Predictibilidad del clima en la estratosfera

11/11/2017.- Con el fin de predecir con precisión la evolución día a día de los sistemas meteorológicos, se necesita una descripción detallada del estado inicial de la atmósfera. Por lo tanto, se requiere contar con una buena evaluación de las condiciones atmosféricas reales. La predictibilidad de la atmósfera, asociada a su estado inicial, se encuentra, sin embargo, limitada a aproximadamente 10 días.

Más allá de este límite solo se pueden predecir las propiedades estadísticas de las condiciones atmosféricas. De estas, el estado medio de la atmósfera en un cierto período de tiempo y la probabilidad de ocurrencia de fenómenos meteorológicos extremos son quizás las más relevantes para la sociedad.

Esta predictibilidad es posible debido a que el estado de la atmósfera es sensible a otros componentes del sistema climático que varían en escalas de tiempo más lentas que el tiempo atmosférico y que, por lo tanto, condicionan la evolución de la atmósfera hacia un estado preferido. Estos componentes incluyen, por ejemplo, la temperatura de la superficie del mar, la humedad del suelo, la cobertura de nieve y la extensión del hielo marino.

Los sistemas meteorológicos se encuentran y se desarrollan en la troposfera (la capa inferior de la atmósfera). Por encima de esta capa se halla la estratosfera, que, como su nombre indica, es altamente estratificada, estable y seca. No está directamente implicada en el desarrollo diario del tiempo meteorológico.

Sin embargo, las condiciones estratosféricas imponen restricciones sobre la variabilidad del tiempo y del clima, y, por lo tanto, se puede extender la predictibilidad más allá del límite de 10 días, de la misma manera que para la temperatura de la superficie del mar o para la capa de hielo.

El papel que desempeña la estratosfera en el sistema climático global constituye uno de los focos de investigación que coordina el SPARC (Procesos estratosféricos-troposféricos y su función en el clima), un proyecto básico del Programa Mundial de Investigaciones Climáticas (PMIC).

Fundado en 1992, el proyecto SPARC ha coordinado durante más de dos décadas actividades de investigación de alto nivel relacionadas con la comprensión de los procesos del sistema Tierra. SPARC promueve y facilita actividades internacionales de investigación de vanguardia sobre la forma en que los procesos químicos y físicos de la atmósfera interactúan con el clima y el cambio climático y, en particular, lidera la organización de una variedad de proyectos centrados en muchas cuestiones relacionadas con la predictibilidad atmosférica.

Los recientes avances en la investigación sobre el sistema acoplado estratosfera-troposfera inspiraron la redacción de este breve resumen acerca de cómo y cuándo la estratosfera ofrece predictibilidad climática, que debería ser de interés para un público más amplio preocupado por la adaptación y mitigación de los efectos del cambio climático.

La estratosfera y sus efectos sobre la corriente en chorro

En latitudes medias, la estratosfera se encuentra en altitudes de entre 10 y 50 km aproximadamente por encima de la superficie terrestre. En los trópicos, la estratosfera comienza un poco más alto, a una altitud de unos 18 km. La característica dominante de la estratosfera en invierno es un vórtice circumpolar frío rodeado de fuertes vientos del oeste que forman un chorro polar nocturno.

La fuerza de este chorro es variable; a veces se caracteriza por vientos excepcionalmente fuertes, mientras que en otras ocasiones es anormalmente débil. Cuando el chorro polar nocturno se debilita, los vientos del oeste pueden a veces revertirse en forma de vientos del este. Durante estos períodos, el vórtice polar se calienta varias decenas de grados y puede alejarse del polo, llegando incluso a dividirse en trozos más pequeños.

Estos períodos se denominan calentamientos estratosféricos súbitos. Durante el verano, predominan los vientos del este y la temporada es dinámicamente estable, con escasa variabilidad, excepto los lentos cambios estacionales.

Las condiciones anómalas en los patrones de circulación estratosférica pueden afectar a todo el espesor de la atmósfera hasta la superficie terrestre. Las características troposféricas fundamentales que son sensibles a la fuerza del chorro polar nocturno estratosférico son la posición media del chorro troposférico del oeste (la llamada “corriente en chorro” o “jet stream”) y las trayectorias de los temporales que se propagan a lo largo de este chorro.

Cuando el chorro polar nocturno estratosférico es anormalmente débil, las trayectorias de los temporales se desplazan hacia el ecuador. Esto permite las intrusiones de masas de aire árticas y continentales frías en zonas con un clima más templado.

En el hemisferio norte, este tipo de invasiones de aire frío por lo general se produce en el norte de Europa y en el este de Estados Unidos de América. En el caso contrario, cuando el chorro polar nocturno es anormalmente fuerte, las trayectorias de los temporales se mueven hacia los polos y transportan temperaturas suaves y aire húmedo hacia el norte de Eurasia. Una vez que la estratosfera en invierno se desplaza hacia condiciones anómalas, puede tardar varias semanas antes de regresar a la normalidad. Esta persistencia de las anomalías estratosféricas ayuda a mantener la circulación troposférica y el clima de superficie en estados anómalos y, por lo tanto, contribuye a mejorar la predictibilidad.

Por lo tanto, cuando la estratosfera en invierno se encuentra en un estado anómalo, las condiciones climáticas de latitudes medias se hacen más predecibles. En los casos extremos, como los calentamientos estratosféricos súbitos, son posibles predicciones precisas de temperaturas medias y de probabilidad de intrusiones de aire frío para alcances de hasta dos meses. Se pueden hacer predicciones extendidas ya sea mediante sistemas dinámicos inicializados o incluso utilizando métodos estadísticos. Pero, ¿cuál es la causa de estas anomalías estratosféricas?, y, ¿las podemos predecir una estación, o incluso, un año antes?

El principal mecanismo que produce anomalías en la circulación estratosférica es la acción sobre el estado medio de la estratosfera de los grandes remolinos atmosféricos generados por la topografía y por la heterogeneidad térmica en la superficie terrestre.

Estos remolinos pueden propagarse hacia arriba hasta la estratosfera en forma de ondas de escala planetaria solo cuando los vientos estratosféricos son del oeste. Esta es la razón por la que las condiciones estratosféricas son variables durante el invierno, pero no durante el verano, cuando los vientos son del este.

Una amplificación o atenuación de la magnitud de las ondas planetarias climatológicas, que están siempre presentes en la troposfera, conduce respectivamente a un debilitamiento o fortalecimiento del chorro polar nocturno.

Los factores que controlan la generación y propagación de las ondas planetarias son numerosos, lo que hace que la predicción exacta de la evolución de la estratosfera dependa en gran medida de las condiciones iníciales, tal como ocurre en la troposfera.

Por lo tanto, la predictibilidad de las condiciones estratosféricas anómalas está, en la mayoría de los casos, limitada a aproximadamente 10 días, que es lo mismo que para los sistemas meteorológicos. Sin embargo, puede ser posible predecir la probabilidad de ocurrencia de eventos estratosféricos extremos antes del comienzo del invierno.

Prensa INAMEH/ Cortesía Organización Meteorológica Mundial.