Sección
I
Las bases científicas
El cambio climático global: comprender el
problema
Víctor
O. Magaña Rueda*
INTRODUCCIÓN
EL
CLIMA DEPENDE DE un gran número de factores que interactúan
de manera compleja. A diferencia del concepto tradicional de clima,
como el promedio de alguna variable, hoy en día se piensa
en éste como un estado cambiante de la atmósfera,
mediante sus interacciones con el mar y el continente, en diversas
escalas de tiempo y espacio. Cuando un parámetro meteorológico
como la precipitación o la temperatura sale de su valor
medio de muchos años, se habla de una anomalía climática
ocasionada por forzamientos internos, como inestabilidades en
la atmósfera y/o el océano; o por forzamientos externos,
como puede ser algún cambio en la intensidad de la radiación
solar recibida o incluso cambios en las características
del planeta (concentración de gases de efecto invernadero,
cambios en el uso de suelo, etc.) resultado de la actividad humana.
Las formas de variabilidad del clima son muchas y, por tanto,
pronosticarlo a largo plazo no es fácil. Es por ello que
distinguir qué produce cambios en el clima de un año
a otro, o en escalas mayores de tiempo, constituye un reto científico.
Saber qué parte de la variabilidad del clima es predecible
abre la posibilidad de realizar predicciones útiles en
diversas actividades socioeconómicas. Estas predicciones
estacionales, por ejemplo, ya se realizan para regiones altamente
afectadas por el fenómeno El Niño / Oscilación
del Sur (ENOS). En ese caso, la lenta respuesta térmica
del océano constituye una memoria útil para el clima.
Hoy en día se sabe que la humedad en el suelo también
constituye un mecanismo de memoria que puede afectar el clima.
Es por ello que la deforestación o la urbanización
resultan en variabilidad o cambio climático, al afectar
la humedad que puede ser retenida por el suelo.
Aunque entendemos las causas astronómicas de las variaciones
del tiempo y del clima, existen fluctuaciones en escalas de días
a siglos, de gran interés para la sociedad, que estamos
lejos de explicar. En este sentido, sabemos de ciertos factores
que pueden producir cambios en el clima, aunque no de manera precisa.
Tal es el caso del cambio climático del último siglo.
Es por ello que no fue sino hasta 1995 que un grupo de científicos
reunidos en el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático
(PICC) sugirió que: “El balance de las evidencias
sugiere que hay una influencia humana discernible en el clima
global” (ver el capítulo El Panel Intergubernamental
sobre el Cambio Climático, PICC, de M. Ávalos, en
la sección II). El problema de pronunciarse de manera definitiva
respecto al cambio climático radica en que, a diferencia
de los ciclos regulares de las glaciaciones (ver el capítulo
Investigaciones de los glaciares y del hielo de los polos, de
L. Vázquez) o de las estaciones, muchas formas de variabilidad
natural de muy baja frecuencia del sistema climático apenas
comienzan a explicarse y no es fácil diferenciarlas del
cambio climático de origen antropogénico. Las anomalías
del clima experimentadas en el último siglo, o por vivirse
en las próximas décadas podrían incluir alteraciones
en las formas como actualmente experimentamos la variabilidad
interanual o interdecadal del clima. Eventos de El Niño
más frecuentes o intensos, huracanes de mayor magnitud,
ondas cálidas o frías más pronunciadas son
algunas de las formas como la atmósfera podría manifestar
las alteraciones climáticas resultado de la actividad humana.
Los impactos de un clima anómalo o extremo en diversos
sectores de la actividad humana son lo que ha llevado a la sociedad,
incluyendo sus instituciones de gobierno, a interesarse en el
tema del cambio climático. Las agendas de naciones desarrolladas
y en desarrollo incluyen un componente dedicado al análisis
de los potenciales impactos del cambio climático, de la
vulnerabilidad de las regiones a condiciones extremas en el clima,
así como de las potenciales medidas de adaptación
ante tales cambios. Pero, para determinar acciones de respuesta
global, regional o local, se debe primero comprender el problema
del cambio climático, principalmente analizando los alcances
y limitaciones del conocimiento científico que se tiene
hasta ahora sobre el tema.
CAMBIOS
EN EL CLIMA
La
Tierra absorbe radiación solar (radiación de onda
corta), principalmente en la superficie, y la redistribuye por
circulaciones atmosféricas y oceánicas para intentar
compensar los contrastes térmicos, principalmente del ecuador
a los polos. La energía recibida es re-emitida al espacio
(radiación de onda larga) para mantener en el largo plazo,
un balance entre energía recibida y re-emitida. Cualquier
proceso que altere tal balance, ya sea por cambios en la radiación
recibida o re-emitida, o en su distribución en la Tierra,
se reflejará como cambios en el clima (ver el capítulo
¿Qué es el efecto invernadero? de R. Garduño,
en esta sección). A tales cambios en la disponibilidad
de energía radiativa se les conoce como forzamientos radiativos.
Cuando éstos son positivos tienden a calentar la superficie
de la Tierra. Un enfriamiento se producirá si el forzamiento
radiativo es negativo.
Los aumentos en la concentración de los llamados gases
de efecto invernadero reducen la eficiencia con la cual la Tierra
re-emite la energía recibida al espacio. Parte de la radiación
saliente de onda larga emitida por la Tierra al espacio es re-emitida
a la superficie por la presencia de esos gases. Así, la
temperatura de superficie se elevará para emitir más
energía, y aunque parte de ella quede “atrapada”,
suficiente energía saldrá al espacio para alcanzar
el balance radiativo que mantiene relativamente estable el clima.
Es claro, si las concentraciones de gases de efecto invernadero
continúan aumentando, la temperatura de superficie del
planeta mantendrá una tendencia positiva. Aun si las emisiones
de estos gases se estabilizan, los efectos del calentamiento perdurarán
mucho tiempo, pues los gases de este tipo tienden a permanecer
por muchos años en la atmósfera (ver el capítulo
Los gases regulados por la Convención Marco de las Naciones
Unidas sobre el Cambio Climático, de D. H. Cuatecontzi
y Jorge Gasca, en esta sección).
Por otro lado, los aerosoles de origen antropogénico emitidos
a la troposfera, como aquellos producidos por las industrias o
por la quema de bosques, pueden reflejar radiación solar,
constituyéndose en un forzante radiativo negativo que tiende
a enfriar el sistema climático. Dado que algunos aerosoles
como el hollín de las fábricas, absorben radiación
solar, su presencia puede resultar también en proclive
al calentamiento. Sin embargo, la presencia de los aerosoles puede
alterar la cantidad y reflectividad de las nubes, por lo que en
promedio se estima que su efecto final es el de enfriar el sistema
climático. Los volcanes también pueden aportar grandes
cantidades de material sulfúrico en la estratosfera (ej.
dióxido de sulfuro) que resultan en aerosoles. Su efecto
es el de enfriar la atmósfera baja por periodos de unos
cuantos años.
Cuando se cambia el forzante radiativo, naturalmente o por actividad
humana, el sistema climático responde en varias escalas
de espacio y tiempo. Cambios significativos en el balance radiativo
de la Tierra, incluyendo aquellos debidos al aumento en la concentración
de gases de efecto invernadero, alterarán la circulación
del mar y la atmósfera y, consecuentemente, el ciclo hidrológico,
lo que se manifestará como cambios en la precipitación
y la temperatura en superficie. Las alteraciones en el clima por
efecto de la actividad humana afectarán las variaciones
naturales de éste en un amplio rango de escalas. Así,
la variabilidad natural del sistema climático, como la
asociada al ENOS, podría verse afectada por la influencia
humana. La forma como tales impactos del cambio climático
de origen antropogénico se manifestarán en los procesos
relacionados con la variabilidad natural del clima es aún
materia de estudio.
ESCENARIOS
FUTUROS DEL CLIMA
Desde
mediados del siglo XX, los modelos numéricos para simular
procesos de circulación atmosférica han mejorado
notablemente. La simulación y el pronóstico del
clima han sido objetivos primordiales de los científicos
atmosféricos. A manera de laboratorio, los modelos de circulación
general de la atmósfera se han usado para estudiar la variabilidad
y el cambio climático (ver la sección III, Impactos,
vulnerabilidad y adaptación). En ambos casos, una vez conocido
el forzante del proceso climático por simular, se utiliza
un modelo para comparar la simulación numérica con
el forzante impuesto, con aquella generada por el modelo pero
sin forzantes. Por ejemplo, para analizar los impactos de El Niño
en el clima del planeta, se usa un modelo de circulación
de la atmósfera en el que se impone una anomalía
en la temperatura de superficie del mar en el Pacífico
ecuatorial del este. Las alteraciones (anomalías climáticas)
que dicho forzante produzca se obtienen comparando con aquella
simulación en la que no se impone el forzante. Ésta
ha sido la filosofía seguida en el uso de modelos del clima
para determinar los impactos de los forzantes. Evidentemente,
para que un modelo climático sea considerado útil
para usarse como herramienta de análisis debe poder simular,
al menos aproximadamente, el ciclo anual promedio del clima.
En el estudio del cambio climático se realiza un manejo
de los forzantes radiativos, efectuándose simulaciones
numéricas en donde se aumentan gradualmente las concentraciones
de gases de efecto invernadero. Dependiendo de qué tipo
de aumento en estos gases se proponga, será la respuesta
en el clima que se obtenga. La mayoría de los modelos del
clima sugieren que a mayor concentración de gases de efecto
invernadero, mayor la magnitud de la anomalía climática.
No existe un experimento climático único para analizar
el cambio climático, pues depende de cómo se piense
que serán las emisiones. Una buena descripción de
qué son los modelos de circulación del clima aparece
en el Tercer Reporte de Evaluación (TAR, por sus siglas
en inglés) del Grupo I del PICC. En ella se analizan los
elementos de los modelos que, por su complejidad y también
por su importancia en el clima, requieren consideración
especial. Entre éstos se tiene al vapor de agua, las nubes,
el océano, la estratosfera, la criosfera, los continentes
o el ciclo del carbono. Más adelante se analiza el caso
del vapor de agua.
Para que las predicciones de algún modelo sean consideradas
con cuidado, éstas deben incluir algunas características
observadas hasta ahora del calentamiento global. Idealmente se
esperaría que un modelo describiera que:
1)
La temperatura de superficie ha aumentando y continuará
aumentando, más rápidamente sobre el continente
que sobre los océanos.
2) La troposfera baja también se ha estado calentando,
aunque a un menor ritmo que la superficie.
3) La amplitud del ciclo diurno de la temperatura ha disminuido
al aumentar las temperaturas mínimas por el aumento en
la nubosidad y la precipitación.
4) Los glaciares se han retraído, y la cubierta de hielo
y nieve disminuido.
5) El calor en el océano ha aumentado.
6) Hay más vapor de agua en la atmósfera que resulta
en más precipita- ción, como en el Hemisferio Norte.
7) Algunas partes del Hemisferio Sur no parecen estar calentándose.
8) No hay tendencias en la extensión de la cubierta de
hielo y nieve en la Antártica.
9) Las variaciones observadas en la intensidad y frecuencia de
los ciclones extratropicales no muestran una tendencia significativa.
La
mayoría de los modelos simulan adecuadamente sólo
algunos de los puntos antes mencionados, pero se puede pensar
que las proyecciones que se obtienen de ellos deben tomarse seriamente,
principalmente las variaciones de muy baja frecuencia y las tendencias
del clima pronosticadas (figura 1). Se puede concluir que se dispone
de simulaciones de cambio climático confiables, al menos
en escalas espaciales subcontinentales y a escalas temporales
de una estación a décadas. Sin embargo, aún
es difícil obtener conclusiones sobre el cambio climático
en escalas espaciales regionales o locales. Es por ello que se
han propuesto estrategias para inferir cómo impactará
el cambio climático a un país en particular, tal
es el caso de México (ver la sección III, Impactos,
vulnerabilidad y adaptación). Hay algunas consideraciones
adicionales que se deben hacer antes de concluir cómo afecta
el cambio climático a México y al resto del mundo.
Por ejemplo, de ser mayor el calentamiento en latitudes altas
que en los trópicos, como lo pronostican los modelos y
lo confirman las observaciones, no serían necesarias tantas
o tan intensas ondas de latitudes medias para transportar calor
a latitudes altas. La disminución de la actividad de las
ondas afectaría, entre muchas otras cosas, la actividad
de nortes en invierno. Sin embargo, aún no existen evidencias
observacionales o en los modelos que indiquen que esto esté
sucediendo. De manera similar, el cambio climático pronostica
un aumento en la intensidad y frecuencia de los huracanes. Aunque
en el Pacífico nororiental esto parece suceder, no es el
caso en el Atlántico. Desafortunadamente, no se puede obtener
ninguna conclusión sobre este punto a partir de los modelos,
ya que no son capaces de simular ciclones tropicales, esenciales
para describir el clima mexicano. En pocas palabras, hay procesos
que se espera se modifiquen basados en principios físicos
fundamentales, que, sin embargo, ni los modelos ni las observaciones
aún delatan.
Figura
1. Escenario de los cambios en la temperatura media anual
continental de la década de 2020 en comparación
con el periodo 1961-1990, de acuerdo con el modelo del Hadley
Center.
LA
IMPORTANCIA DEL AGUA EN EL CAMBIO CLIMÁTICO
El
gas de efecto invernadero más importante en la Tierra es
el vapor de agua. Aun cuando los diferentes estados del agua pueden
afectar el clima de diversas maneras, los humanos no pueden, hasta
el momento, controlar su distribución o cambios de fase
en la atmósfera de manera consciente. El vapor de agua
calienta la atmósfera actuando como gas de efecto invernadero,
y en el siglo pasado mostró una tendencia positiva (figura
2). Sin embargo, el hielo y el agua líquida tienden a enfriarla,
pues reflejan radiación solar.
Mediante modelos simples de transferencia de radiación,
como el propuesto por P. J. Webster (1994), se encuentra que los
parámetros clave que determinan la temperatura de superficie
de equilibrio en el planeta son la emisividad (grado al cual la
atmósfera emite radiación infrarroja) y el albedo
de la superficie terrestre (relación entre la radiación
solar recibida y la radiación solar reflejada). La emisividad
depende de la concentración de gases de efecto invernadero
en la atmósfera, y sería cero si no existiera ésta.
En general, la temperatura de superficie tiende a aumentar cuando
aumenta la emisividad (ej. mayor concentración de gases
de efecto invernadero). Sin embargo, la temperatura de superficie
tiende a disminuir con un mayor
Figura
2. Presión de vapor de agua media anual (y tendencia)
promediada en el área de 60N a 60S y 180E a 180W.
albedo (ej. aumento en la cubierta nubosa o en la cubierta de
hielo y nieve). Por lo tanto, para que la temperatura de superficie
permanezca por arriba del punto de congelación, el albedo
debe ser relativamente bajo y la emisividad (en infrarrojo) relativamente
alta. Con valores estimados de emisividad y albedo para la Tierra
se obtiene una temperatura global promedio para la superficie
de aproximadamente 285°K, que es cercana a la observada. Pequeños
cambios en la emisividad o el albedo pueden resultar en cambios
sustanciales en la temperatura de superficie. Éste es el
caso cuando aumenta la concentración de gases de efecto
invernadero y el resultado del calentamiento global observado.
El problema del calentamiento global se torna complicado porque
el albedo y la emisividad están relacionados, ya que ambos
aumentan al aumentar el espesor de las nubes. Como el albedo y
la emisividad tienen efectos opuestos en la temperatura de superficie,
tienden a compensarse. El signo y magnitud de la compensación
resultan clave para entender el problema del calentamiento global,
pues al cambiar el CO2 o el metano, cambia la emisividad y eventualmente
el albedo por los impactos del calentamiento en el ciclo hidrológico.
Al calentarse el planeta se espera un aumento en la evaporación
aumentando el vapor de agua, el cual incrementa la emisividad.
Sin embargo, al formarse más nubes aumenta el albedo. La
respuesta final de la temperatura de superficie al aumento del
CO2 dependerá de la respuesta de la emisividad y el albedo
del sistema. Por ejemplo, si el albedo permaneciera constante
y la emisividad aumentara se produciría un fuerte calentamiento
del sistema. Si, como parece ocurrir en la realidad, el albedo
aumenta pero a una razón menor a la de la emisividad, el
calentamiento es menor. Finalmente, si el albedo aumentara a una
razón mayor a la que aumenta la emisividad, se produciría
un enfriamiento. La mayoría de los modelos del clima usados
para analizar el incremento en los gases de efecto invernadero
pronostican un ligero calentamiento del planeta (caso intermedio).
Debe recordarse, sin embargo, que tal resultado surge de parametrizaciones
muy crudas de las propiedades físicas y radiativas de las
nubes (emisividad) y el albedo del suelo.
En resumen, el aumento en la concentración de vapor de
agua constituye un factor de retroalimentación en el clima
de primordial importancia y, sin embargo, sus variaciones como
resultado de un incremento en la concentración de CO2,
por ejemplo, son difíciles de modelar.
LAS
EVIDENCIAS OBSERVACIONALES
Los
trabajos realizados hasta finales del siglo XX dan cuenta de cambios
en diferentes variables que caracterizan al clima. Hoy en día
no queda duda de que la temperatura global del planeta está
aumentando y de que los regímenes de lluvia están
cambiando. Si bien es cierto que en escalas de tiempo de miles
o millones de años las concentraciones en gases de efecto
invernadero cambiaron considerablemente de manera natural, produciendo
sustanciales variaciones en la temperatura, éstas se produjeron
en muchos millones de años. Incluso los ciclos de las glaciaciones
(salir de periodos glaciales) en el planeta requieren miles de
años. Nunca como ahora, cambios drásticos en el
clima se produjeron en escalas tan cortas de tiempo (décadas).
De mediados del siglo XIX a la fecha, la actividad humana ha resultado
en aumentos globales de la temperatura del orden de 0.6°C
± 0.2°C (IPCC, 2001). Tal conclusión se basa
en estudios que han considerado las limitaciones de los instrumentos
(distribución y precisión) del pasado.
Entre otras cosas, el PICC reporta en el TAR del Grupo I, que
los aumentos en temperatura más importantes se han producido
en las regiones continentales, principalmente en los valores de
las temperaturas mínimas. Hay indicaciones, adicionalmente,
de que el contenido de calor en los océanos ha aumentado.
Las observaciones también indican que los aumentos son
mayores en las latitudes medias, tal y como los modelos numéricos
lo predicen. Este efecto tiene su origen en los cambios de la
cubierta de hielo y nieve (disminución del albedo) registrados
en décadas recientes a esas latitudes.
Uno de los resultados observacionales más interesantes
es el del enfriamiento de la estratosfera baja, como lo indican
los sondeos (figura 3). Tal resultado también concuerda
con lo físicamente esperado al aumentar la concentración
de CO2 en la atmósfera, ya que al aumentar el CO2, la atmósfera
media radía más energía al espacio. Con ello
se fortalece el argumento de que es el efecto de gases como el
CO2 lo que altera el clima del planeta.
Existen otras evidencias físicas que llevan a concluir
que el efecto del CO2 y otros gases de efecto invernadero en la
atmósfera es real. La más clara es el hecho de que
año tras año se hable del año más
caliente del milenio. Los noventa resultaron la década
más calurosa en mucho tiempo. El año 1998 se consideró
él más caliente del siglo, pero, al parecer, el
2001 fue aún más caliente. ¿Hasta dónde
se llegará?
Figura
3. Corte transversal de la diferencia en la temperatura
media zonal en la atmósfera media entre la década
de 1990 y la década de 1960. Intervalo del contorno 0.5C.
Líneas punteadas indican valores negativos.
ALGUNAS CONCLUSIONES
Desde
el punto de vista científico, el problema del cambio climático
resulta fascinante. Existen muchos aspectos que han acaparado
la atención por constituir una amenaza directa a muchas
poblaciones. Así, el aumento en el nivel del mar, el deshielo
de los glaciares o los potenciales impactos en la salud están
en los discursos de muchos países. Sin embargo, existen
muchos aspectos relacionados a la dinámica de una atmósfera
más caliente que requieren un análisis detallado.
Las llamadas “sorpresas” resultado del cambio climático,
podrían estar asociadas con las interacciones no lineales
en la atmósfera o con aspectos de la dinámica que
no han sido analizados en detalle.
Para analizar más profundamente el problema del cambio
climático, en particular para los países en los
trópicos y subtrópicos, como México, será
necesario que se consideren, entre muchas otras cosas:
- Los cambios en los gradientes meridionales de temperatura y
sus impactos en la actividad de ondas de latitudes medias asociadas
con frentes fríos y cálidos.
- Los cambios en la actividad de huracanes y el aumento del riesgo
para los países afectados por estos fenómenos.
- Los cambios en la actividad del ENOS
- El que ciertas regiones del planeta puedan ser más secas
que hoy en día, incluso con las tendencias positivas
en la precipitación (frecuencia e intensidad de sequías)
- Las implicaciones del enfriamiento de la estratosfera.
No
se piense que la dificultad en materia de cambio climático
es una razón para no actuar en contra del problema. Por
el contrario, el que comencemos a analizar los aspectos finos
del fenómeno significa que conocemos las causas del problema
y hemos avanzado lo suficiente en conceptos fundamentales del
cambio climático como para actuar con medidas de mitigación
y de adaptación.
Más sobre la forma como el cambio climático a escala
regional requerirá de estudios con modelos y observaciones,
ya que las manifestaciones del problema involucran procesos de
gran escala y de escala regional e incluso local. Para poder definir
los impactos, la vulnerabilidad y la adaptación se requerirá
del trabajo interdisciplinario. Al tratar de analizar los cambios
del clima a escala regional, los procesos de deforestación
y cambio en el uso de suelo en general requerirán de un
análisis especial. Es probable que muchas de las manifestaciones
del cambio climático en países como México
se asocien a la tala inmoderada de nuestros bosques o el abuso
de nuestro medio ambiente. En este sentido, nuestra responsabilidad
es tan grande como la de aquellos responsables del aumento en
las concentraciones de los gases de efecto invernadero.
BIBLIOGRAFÍA
IPCC
(Intergovernmental Panel on Climate Change). 2001. Climate Change
2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to
the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on
Climate Change. Technical Summary. WMO-UNEP. Cambridge: Cambridge
University Press.
Webster, P. J. 1994. The role of hydrological processes in ocean-atmosphere
interactions. Reviews of Geophysics 32: 422-476.
Notas
* Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM.
