Bias-corrected upper-ocean data for impact assessments of global warming and assimilation into climate models
Este estudio presenta un marco novedoso para generar conjuntos de datos mensuales del océano superior con corrección de sesgo que representen escenarios de clima futuro y de no calentamiento, mediante la descomposición de los datos observacionales en componentes de climatología, forzamiento y variabilidad interna, permitiendo así evaluaciones de impacto y simulaciones de modelos climáticos más precisas.
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Para comprender cómo está cambiando nuestro planeta, los científicos suelen recurrir al océano, un vasto y agitado reservorio de calor que impulsa los patrones climáticos y los sistemas meteorológicos en todo el mundo. Cuando los investigadores intentan predecir el futuro, utilizan complejos modelos informáticos que simulan la interacción entre la atmósfera y el océano. Sin embargo, estos modelos no son perfectos; a menudo contienen pequeños errores sistemáticos en la forma en que representan la temperatura y la salinidad de la capa superior del océano. Estos errores pueden crecer con el tiempo, provocando predicciones inexactas sobre todo, desde las trayectorias de las tormentas hasta las precipitaciones. Para solucionar esto, los científicos necesitan una forma de "empujar" estos modelos de vuelta hacia la realidad utilizando observaciones del mundo real, un proceso conocido como asimilación de datos. El desafío ha sido encontrar un conjunto de datos que no solo sea preciso para el presente, sino que también se extienda sin interrupciones hacia el pasado y el futuro, permitiendo a los científicos probar cómo responde el sistema climático a diferentes niveles de calentamiento sin la interferencia de los errores del modelo.
Un equipo de investigadores ha creado ahora un nuevo conjunto de datos de alta calidad diseñado específicamente para resolver este problema. Han construido un registro detallado, mes a mes, de la temperatura, la salinidad y la concentración de hielo marino de la capa superior del océano para tres escenarios climáticos distintos: un pasado sin calentamiento, el día de hoy y diversas trayectorias futuras. El objetivo es proporcionar una base limpia y corregida de sesgos que pueda introducirse directamente en los modelos climáticos para mejorar su precisión. Al eliminar los errores sistemáticos que afectan a las simulaciones informáticas estándar, manteniendo al mismo tiempo los cambios físicos reales impulsados por la actividad humana, estos nuevos datos permiten a los científicos realizar experimentos más fiables. Esto significa que pueden cuantificar mejor exactamente cuánto está alterando nuestro clima el calentamiento causado por el hombre, ofreciendo una imagen más clara de lo que cabe esperar en las décadas venideras.
Los investigadores comenzaron tomando sesenta años de observaciones reales del océano, cubriendo el periodo de 1961 a 2020. Dividieron estos datos en tres partes distintas para comprender qué estaba sucediendo. La primera parte era el estado promedio del océano, las condiciones típicas que se esperarían para cualquier mes dado. La segunda parte representaba los cambios lentos y constantes impulsados por fuerzas externas, como el aumento de los gases de efecto invernadero en la atmósfera. La tercera parte capturó las fluctuaciones naturales y caóticas que ocurren dentro del propio sistema climático, como los patrones irregulares de calentamiento y enfriamiento en el Océano Pacífico. Al separar estos elementos, el equipo pudo aislar la señal real de la influencia humana del ruido de fondo de la variabilidad natural.
Para crear una imagen del mundo sin el calentamiento global reciente, el equipo reconstruyó un clima "sin calentamiento". Tomaron las fluctuaciones naturales de las observaciones reales y las añadieron a un estado climático de base que representaba el periodo anterior a la revolución industrial, aproximadamente entre 1850 y 1899. Esta reconstrucción dio como resultado un conjunto de datos donde la temperatura media de la superficie del mar es unos 0,37 grados Celsius más fría que la de hoy. Esto proporciona un punto de referencia crucial, una versión del mundo moderno que se parece y se siente como el de hoy, pero que carece de la firma específica de calentamiento del último siglo, lo que permite a los científicos comparar ambos directamente.
Para el futuro, el equipo analizó tres escenarios diferentes de cómo podría evolucionar la sociedad humana, que van desde bajas emisiones hasta emisiones muy altas. Utilizaron una gran colección de modelos climáticos avanzados para estimar cómo cambiaría el océano bajo cada uno de estos caminos. Sin embargo, en lugar de simplemente aceptar la salida bruta de estos modelos, que a menudo contienen los mismos errores mencionados anteriormente, los investigadores aplicaron una corrección sofisticada. Extrajeron los patrones comunes de cambio que aparecían en todos los modelos, los cuales representan la verdadera respuesta forzada al calentamiento, y luego aplicaron estos patrones a sus datos observacionales corregidos. Este enfoque garantiza que los conjuntos de datos futuros reflejen la mejor comprensión científica disponible sobre cómo se calentará el océano, evitando al mismo tiempo los errores específicos que podrían cometer los modelos individuales.
Una parte crítica de este trabajo involucró el hielo marino, que se está reduciendo en muchas partes del mundo. En el hemisferio norte, los investigadores utilizaron una relación entre la temperatura del océano y el hielo marino para estimar cómo cambiaría la cubierta de hielo en un mundo sin calentamiento, revirtiendo efectivamente la tendencia de derretimiento. En el hemisferio sur, donde la relación es más compleja y difícil de modelar, dependieron directamente de los datos observados para el escenario sin calentamiento. Para las proyecciones futuras, ajustaron la cobertura de hielo marino para que coincidiera con las predicciones de los modelos climáticos, asegurando que los conjuntos de datos fueran consistentes con la pérdida de hielo esperada en un mundo en calentamiento.
El equipo también prestó especial atención a regiones específicas donde los datos estándar suelen fallar, como el Mar de Japón. Aquí, combinaron diferentes tipos de observaciones de alta resolución para corregir una discrepancia de temperatura conocida de más de un grado, asegurando que el conjunto de datos sea preciso incluso en estas áreas costeras críticas. El producto final es un mapa tridimensional completo de la capa superior del océano, que se extiende hasta los 3.000 metros de profundidad, disponible para cada mes desde la era preindustrial hasta finales del siglo XXI.
Este conjunto de datos ya está disponible para que otros científicos lo utilicen. Al introducir estos datos corregidos en sus propios modelos climáticos, los investigadores pueden ejecutar simulaciones que están mucho más cerca de la realidad. Esto ayudará a comprender mejor los impactos específicos del calentamiento global, tales como los cambios en los eventos climáticos extremos, el aumento del nivel del mar y los cambios en las corrientes oceánicas. El trabajo no solo proporciona una instantánea del pasado o una suposición sobre el futuro; ofrece un puente robusto y continuo entre ambos, permitiendo a la comunidad científica probar sus teorías y refinar sus predicciones con un nivel de confianza que antes era inalcanzable.
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