El cambio climático representa uno de los mayores desafíos del siglo XXI, con impactos significativos en los sistemas climáticos a nivel global. Este análisis se centra en la variabilidad climática natural y los mecanismos impulsores en el contexto del cambio climático, con especial atención a la Oscilación del Atlántico Norte (NAO),
Se ha utilizado un Modelo Climático Global de la
Atmósfera Media del GISS y ocho experimentos diferentes de cambio climático,
muchos de ellos centrados en los forzamientos climáticos estratosféricos, para
evaluar la influencia relativa del cambio climático troposférico y
estratosférico en los índices de circulación extratropical (Oscilación Ártica,AO).
y Oscilación del Atlántico Norte, NAO). Los
experimentos se ejecutan de dos maneras: con temperaturas de la superficie del
mar (SST) variables para permitir una respuesta climática troposférica
completa, y con SST fijas para minimizar el cambio troposférico.
Oscilación del Atlántico Norte (NAO)
La NAO describe las fluctuaciones en la diferencia de
presión atmosférica entre la baja presión de Islandia y la alta de las Azores.
Su fase positiva está asociada con inviernos cálidos y húmedos en Europa y
fríos en el noreste de América del Norte, mientras que su fase negativa tiene
el efecto contrario. La influencia de la NAO es significativa en la península
Ibérica, afectando tanto las temperaturas como las precipitaciones.
Los resultados muestran que los experimentos con calentamiento troposférico o enfriamiento
estratosférico producen índices AO/NAO
más positivos. Los experimentos con enfriamiento troposférico o calentamiento
estratosférico producen una respuesta AO/NAO negativa.
Fig 1. Esquema de los modos de “funcionamiento” de las fases positiva y negativa de la Oscilación del Atlántico Norte NAO) y de la Oscilación Ártica (AO). En un mundo futuro podemos esperar fundamentalmente el modo positivo.
Para
entender cómo los cambios en el clima afectan las corrientes de aire en la
atmósfera, los científicos han estudiado tanto la troposfera (la capa más baja
de la atmósfera donde ocurren los fenómenos meteorológicos) como la
estratosfera (la capa superior justo encima de la troposfera).
1.
Respuesta
dominada por la troposfera:
Los estudios muestran que los cambios en la troposfera (como el calentamiento o
enfriamiento) tienen un mayor impacto en las corrientes de aire que los cambios
en la estratosfera. En otras palabras, lo que ocurre en la troposfera es más
influyente para estas corrientes.
2.
Fase
similar de cambios:
Los efectos son más pronunciados cuando tanto la troposfera como la estratosfera
están experimentando cambios en la misma dirección (ambas calentándose o ambas
enfriándose, por ejemplo). Cuando esto sucede, el impacto en las corrientes de
aire es mayor.
En
la troposfera, también es importante cómo cambian las ondas de Rossby (grandes
ondas de la corriente de chorro que afectan el clima en todo el planeta) debido
al cambio climático. Estas ondas pueden alterar significativamente las
corrientes de aire.
En
resumen, los cambios en la troposfera son más influyentes para las corrientes
de aire que los cambios en la estratosfera, y el impacto es mayor cuando ambos
tipos de cambios están alineados. Estos cambios afectan las corrientes de aire
principalmente al modificar cómo se mueven las ondas de energía y el momento
angular en la atmósfera.
El forzamiento estratosférico tiene un mayor impacto
en la NAO que en la AO, y los cambios en el transporte de momento angular
asociados alcanzan su punto máximo en la troposfera superior. Los cambios
climáticos troposféricos influyen tanto en la AO como en la NAO con efectos que
se extienden por toda la troposfera.
Sobre la cuestión de por qué diferentes
modelos pueden obtener diferentes respuestas de la AO/NAO en experimentos de
cambio climático. Los resultados sugieren que para cambios climáticos
sustanciales, es probable que las diferencias se encuentren en los patrones de
cambio climático troposférico, en lugar de la estratosfera. Se evaluaron los
diversos forzamientos troposféricos a través de una variedad de experimentos.
Primero se utilizaron experimentos de paleoclima extremo (Edad de Hielo,
Paleoceno) que presentan grandes variaciones en el gradiente de temperatura
latitudinal a nivel bajo; los resultados muestran que, bajo estas
circunstancias, los cambios en el transporte de calor sensible por turbulencia,
y el forzamiento local en latitudes altas, dominan la respuesta de la AO.
Luego se probó el efecto de cambios más modestos en el
gradiente de temperatura de la SST en el clima actual, y se encontró un
resultado similar con una configuración de modelo que no transporta fácilmente
los cambios de temperatura a nivel bajo hacia la troposfera superior.
Finalmente se hizo un reanálisis de los
resultados de diferentes experimentos con niveles de CO2 duplicado
con el modelo GISS y se encontró que pueden entenderse evaluando:
(1) la magnitud del calentamiento de la SST
tropical;.
(2) las traducciones de ese calentamiento a
la troposfera superior.
(3) el cambio en el gradiente de temperatura
de baja altitud en latitudes extratropicales.
(4) el
cambio en la respuesta de la SST/hielo marino en altas latitudes.
Impacto del Cambio Climático en la
NAO
Experimentos climáticos han mostrado que tanto los
forzamientos troposféricos como los estratosféricos contribuyen a los cambios
en la NAO. La respuesta de la NAO es más sensible a los forzamientos
estratosféricos, mientras que la AO (Oscilación Ártica) responde más
fuertemente a los forzamientos climáticos troposféricos. En experimentos de
calentamiento global, las fases AO y NAO tienden a ser positivas. Los cambios
en la temperatura troposférica, especialmente los gradientes de temperatura en
las altitudes bajas y las respuestas locales en altas latitudes, juegan un
papel crucial en determinar la fase de la NAO.
Se han utilizado 8 experimentos diferentes de cambio
climático, cada uno realizado tanto con SSTs variables para permitir una
respuesta climática troposférica completa, como con SSTs especificadas (sin
cambios) para enfocar la principal forzante en la estratósfera. Los principales
resultados del estudio son los
siguientes:
1. Tanto las forzantes troposféricas como las
estratosféricas contribuyen al cambio del AO/NAO.
2. El AO responde más fuertemente a la forzante
climática troposférica, y el NAO es más sensible que el AO a la forzante
estratosférica.
3. En los experimentos de calentamiento global, el
cambio de fase del AO y NAO es positivo
4. Cuando la estratósfera inferior se enfría en
latitudes altas, los índices cambian a positivo, y se vuelven negativos cuando
se calienta.
5. Si las forzantes troposféricas y estratosféricas
tienden a producir tendencias opuestas, dado la magnitud usual de los cambios
climáticos, la respuesta troposférica domina.
6. Los cambios en los índices AO/NAO están
estrechamente relacionados con cambios en los transportes de vórtices de
momento angular, alcanzando su pico en la troposfera superior debido a la
forzante estratosférica, pero a lo largo de toda la troposfera cuando ocurren
cambios climáticos troposféricos.
7. Los cambios climáticos afectan tanto la generación
de energía de vórtices como la refracción de ondas de Rossby; ambos influyen en
el transporte de momento angular de los vórtices.
8. Los resultados del modelo están generalmente en
acuerdo con las observaciones para escalas de tiempo climáticas e interanuales,
y con la mayoría, pero no todos, de las simulaciones de otros modelos.
Como se enfatiza en este último punto, aunque estos
experimentos fueron específicamente diseñados para discutir las forzantes del
"clima", la SST también es
relevante para la escala de tiempo interanual en la cual la SST no ha tenido
tiempo suficiente para ajustarse a las perturbaciones radiativas. La forzante
estratosférica puede ocurrir desde niveles más altos, actuando hacia abajo
mediante la interacción onda-flujo.
No todos los modelos producen las respuestas AO/NAO
observadas aquí en los experimentos de calentamiento/enfriamiento global. Dada
la probable dominancia del cambio climático troposférico sobre la forzante
estratosférica mostrada en estos experimentos, podemos esperar que al menos
parte de la diferencia esté relacionada con los detalles específicos de los
cambios climáticos generados en los modelos individuales.
Centrándonos en el cambio climático
La segunda parte del estudio se centra en los
aspectos del cambio climático troposférico que afectaría los índices AO/NAO. Se
trata de dilucidar posibles mecanismos para explicar por qué diferentes modelos
obtienen diferentes respuestas del AO o NAO ante un clima en calentamiento. Los
principales resultados son los siguientes:
1. El
AO/NAO es influenciado por los cambios en las SST tropicales si sus efectos se
extienden a niveles altos en la troposfera, en cuyo punto influyen en la generación
de ondas de Rossby.
2. El AO/NAO también es influenciado por los
cambios en la temperatura de la superficie en latitudes altas que afectan la
estabilidad atmosférica y el campo de presión.
3. Los cambios de temperatura en latitudes altas
también pueden alterar el gradiente de temperatura latitudinal a niveles bajos
en las regiones extratropicales, lo que luego afecta los transportes de calor
sensible de los vórtices y la forzante total de los vórtices sobre la
circulación media zonal.
4. Este último efecto puede dominar los cambios en la
propagación de ondas y el transporte de momento de los vórtices, especialmente
si las temperaturas en la parte superior de la troposfera tropical no son
altas.
5. La configuración que produce los mayores cambios en
el NAO involucraría el calentamiento del Pacífico tropical extendiéndose a
grandes altitudes; calentamiento en latitudes altas en el Atlántico Norte; y
enfriamiento en la estratósfera inferior polar.
6. Para determinar qué sucederá con el AO/NAO en el
futuro y entender las diferencias entre modelos, es necesario saber cómo
cambiará la SST en latitudes altas y bajas y si el calentamiento será
transportado y amplificado en la troposfera superior.
Impacto en el Clima Europeo e
Ibérico
Las fases positivas están asociadas con temperaturas
invernales más altas en Europa, mientras que las fases negativas están asociadas
con temperaturas invernales más bajas. En la península Ibérica, esto se traduce
en inviernos más suaves y húmedos durante la fase positiva, y más fríos y secos
durante la fase negativa.
Conclusiones
La variabilidad climática natural en el Atlántico
Norte, impulsada por la NAO, y la AO, tiene un impacto significativo en el
clima de la península Ibérica. Estos modos de variabilidad están
interconectados y se ven influenciados tanto por factores troposféricos como
estratosféricos. La comprensión de estos mecanismos es crucial para prever cómo
el cambio climático actual y futuro afectará a esta región.
La
NAO positiva se caracteriza por un flujo de aire más fuerte y constante desde
el oeste sobre el Atlántico Norte.
Efectos
en la península Ibérica:
1.
Inviernos
más cálidos y secos:
Durante una fase positiva de la NAO, la península Ibérica esto generalmente
implica un clima más seco, especialmente en el oeste y el sur, ya que las
tormentas atlánticas y los frentes fríos tienden a pasar más al norte.
2.
Menos
olas de frío: La
circulación de aire del oeste reduce la probabilidad de olas de frío que suelen
venir del norte y noreste.
La
AO positiva implica una fuerte circulación polar que mantiene el aire frío
confinado en las regiones polares, lo que afecta indirectamente a las latitudes
más bajas, incluida la península Ibérica.
Efectos
en la península Ibérica:
1.
Temperaturas
invernales más altas:
Al igual que con la NAO positiva, una AO positiva normalmente conduce a
inviernos más cálidos, ya que el aire frío queda atrapado en el Ártico y no se
desplaza hacia el sur.
2.
Condiciones
más estables: La
AO positiva tiende a estabilizar la atmósfera en las latitudes medias, lo que
puede resultar en menos variabilidad extrema en el clima invernal.
Otros
Factores a Considerar
·
Sequías
en verano:
Aunque los inviernos pueden ser más húmedos, los veranos durante las fases
positivas de la NAO y AO no necesariamente seguirán el mismo patrón. De hecho,
una NAO positiva puede estar asociada con veranos más secos en la península
Ibérica.
·
Eventos
climáticos extremos:
La estabilidad atmosférica durante una AO positiva podría reducir la frecuencia
de tormentas severas en invierno, pero también podría aumentar la duración y
severidad de las olas de calor en verano.
·
Agricultura
y recursos hídricos:
Los cambios en las precipitaciones y temperaturas afectan significativamente la
agricultura y los recursos hídricos. Más lluvias invernales pueden beneficiar
los reservorios de agua, pero sequías veraniegas podrían estresar los cultivos
y la disponibilidad de agua.
En
resumen, con valores positivos de la NAO y AO, la península Ibérica puede
esperar inviernos más cálidos y húmedos, menos eventos de frío extremo, y una
posible reducción en la frecuencia de eventos climáticos severos invernales.
Sin embargo, esto no excluye la posibilidad de veranos más secos y cálidos, lo
que plantea desafíos adicionales para la gestión del agua y la agricultura.
Como reflexión final, me pregunto si estos forzamientos serán los responsables de que en la península ibérica el calentamiento observado sea superior al global, pues en cierto modo el forzamiento del cambio climático lleva a la AO/NAO a una fase positiva que refuerza aún más los patrones de calentamiento.
Referencias: AO/NAO response to climate change:
1. Respective influences of stratospheric and tropospheric climate changes
2. Relative importance of low- and high-latitude temperature changes
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