El calentamiento global causado por el aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero ya está afectando nuestras vidas. Veranos abrasadores, olas de calor más intensas, períodos de sequía más prolongados, inundaciones más prolongadas e incendios forestales más salvajes son consecuencias relacionadas con este calentamiento.
Una consecuencia menos obvia del calentamiento global también está recibiendo cada vez más atención por parte de los científicos:un aumento potencial en la intensidad y frecuencia de las olas de frío invernal en el hemisferio norte.
Fenómenos meteorológicos como la Bestia del Este en el invierno de 2018, la ola de frío del aire ártico que llegó hasta Texas en febrero de 2021 o la tormenta que dejó a Madrid y Atenas inusualmente cubiertas de nieve durante días a principios de 2021 son cada vez más comunes .
Algunos de los mecanismos que conducen a su aparición se ven reforzados por el calentamiento global. Los mecanismos climáticos clave, como los intercambios de energía y masas de aire entre diferentes rangos de altitud en la atmósfera, están evolucionando de manera que se espera que causen un aumento tanto en la intensidad como en la duración de las olas de frío. Estos se vinculan con el comportamiento de una región de la alta atmósfera llamada estratosfera.
Las olas de frío invernal tienen importantes impactos sociales, desde efectos directos en la salud y la pérdida de vidas, hasta efectos en el transporte y la infraestructura, aumentos repentinos de la demanda de energía y daños a los recursos agrícolas.
Este invierno hemos visto estos efectos en gran parte de Europa y Estados Unidos, con cancelaciones de vuelos, cierres de aeropuertos, colas en las carreteras y conductores atrapados en temperaturas extremadamente frías. También ha habido fuertes aumentos en la demanda de energía para hacer frente a la calefacción interior, un aumento de los ingresos hospitalarios relacionados con el frío y la activación de servicios necesarios para ayudar a los más vulnerables.
Necesitamos desarrollar herramientas de pronóstico que puedan predecir estos eventos con mayor antelación.
Algunas de estas olas de frío están relacionadas con perturbaciones en un fenómeno atmosférico estacional llamado vórtice polar estratosférico (SPV).
En el hemisferio norte, este vórtice está formado por masas de aire frío centradas sobre el polo norte, rodeadas por un chorro de vientos muy fuertes del oeste entre 15 y 50 km sobre el suelo. Estos vientos giratorios actúan como un muro y mantienen el aire frío confinado en la región ártica, impidiéndole viajar a latitudes más bajas.
Algo que puede alterar el vórtice es un calentamiento estratosférico repentino (SSW), cuando la estratosfera experimenta un aumento abrupto de temperatura debido a la energía y el impulso que se transfieren de altitudes más bajas a más altas.
Cuando se produce un SSW importante, la pared de fuertes vientos alrededor de la estratosfera polar puede romperse, permitiendo que el aire frío escape del vórtice polar y viaje hacia altitudes atmosféricas y latitudes más bajas. Cuando ese aire se acerca a la superficie de la Tierra, pueden ocurrir importantes olas de frío.
Incluso cuando las SSW no son lo suficientemente fuertes como para romper el vórtice, pueden debilitarlo. Esto puede hacer que los patrones de circulación del aire polar se desvíen más hacia el sur hacia latitudes más bajas, alcanzando áreas pobladas de América del Norte y Eurasia, en lugar de permanecer más cerca del polo norte. Esas zonas pueden experimentar temperaturas decenas de grados más bajas que la media invernal.
Bajo el cambio climático, la transferencia de energía desde las capas más bajas de la atmósfera terrestre a la capa estratosférica superior está cambiando y parece estar perturbando el vórtice polar en mayor grado. Un estudio ha demostrado que la fuerza y la duración de las SSW en la estratosfera han aumentado en los últimos 40 años. También se espera que este aumento dé como resultado olas de frío invernales más fuertes en la superficie.
Prever con precisión estas olas de frío es crucial para ayudar a la sociedad a prepararse adecuadamente para ellas. El desarrollo de herramientas de pronóstico basadas en computadora que reproduzcan interacciones realistas entre los niveles inferiores de la troposfera y la región estratosférica es un paso esencial hacia este objetivo.
Para simular correctamente el comportamiento de la estratosfera y cómo interactúa con la troposfera, las herramientas de pronóstico deben incluir descripciones realistas de la abundancia y distribución del ozono estratosférico. El ozono influye en la interacción de las masas de aire dentro y fuera del vórtice y, por tanto, también en el transporte de aire más frío de altitudes mayores a menores.
Sin embargo, incluir todos los procesos químicos en los que participa el ozono, con la resolución necesaria para predecir estos fenómenos meteorológicos, es prohibitivo en términos de la potencia informática necesaria. Esto es aún más cierto si queremos predecir eventos con una temporada de antelación.
Mi investigación busca formas de mejorar los modelos de pronóstico para capturar mejor el tipo de comportamiento estratosférico que conduce a estas olas de frío. Para ello, he desarrollado alternativas que pueden simular de forma realista procesos en la estratosfera, incluidos aspectos de la química del ozono, utilizando menos potencia informática.
En un estudio que dirigí, utilizamos estas alternativas para simular las interacciones entre la capa de ozono, la temperatura y la radiación solar en el modelo informático global utilizado para producir algunos de los mejores pronósticos meteorológicos del mundo.
Los experimentos que hicimos con este modelo demostraron que la inclusión de esta representación alternativa realista del ozono estratosférico condujo a mejoras en las simulaciones de la distribución de temperatura en la estratosfera. Esto significa que puede ayudar a proporcionar información útil sobre los desencadenantes de olas de frío como las SSW.
Desarrollar y utilizar estas alternativas en la modelización climática es un hito importante hacia lo que llamamos predicción perfecta:utilizar las mismas herramientas de modelización informática para predecir tanto el tiempo como el clima. Esto permite establecer con mayor precisión vínculos causales entre el cambio climático y los fenómenos meteorológicos extremos.
Una pregunta que muchos quizás se hagan es si este frío extremo podría estar contrarrestando el calentamiento global. Lamentablemente no. Si bien este invierno ha traído días de temperaturas extremadamente frías y fuertes nevadas en el hemisferio norte, el verano actual en el hemisferio sur ha visto algunos de los días más calurosos registrados en áreas pobladas de Australia, con temperaturas de alrededor de 50ºC.
El calentamiento global hace que el clima extremo sea aún más extremo, y los estudios científicos están comenzando a proporcionar pruebas de que esto también se aplica a las olas de frío extremo en invierno. Desarrollar las mejores herramientas de modelización posibles es esencial para predecir la evolución de los fenómenos meteorológicos extremos en los próximos años y poder estar mejor preparados para ellos.
Proporcionado por The Conversation
Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original. 
