Entre estos, sin embargo, las influencias mutuas entre la dinámica atmosférica y las condiciones de la superficie, conocidas como retroalimentaciones tierra-atmósfera, parecen desempeñar un papel muy importante.

En el clima actual, el sur de Europa se encuentra en la zona de transición entre los subtrópicos secos (el desierto del Sahara en el norte de África) y las latitudes medias relativamente húmedas (con un clima similar al del noroeste del Pacífico). Las altas temperaturas de verano tienden a hacer que la precipitación que cae al suelo se evapore rápidamente y, como consecuencia, la humedad del suelo durante el verano depende mucho de la precipitación de primavera.

Una primavera seca en Europa (como la de 2022) provoca suelos secos a finales de primavera y principios de verano. Esta falta de agua superficial limita a su vez la evaporación superficial durante el verano. De ello se deducen dos consecuencias importantes:primero, la energía radiante entrante del sol se destina preferentemente a aumentar la temperatura del aire en lugar de evaporar el agua; y segundo, disminuye la entrada de agua en las capas de aire cercanas a la superficie, lo que hace que el aire sea más seco y que las precipitaciones sean menos probables. Combinadas, estas dos influencias aumentan la probabilidad de olas de calor y sequías.

Tuel:A través de las retroalimentaciones tierra-atmósfera, las primaveras secas brindan un entorno favorable para veranos cálidos y secos persistentes, pero, por supuesto, no son suficientes para causar directamente olas de calor. Se requiere una chispa para encender el combustible. En Europa y en otros lugares, esta chispa la proporciona la dinámica atmosférica a gran escala. Si un anticiclón se asienta sobre un área con suelos muy secos, la temperatura de la superficie puede dispararse rápidamente a medida que entran en juego las retroalimentaciones tierra-atmósfera, lo que se convierte en una ola de calor que puede persistir durante semanas.

La sensibilidad a las precipitaciones primaverales hace que el sur de Europa y el Mediterráneo sean particularmente propensos a las persistentes olas de calor del verano. Esto jugará un papel cada vez más importante en el futuro, ya que se espera que las precipitaciones de primavera disminuyan, lo que hace que los veranos abrasadores sean aún más probables en este rincón del mundo. La disminución de las precipitaciones de primavera, que se origina como un invierno anómalamente seco en el Mediterráneo, es muy sólida en todas las proyecciones climáticas. El sur de Europa y el Mediterráneo realmente se destacan de la mayoría de las otras áreas terrestres, donde las precipitaciones aumentarán en promedio con el calentamiento global.

En nuestro trabajo, mostramos que este declive del invierno mediterráneo fue impulsado por dos factores independientes:por un lado, las tendencias en la circulación a gran escala, en particular, las ondas atmosféricas estacionarias, y por otro lado, el calentamiento reducido del mar Mediterráneo en relación con los continentes circundantes, una característica bien conocida del calentamiento global. Ambos factores provocan un aumento de la presión del aire en la superficie y una reducción de las precipitaciones sobre el Mediterráneo y el sur de Europa.

P:¿Qué podemos esperar en las próximas décadas en cuanto a la frecuencia y la gravedad de este tipo de sequías, inundaciones y otros fenómenos meteorológicos extremos en Europa?

Tuel:Los modelos climáticos han demostrado durante mucho tiempo que la frecuencia y la intensidad de las olas de calor aumentarán a medida que el clima global se caliente, y Europa no es una excepción. La razón es simple:a medida que aumenta la temperatura global, la distribución de la temperatura cambia hacia valores más altos y las olas de calor se vuelven más intensas y frecuentes. Sin embargo, el sur de Europa y el Mediterráneo se verán particularmente afectados. La razón de esto está relacionada con las retroalimentaciones tierra-atmósfera que acabamos de discutir. Las precipitaciones de invierno sobre el Mediterráneo y las precipitaciones de primavera sobre el sur de Europa disminuirán significativamente, lo que conducirá a una disminución de la humedad del suelo a principios de verano en el sur de Europa y aumentará aún más las temperaturas medias de verano; la región se convertirá en un verdadero punto caliente del cambio climático.

En ese sentido, 2022 realmente puede ser una muestra del futuro. Sin embargo, la sucesión de olas de calor recientes en Europa sugiere que las cosas pueden ir más rápido de lo que implican las proyecciones del modelo climático. La variabilidad decenal o las tendencias mal entendidas en la dinámica atmosférica a gran escala pueden desempeñar un papel aquí, aunque eso todavía se debate. Otra posibilidad es que los modelos climáticos tiendan a subestimar la magnitud de las retroalimentaciones tierra-atmósfera y minimicen la influencia de las anomalías de la humedad del suelo seco en el clima de verano.

Las tendencias potenciales en las inundaciones son más difíciles de evaluar porque las inundaciones son el resultado de una multiplicidad de factores, como las precipitaciones extremas, los niveles de humedad del suelo o la cobertura del suelo. En general, se espera que las precipitaciones extremas aumenten en la mayoría de las regiones, pero persisten incertidumbres muy altas, en particular porque las precipitaciones extremas dependen en gran medida de la dinámica atmosférica sobre la que los modelos no siempre concuerdan.

Lo que es casi seguro es que con el calentamiento aumenta el contenido de agua de la atmósfera (siguiendo una ley de la termodinámica conocida como relación Clausius-Clapeyron). Por lo tanto, si la dinámica es favorable a la precipitación, una gran cantidad de ella puede caer en un clima más cálido. Las inundaciones del año pasado en Alemania, por ejemplo, fueron provocadas por fuertes lluvias sin precedentes que el cambio climático hizo más probable.