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Se espera que los persistentes eventos climáticos extremos en Asia aumenten debido al calentamiento del Ártico

Resumen

Los fenómenos meteorológicos extremos en Asia se han venido produciendo con una frecuencia cada vez mayor a medida que el planeta se calienta como respuesta a las crecientes concentraciones de gases de efecto invernadero. Muchos de esos fenómenos se deben a regímenes meteorológicos que persisten en una región durante días o incluso semanas, lo que da lugar a olas de calor perjudiciales, sequías, inundaciones, nevadas y olas de frío.

Investigamos los cambios en la permanencia de los sistemas atmosféricos a gran escala mediante un enfoque de reconocimiento de modelos basado en las anomalías de altura geopotencial de 500 hPa diarias en el continente asiático. Al rastrear los días consecutivos en que la atmósfera reside en un modelo determinado, identificamos los eventos de larga duración (EDP), definidos como de más de tres días de duración, y medimos su frecuencia de ocurrencia a lo largo del tiempo en cada modelo. Encontramos que los regímenes que presentan anomalías positivas en altura en latitudes altas se producen con mayor frecuencia a medida que el Ártico se calienta más rápidamente que en las latitudes medias, tanto en el pasado reciente como en las proyecciones de modelos para el siglo XXI, suponiendo que las emisiones de gases de efecto invernadero no disminuyan. El mayor predominio de estas pautas corresponde a una mayor probabilidad de que se produzcan EDT, lo que sugiere que las condiciones meteorológicas persistentes se producirán con mayor frecuencia. Al representar los extremos de temperatura y precipitación observados en cada período atmosférico, se obtiene una idea de los tipos de fenómenos meteorológicos perjudiciales que se harán más frecuentes a medida que las tendencias particulares se hagan más comunes.

Introducción

Se ha propuesto una nueva hipótesis que vincula el rápido calentamiento y el deshielo del Ártico observado en los últimos decenios con una mayor probabilidad de que se produzcan fenómenos atmosféricos extremos en las latitudes medias. La idea básica era que el calentamiento desproporcionado del Ártico, debido principalmente a una variedad de retroalimentaciones positivas que implican la desaparición del hielo y la nieve, está reduciendo el gradiente de temperatura norte/sur, que es el principal impulsor de la corriente de chorro polar. Las observaciones indican que cuando los vientos occidentales de la corriente de chorro son más débiles, se favorece una trayectoria de la corriente de chorro más suave, y las grandes olas tienden a progresar hacia el este más lentamente. La dinámica de estas ondas planetarias genera regímenes meteorológicos de todo tipo, por lo que cuando se mueven lentamente, las condiciones meteorológicas persisten y pueden causar fenómenos meteorológicos extremos.

Desde este polémico estudio, se han publicado muchas docenas de artículos que investigan varias partes de esta hipótesis.La gran mayoría de los estudios basados en datos de reanálisis apoyan una asociación entre el calentamiento amplificado del Ártico (AAW) y los cambios en la circulación a gran escala que son coherentes con las ondas planetarias de movimiento más lento, mientras que las investigaciones que utilizan simulaciones de modelos están divididas en cuanto a si existe una conexión robusta. Sin embargo, lo que está muy claro es que sigue habiendo dificultades para identificar la causa y el efecto porque la relación señal-ruido es pequeña, muchos cambios se producen simultáneamente en el sistema climático, los modelos tienden a subestimar la respuesta de la atmósfera, y la física de los modelos fundamentales para la conexión puede ser poco realista o inexistente. Mientras tanto, continúa la controversia sobre el papel del Ártico en el cambio del tiempo de latitud media, ya que algunos estudios nuevos informan de una escasa respuesta atmosférica al AAW, mientras que otros identifican una respuesta firme.

Aquí nos ocupamos de la última parte de la hipótesis, la persistencia cambiante de los patrones climáticos a gran escala, que ha recibido una atención relativamente escasa. Los estudios existentes sobre la evolución del clima tienden a enfocarse en la duración de las temperaturas por encima o por debajo de algún umbral, o en el número de días con o sin precipitaciones. Unos estudios de la persistencia del tiempo tienden a centrarse en la duración de las temperaturas por encima o por debajo de algún umbral, o en el número de días con o sin precipitaciones. Algunos estudios recientes aportan pruebas de la evolución de la persistencia de las condiciones meteorológicas en el hemisferio norte. Por ejemplo, en un estudio se comprobó que las precipitaciones que se producían dos o más días consecutivos en las estaciones meteorológicas del noreste de los Estados Unidos aumentaban en todos los meses de los últimos decenios, en particular a finales de la primavera. También se encontraron tendencias positivas en los períodos de sequía de primavera, lo que implica regímenes de precipitación más variables.Utilizando también mediciones de precipitaciones de grupos de estaciones meteorológicas cercanas (~ 50 km), otro estudio amplió el dominio para abarcar los EE.UU. y encontró que la frecuencia de los períodos húmedos y secos de larga duración (tres o más días consecutivos) ha cambiado, especialmente en las últimas décadas. Las rachas de humedad se han hecho más frecuentes en algunas zonas del este en todas las estaciones, mientras que las regiones centrales y sudorientales han experimentado rachas de sequía más frecuentes.

Otros investigadores estudiaron la persistencia de las anomalías de temperatura utilizando 60 años de datos de estaciones en los continentes del hemisferio norte. Analizaron los cambios en la duración de los días inusualmente cálidos o fríos usando un enfoque de reconocimiento de patrones para identificar áreas que exhiben un comportamiento similar. Sus resultados indican que tanto las anomalías de calor como de frío se habían vuelto más persistentes durante los meses de verano, en particular las olas de calor en Europa, y que era más probable que ocurrieran eventos de larga duración cuando las trayectorias de las tormentas eran débiles debido a gradientes de temperatura más pequeños hacia los polos. Este trabajo se amplió utilizando proyecciones de un modelo climático de sólo la atmósfera. En condiciones de calentamiento global de 2 °C, descubrieron que las anomalías calóricas persistentes (de más de dos semanas) durante el verano aumentaban su frecuencia en un 4%, mientras que los eventos de precipitaciones de larga duración (de más de 7 días) aumentaban en un 26%. La combinación de condiciones cálidas y secas durante el verano se hizo un 20% más probable en el este de América del Norte.

Sin embargo, la evaluación de la persistencia del régimen atmosférico mediante mediciones de las temperaturas cercanas a la superficie es problemática porque en un lugar determinado, la temperatura puede verse afectada por factores distintos del régimen atmosférico en gran escala. Entre esos factores pueden figurar los vientos que soplan desde superficies diferentes (como masas de agua o suelo sin vegetación), los efectos topográficos (vientos en pendiente descendente o ascendente) o el tránsito de zonas de nubes. Este estudio se centró en la persistencia en una región de aproximadamente 1.000 km2 de Europa utilizando direcciones de viento diarias de 500 hPa procedentes de simulaciones de modelos promediadas en la zona.  Si bien encuentran condiciones cada vez más secas y calurosas durante el verano, no encuentran una señal clara de aumento de la persistencia. Sin embargo, la misma dirección media del viento en una región de este tamaño podría ser el resultado de diferentes patrones para alturas de 500 hPa, por lo que la persistencia del patrón general podría ser incompatible con sus resultados.

Las precipitaciones a escala regional son más prometedoras como indicador, ya que las condiciones propicias para las precipitaciones suelen estar dictadas por características de gran escala más que por características locales (excepto en el caso de la convección de masas de aire aisladas). Aún más prometedor es un enfoque basado en regímenes de circulación en gran escala. En esos estudios se empleó un instrumento de clasificación de patrones denominado mapas de autoorganización (SOM) para investigar los cambios en la persistencia de los regímenes meteorológicos en gran escala. Analizaron patrones representativos en anomalías de altura geopotencial de 500 hPa sobre el Atlántico Norte/Europa y el Pacífico oriental/América del Norte para medir la frecuencia de los eventos de larga duración (EDP), definidos como los casos en que la atmósfera se mantiene en un patrón durante cuatro o más días consecutivos.  En ambos estudios se comprobó que los EDP aumentaron (disminuyeron) durante el período comprendido entre 1996 y 2015 en relación con 1976 y 1995 en patrones con anomalías de altura positivas (negativas) en altas latitudes. En Europa, los regímenes con LDEs más (menos) frecuentes se asemejan a las condiciones negativas (positivas) de la Oscilación del Atlántico Norte, que se asocian típicamente con inviernos fríos (cálidos). Estos resultados basados en la persistencia de regímenes de gran escala sugieren que ambos continentes experimentarán eventos climáticos más extremos asociados con condiciones de larga duración.

Para complementar este conjunto de evidencias, nos basamos para ello en la evaluación de la persistencia de la circulación atmosférica a gran escala en el continente asiático durante el pasado, con resultados de reanálisis y simulaciones de modelos históricos, y en el futuro con proyecciones de modelos.  Descubrimos que los patrones que presentan altas latitudes cálidas (frías) generalmente exhibieron un aumento (disminución) de las frecuencias de las LDEs en las últimas décadas, y las simulaciones históricas de los cuatro modelos globales acoplados que analizamos fueron capaces de capturar un comportamiento similar. Las simulaciones para el futuro, asumiendo condiciones normales, proyectan aumentos (disminuciones) sustancialmente mayores en la frecuencia de las LDE para los patrones que presentan condiciones cálidas (frías) en el Ártico.

 

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