El año que acaba de concluir fue, desde el punto de vista ambiental, un año que sólo podemos calificar como atípico: a la vez que buena parte de los habitantes de la tierra permanecieron confinados para escapar al contagio de Covid-19 y, además, lo hicieron durante buena parte del año —con el consecuente descenso en su consumo de gasolinas y demás combustibles fósiles, lo cual pudo apreciarse en la mejora de la situación atmosférica de muchas ciudades—, de todas formas el año 2020 se encuentra disputando al 2016 el primer lugar como el año más caluroso jamás registrado… ¿Cómo ha sido eso posible?
El ensayo que, proveniente de la pluma del Dr. Antonio Sarmiento Galán –un investigador del Instituto de Matemáticas de la UNAM, campus Morelos, y uno de los mejores conocedores del fenómeno del Calentamiento Global Antropogénico que existen en nuestro país—, incluimos a continuación, brinda una idea muy convincente de las razones que han hecho del 2020 el año más caluroso jamás registrado.
He decidido presentar el ensayo del Dr. Sarmiento en toda su complejidad y rigor pues considero que el respeto al texto es esencial y, además, que no faltará entre mis lectores un experto a quien le hagan falta sus precisiones.
Me permití, sin embargo, añadir unas cuantas –pocas— notas para que aquellos conceptos demasiado eruditos no impidan al lector no-especializado comprender su sentido general.
¿CÓMO SABEMOS QUE EL CALENTAMIENTO GLOBAL SE ESTÁ ACELERANDO?
Antonio Sarmiento Galán, diciembre 2020.
El récord de temperatura en el 2020, a pesar de la presencia de un fuerte fenómeno La Niña en los meses más recientes, reafirma que la aceleración del calentamiento global es demasiado grande para ser un ruido no forzado —implica un aumento en la tasa de crecimiento del forzamiento climático global total y del desequilibrio energético terrestre. El crecimiento de los forzamientos medidos (gases de efecto invernadero más irradiación solar) disminuyó durante el período de mayor calentamiento, lo que implica que los aerosoles atmosféricos probablemente disminuyeron en la última década. Es necesario realizar tanto mediciones precisas de aerosoles en la atmósfera, como una mejor supervisión del desequilibrio energético de la Tierra.
Figura 1. Anomalías de la temperatura de la superficie global durante 2016 y 2020 (con respecto al promedio entre 1880 y 1920).
La línea negra indica la mayor anomalía mensual hasta antes del año 2020.
En la figura 1 se muestran las anomalías en grados centígrados de la temperatura global superficial durante los años 2016 y 2020, con respecto a su valor promedio entre 1880 y 1920 y de acuerdo con el análisis de GISTEMP1. El mes de noviembre de este año es el más caliente de todos los noviembres registrados instrumentalmente y con ello el 2020 sobrepasa al 2016 en cuanto a los promedios de 11 meses. En el 2016, diciembre fue relativamente frío, de manera que resulta claro que el 2020 superará ligeramente al 2016 como el año más cálido, al menos en lo que al análisis de GISTEMP se refiere (ver Fig. 9).
La variabilidad del promedio móvil de 12 meses (línea negra) alrededor de la tendencia lineal del calentamiento (recta azul) en los últimos 50 años corresponde principalmente a la variabilidad no forzada asociada con la Oscilación del Sur de El Niño (ENSO por sus siglas en inglés, gráfica inferior de la Fig. 2). Las dos mayores desviaciones del promedio móvil de 5 años (60 meses, línea roja) son desviaciones forzadas. El descenso en la década de 1980 se debe a la disminución de los clorofluorocarbonos (CFCs) en el forzamiento causado por los Gases de Efecto Invernadero (GEIs, Fig. 3). El descenso de principios y mediados de la década de 1990 es el enfriamiento debido a la erupción del volcán del siglo (Monte Pinatubo, Junio 12, 1991, marcado en verde en la Fig. 2).La tasa de calentamiento global se aceleró en los últimos 6-7 años (Fig. 2).
La desviación de la media móvil de 5 años (60 meses) de la tasa de calentamiento lineal es grande y persistente; implica un aumento en el forzamiento climático neto y en el desequilibrio energético terrestre, que son los impulsores del calentamiento global.
La tasa de crecimiento del forzamiento por GEIs se ha acelerado en la última década (Fig. 3), pero no lo suficiente para explicar la aceleración observada de la tasa de calentamiento global. La validez de esta conclusión se vuelve más clara cuando observamos el forzamiento climático total medido –curva negra en la Fig. 4— que es la suma de los forzamientos climáticos de los GEIs y el solar. Durante el período de aceleración del calentamiento global, 2015-2020, la tasa de crecimiento del forzamiento climático debido a los forzamientos medidos fue mínima.
El calentamiento global está impulsado tanto por el desequilibrio energético actual de la Tierra como por el reciente crecimiento del forzamiento climático neto. Los años más recientes han tenido el mayor efecto sobre el calentamiento actual. Esto es fácil de entender, Incluso si uno no es físico o matemático y, si se toma la molestia de comprenderlo, uno puede decir que entiende el cálculo de Sir Isaac Newton.
La Figura 5 muestra la función de respuesta para el modelo GISS E-R basada en una ejecución de 2000 años para una duplicación instantánea de CO2 manteniendo fijas las capas de hielo, la distribución de vegetación y otros GEIs de larga duración. La escala de tiempo ampliada para los primeros 100 años en la gráfica de la derecha muestra que aproximadamente un tercio de la respuesta se obtiene dentro de los primeros 5 años; los dos tercios restantes son recalcitrantemente lentos.
La función de respuesta climática, R (t), es la fracción (%) de la respuesta de la temperatura superficial en equilibrio a un forzamiento aplicado como función del tiempo. El cambio de temperatura global esperado es el forzamiento agregado en un año t, multiplicado por la función de respuesta para ese año, más el mismo producto para cada uno de los años previos; en forma de ecuación escribimos: 𝑇(𝑡) = ʃ S R(t) (dF/dt) dt. T(t) es la anomalía de temperatura en el tiempo t, S es la sensibilidad climática (~ ¾ °C por Wm-2), R (t) es la función de respuesta en el año t y dF/dt es el forzamiento agregado en el año t; dt es sólo un año si se suman los segmentos en bloques de un año, pero en una computadora dejamos que dt sea más pequeño. Este simple cálculo es muy preciso (Hansen, 2008) siempre que la circulación oceánica de vuelco no se detenga, en cuyo caso se necesita un modelo completo atmósfera-océano.
Se muestra la función de respuesta para explicar cómo sabemos que si los únicos cambios en el forzamiento fueran los GEIs y el Sol (curva negra en la Fig. 4) entonces no habría una aceleración del calentamiento global en los últimos cinco años; de hecho, debería haber una disminución en la tasa de calentamiento. La aceleración del mundo real nos dice que debe haber otro forzamiento, que no está siendo medido; sólo hay un buen candidato para tal forzamiento adicional: los aerosoles. Aunque la NASA decidió no medir el forzamiento climático de los aerosoles, algunos modelos de aerosoles sugieren que la cantidad global de aerosoles ha disminuido en la última década (Bauer et al., 2020).
Por cierto, la mente inquisitiva probablemente esté diciendo «bueno, si se espera que el cambio forzado en los últimos cinco años deje una firma significativa ¿no deberíamos esperar que el ciclo solar se muestre en la temperatura global observada?» De hecho, la curva solar (curva amarilla en la Fig. 4) y la curva de la temperatura global observada tienen una correlación máxima del 47% cuando la temperatura es retrasada respecto del forzamiento solar en 1-2 años. Si la Tierra fuera un planeta completamente terrestre, el retraso debería ser de ~ 0 años; si se tratara de un planeta totalmente oceánico, el retraso sería ~ un cuarto del ciclo solar, es decir, ~ 3 años; en el mundo real debería ser de 1 a 2 años. Entonces, todo funciona razonablemente bien, a pesar de los grandes volcanes en ese período.
¿Qué tan grande es el forzamiento de los aerosoles? En informes recientes del IPCC, los modelos climáticos globales (GCM por sus siglas en inglés) tendían a utilizar forzamientos de aerosoles en el rango de -0.5 Wm-2 a -1.0 Wm-2, a pesar de que los capítulos del IPCC sobre forzamiento radiativo sugieren un forzamiento de los aerosoles mayor (más negativo), con un forzamiento de aerosol directo ~ -0.5 Wm-2 y un forzamiento de aerosol indirecto (a través de los efectos de las nubes) ~ -1 Wm-2, con grandes barras de incertidumbre. De acuerdo con los capítulos sobre forzamiento radiativo, Hansen et al. (2011) justificaron con un caso sólido el que el forzamiento real del aerosol debe ser -1.6 ± 0.3 Wm-2 e infirieron por qué la mayoría de los GCM (incluido el modelo GISS) «necesitan» un efecto de aerosol más pequeño, si quieren igualar el calentamiento global observado en el siglo pasado: La razón es que dichos modelos mezclan el calor con demasiada eficiencia en el océano, por lo que, para igualar el calentamiento observado, los modelos necesitan un forzamiento neto mayor, que logran omitiendo parte del forzamiento negativo de los aerosoles.
¿Es esto importante? Si. Significa que el pequeño destello de calentamiento adicional que obtuvimos en los últimos cinco años es sólo un pago inicial de la multa que los jóvenes pagarán por nuestro trato fáustico. Mefistófeles viene, pero a quienes arrastrará será a nuestros nietos.
Debe tomarse en cuenta que el modelo actual de GCM asociado con el IPCC, los modelos CMIP6, incluyen respuestas del modelo al forzamiento instantáneo (Smith et al., 2020). Será posible inferir funciones de respuesta de diferentes modelos y debería ser más fácil interpretar los resultados de cada modelo.
En resumen, dada la importancia de los aerosoles para el cambio climático futuro, la ignorancia persistente del forzamiento climático de los aerosoles debería ser inaceptable. Las mediciones requeridas deben definir en detalle la microfísica de las partículas de nubes y aerosoles. Sabemos cómo lograr ese detalle: se requieren observaciones polarimétricas multiespectrales, multiangulares, de la luz solar reflejada desde el espacio con una precisión de ~ 0.1 por ciento en la polarización (Mishchenko et al., 2007). Debería haber un programa específico de monitoreo vía satélite para cuantificar y monitorear los forzamientos climáticos directos e indirectos de los aerosoles. Esta es una de las pocas medidas esenciales, que incluyen a los GEIs, al campo gravitacional terrestre y al desequilibrio energético de la Tierra, que se necesitan para interpretar el cambio climático y sus impactos. La vigilancia del desequilibrio energético de la Tierra requiere manutención y mejoras en las observaciones de las boyas Argo, especialmente en las regiones alrededor de las plataformas de hielo de la Antártida (von Schuckmann et al., 2020).
Mientras tanto ¿Qué ocurre con las emisiones de gases de efecto invernadero actualmente? ¿Están empezando a disminuir las tasas de crecimiento? No exactamente – ver la Fig. 7. El crecimiento de CO2 ha bajado un poco este año, y debería bajar sustancialmente en 2021 como respuesta esperada a la presencia de un fuerte fenómeno La Niña que ya está en curso.
La tasa de crecimiento de CH4 se está disparando, presumiblemente como resultado de la fractura hidráulica o «fracking», el aumento de la ventilación en los pozos de petróleo y las retroalimentaciones del calentamiento global por el calentamiento de los humedales y el pergelisol. La tasa de crecimiento del N2O continúa aumentando lentamente (las oscilaciones en la tasa de crecimiento presumiblemente son la variabilidad del sumidero estratosférico, relacionada con la dinámica estratosférica y el intercambio estratosfera-troposfera).
El crecimiento más lento del CO2 compensa el aumento en el crecimiento de CH4 y N2O, por lo que la estimación del forzamiento adicional de GEIs en el 2020 es esencialmente la misma que en en 2019. El aumento de forzamiento anual se muestra mediante los puntos en la línea gris de la Fig. 8. Tanto en la figura 3 como en la figura 8, las bandas coloreadas corresponden a el promedio móvil de 5 años que minimiza los cambios oscilatorios.
Nótese que la brecha entre el crecimiento real del forzamiento de GEIs y el escenario RCP2.6 que mantendría el calentamiento global en aproximadamente 1.5 °C, sigue creciendo. Como se discutió en «La carga de los jóvenes» (Hansen et al., 2017), es probable que el costo de la recaptura del CO2 en la atmósfera, necesario para volver a la senda del escenario RCP2.6, sea de billones de dólares.
Por lo que respecta a los mapas de temperatura (Fig. 9), Siberia y el Océano Ártico tuvieron las mayores anomalías cálidas en 2020, pero en casi todas partes, la temperatura fue más elevada que el promedio entre 1951 y 1980. Los mapas mundiales emplean 1951-1980 como período base, de modo que se dispone de una buena cobertura mundial de datos para el período base.
Para finalizar: ¿Recuerdan el grito de los negacionistas del clima? Muchos de ellos contaban con que el Sol entrara en un nuevo y prolongado Mínimo de Maunder. Eso era posible, aunque el forzamiento climático negativo resultante (enfriamiento) sería pequeño en comparación con el forzamiento de los GEIs provocado por el hombre.
Resulta que, por lo contrario, estamos entrando ahora en el próximo ciclo solar: el mínimo solar fue a finales de 2019 (curva amarilla en la Fig. 4 y Fig. 10). Aunque el aumento de la irradiancia solar es pequeño hasta ahora, las predicciones de algunos modelos solares indican que el próximo máximo será elevado.
El impacto de la irradiancia solar en la temperatura global ocurre tras la variación en la irradiancia solar con un retraso de entre 1 y 2 años, de manera que todavía estamos en el punto en el que estamos obteniendo el máximo enfriamiento del ciclo solar. El impulso adicional máximo del ciclo solar hacia un clima más cálido será a mediados de la década, es decir, en unos cinco años.
Pronóstico de la temperatura global: 2021 será más frío que 2020, debido al efecto retardado del fuerte fenómeno actual de La Niña. Cuando ocurra el próximo El Niño, quizás a mediados de la década, agárrense de lo que puedan. ¡Será mejor que para entonces, las emisiones globales de GEIs tengan una definitiva tendencia a la baja!
ANTONIO SARMIENTO GALÁN
Hasta aquí el texto del Dr. Antonio Sarmiento. Como pudimos apreciar, el año 2020 ha mostrado que el Calentamiento Global Antropogénico es inercial y sólo podrá ser mitigado con acciones de largo plazo. Necesitamos comenzar a realizar hoy las acciones para evitar su agravamiento en el 2050.
De lo que en nuestros días hagamos depende la situación en la que vivirán nuestros hijos y nietos.
LUIS TAMAYO
-Bauer, S. E., K. Tsigaridis, G. Fulavegi, M. Kelley, K. K. Lo, R. L. Miller, L. Nazarenko, G. A. Schmidt and J. Wu, Historical (1850-2014) aerosol evolution and Role on climate forcing using the GISS Model E2.1 contribution to CMIP6, J. Adv. Modeling Earth Syst., 10.1029/2019MS001978, 2020.
-Hansen, J., Climate Threat to the Planet: Implications for Energy Policy and Intergenerational Justice. Slides for Bjerknes Lecture, American Geophysical Union, San Francisco, 17 December 2008.
-Hansen, J., M. Sato, P. Kharecha, K. von Schuckmann, D. J. Beerling, J. Cao, S. Marcott, V. Masson-Delmotte, M. J. Prather,E. J. Rohling, J. Shakun, P. Smith, A. Lacis, G. Russell, and R. Ruedy, Young people’s burden: requirement of negative CO2 emissions. Earth Syst. Dynam., 8, 577-616, 2017.
-Mishchenko, M. I., B. Cairns, G. Kopp, C. F. Schueler, B. A. Fafaul, J. E. Hansen, R. J. Hooker, T. Itchkawich, H. B. Maring, and L. D. Travis: Accurate monitoring of terrestrial aerosols and total solar irradiance: Introducing the Glory mission. Bull. Amer. Meteorol. Soc., 88, 677-691, 2007.
-Smith, C. J., R. J. Kramer, G. Myhre, and 26 more co-authors, Effective radiative forcing and adjustments in CMIP6 models, Atmos. Chem. Phys., 20, 9591-9618, 2020.
-von Schuckmann, K., L. Cheng, M. D. Palmer, et al.: Heat stored in the Earth system: where does the energy go?, Earth System Science Data 12, 2013-2041, 2020.
