sustento. "Himno a Tláloc para implorar la lluvia", Himnos sacros de los nahuas
¿QUÉ PASA? ¿POR QUÉ PASA? ¿QUÉ VA A PASAR? de la ciencia es responder estas tres preguntas, referidas al objeto de estudio; es decir, la ciencia tiene por finalidad la observación, la explicación y la predicción de ciertos fenómenos; además, su evolución va en este orden.
EL PROPÓSITO
Veamos el caso de la ciencia llamada física del clima. Ciertamente, el estudio del clima comenzó observándolo, primero cualitativamente y luego midiendo sus variables. Sin embargo, aunque la observación es la etapa inicial en el estudio de un sistema, ella no se agota al pasar a las siguientes: explicación y predicción. Continua y permanentemente se toman datos del objeto de estudio, en este caso el clima; y esto obedece a dos razones: primera, porque el fenómeno se transforma sin cesar y cotidianamente ofrece información nueva que enriquece el acervo; y segunda, porque siempre es necesario aumentar y refinar la información en el espacio y el tiempo. Es decir, hay que solventar la carencia de datos en amplias regiones de la Tierra (sobre todo las despobladas, como los océanos, polos y desiertos), tomar registros ininterrumpidos de más variables y tener información cada vez más detallada, diversificada y confiable. Es decir, se pugna por tener mayor cantidad y calidad de datos, los cuales deben ser sistematizados y expeditos para los investigadores y demás usuarios. Los problemas que implica esta etapa son básicamente tecnológicos: medición automatizada, sensores remotos, bases de datos, telecomunicaciones, etc. De modo que la observación progresa junto con la tecnología. Concluyendo, la primera etapa de la ciencia es la observación y responde a la pregunta ¿qué pasa?, o sea describe por fuera el fenómeno o sistema. La segunda etapa es la explicación del fenómeno; es decir, responde a la pregunta ¿por qué pasa lo que pasa?, y también se le llama diagnóstico; estudia por dentro el fenómeno, buscando sus causas y relacionándolas con sus manifestaciones externas. Desde la introducción, y en varias ocasiones, hemos dicho que la complejidad del sistema climático impide tanto establecer cualitativamente relaciones de causa-efecto claras y realistas, como sacar conclusiones cuantitativas con base en consideraciones simples. Para esto se requieren modelos fisicomatemáticos; es decir, para diagnosticar el clima hay que entender integradamente los mecanismos físicos más sobresalientes del sistema climático.
Si para explicar el clima se necesitan modelos, con mayor razón para predecirlo; por eso la predicción es la etapa más avanzada de la ciencia clásica. Evidentemente, la pregunta ¿qué va a pasar? es más difícil de contestar que aquella de ¿por qué pasa lo que pasa? Claro que las explicaciones no deben ser ad hoc , sino casos particulares de una general; en otras palabras, el modelo debe servir para explicar una amplia gama de situaciones, y cuanto más amplia sea, mejor. No debe haber un modelo específico para cada situación, un modelo respetable es general y se espera que también pueda usarse para calcular lo que aún no sucede; es decir, uno que sirva para diagnosticar, puede evolucionar naturalmente para pronosticar; aunque este paso no es inmediato. Es fácil acopiar argumentos que expliquen lo que ya pasó ("a toro pasado..."); lo difícil es anticiparse a los acontecimientos. Un vicio de algunos comentaristas de fútbol consiste en "predecir" lapidariamente que (v. gr.) el "América" va a ganar, y después ocupan media hora justificando por qué perdió. COMPRARLO HECHO O HACERLO UNO Vamos a hacer algunas precisiones lingüísticas. Hemos llamado sistema climático a la porción del planeta en que tiene lugar el clima, acoplada al conjunto de fenómenos físicos que lo producen. Esta definición es usual en la ciencia: se selecciona para su estudio un fragmento del Universo o de la naturaleza. Para reafirmar esto, diremos que éste es el sistema natural; también podría decirse real, verdadero , etc.; pero prefiero el primer adjetivo. Por otro lado, un modelo del clima es una representación fisicomatemática del sistema (natural) climático; de manera que el modelo es un sistema teórico, que siempre es mucho más simple que el natural. Todo sistema tiene entradas (llamadas también insumos), salidas (productos), proceso (sistema, propiamente dicho), retroalimentaciones (forzamientos internos), etcétera. El clima los tiene, y en el sistema natural son innumerables, pero el sistema teórico tiene unos cuantos de ellos, que de todos modos son numerosos. Un ejemplo cotidiano de sistema es una receta de cocina: la entrada son los ingredientes, el proceso es la "manera de hacerse", la salida es el platillo resultante y una retroalimentación sería una fermentación que se desencadene al poner en contacto ciertos ingredientes. De un sistema importa más la función que la estructura, el software que el hardware, lo que hace, más que con qué lo hace. Además, un sistema es más valioso si hace más cosas, o sea que con insumos elementales elabore productos refinados. Esto también aumenta la versatilidad, pues los ingredientes básicos pueden usarse de diversas maneras con resultados muy diferentes.
Llevando las cosas al extremo, diríamos que el sistema cocina-cocinero ideal sería aquel que a partir de cualquier material (p. ej. piedras) confeccionara los platillos más refinados; ya que a fin de cuentas todo, en particular la comida, está hecho solamente de electrones, protones y neutrones, los cuales abundan en cualquier cosa, como las piedras; por lo tanto, sólo hay que reacomodarlos y eso podría hacerse con los dispositivos con que estuviera equipada la tal cocina ideal; incluso, la energía necesaria para el proceso se obtendría también de las piedras, bastaría con aniquilar un poquito de su materia y, por la ley de Einstein, obtendríamos la energía equivalente. Físicamente, esto es posible en principio; pero su realización sería extremadamente costosa, absolutamente incosteable. En el otro extremo, la "cocina" más simple sería un mero trámite: consistiría sólo de un teléfono, por el cual el "cocinero" pidiera a un restorán el platillo deseado, y del dinero para pagarlo. El resultado de ambos procesos es esencialmente igual: el mismo platillo. De ambos sistemas cocina-cocinero sale el mismo producto, con entradas absolutamente distintas: en el primer caso piedras, y en el segundo ¡el propio platillo! Vamos, en la cocina extremo de simpleza el insumo y el producto no se pueden distinguir. Lo anterior ilustra, exageradamente, la diferencia entre hacerlo uno y comprarlo hecho. Sin llegar a los extremos, eso pasa cotidianamente al hacer preparativos para comer en casa. Comenzando por una punta, recorremos el espectro de posibilidades: primera, llamar al restorán para que traigan viandas listas para ser consumidas; segunda, ir al súper por alimentos preparados que uno calienta e ingiere; tercera, abrir latas o bolsas de víveres precocinados, los cuales sólo hay que poner en agua hirviendo o algo por el estilo, etc... y así seguiríamos hasta... ¿hasta donde?; traer del mercado los ingredientes al natural y con ellos confeccionar el platillo; mejor, en vez de comprar los huevos tener en casa la gallina que los ponga; el café en grano tostado y uno lo muele, mejor crudo y uno lo tuesta, mejor tener el cafeto dentro de un invernadero en la azotea... ¿dónde paramos? Algo análogo pasa con un modelo; al diagnosticar, uno reproduce teóricamente lo que sucede en la naturaleza; v. gr., se calcula el perfil normal de temperatura en enero desde el ecuador hasta el polo, o el ciclo normal de lluvia a lo largo del año en la ciudad de México, etc. Bien... esto se hace con el modelo, pero éste requiere cosas para ser corrido, se alimenta con datos; y aquí aparece la misma gama de posibilidades que en la cocina. El modelo es más meritorio cuanto más elementales sean los datos de entrada y desmerece cuanto más cercanos al resultado sean los ingredientes. Necesariamente, algo debe meterse al sistema para obtener el producto deseado; los modelos generan ciertas cosas y otras las prescribe uno y las mete al modelo. El arte culinario tiene su equivalente: p. ej., se trata de hacer mole, uno puede "prescribir" el guajolote, que se trae (ya muerto, pelado, etc.) del mercado, o puede uno "generarlo" criándolo desde chico y engordándolo con alimentos especiales, en este caso lo prescrito es el polluelo que uno
adquirió y trajo a casa. Más comúnmente sucede con la salsa de mole: prescribe uno los chiles secos (comprados en el mercado) y uno genera la salsa, o se prescribe pasta de mole y... En fin. Evidentemente, es mejor cocinera la que elabora más cosas por sí misma y compra menos cosas ya elaboradas. Y es mejor modelo el que requiere menos información prescrita y genera más resultados. V. gr., un modelo climático que reproduce acertadamente la temperatura mensual de la atmósfera es más meritorio si genera también la temperatura del océano y la extensión del casquete polar cada mes, que si éstas variables le fueran prescritas. En síntesis, prescribir es proporcionarle (desde afuera, valga la redundancia) al modelo cierta información; generar es que el modelo la calcule (por sí mismo, internamente). NO CONTROLES Pese a su complejidad, mencionada en la primera sección de este capítulo, el sistema climático tiene las regularidades descritas en el capítulo VI, que se manifiestan como ciclos diarios o anuales de la normalidad. Adicionalmente a estas regularidades normales, las condiciones anormales tienen sus propias regularidades, que se presentan en las diversas escalas de tiempo y permiten hacer ciertas conjeturas simples, llamadas controles, que resultan muy eficaces. Por ejemplo, en nuestras latitudes funciona bien un "pronóstico" meteorológico que no requiere datos, ni computadora, ni modelo; vamos, ni siquiera hace falta mirar al cielo o asomarse a la ventana y es éste: "Mañana va a estar igual que hoy." Efectivamente, las condiciones atmosféricas (obviamente anormales) se repiten durante varios días consecutivos: si hoy estuvo raso, es muy probable que mañana también, si un día llovió a las 5 p.m., al siguiente vuelve a llover casi a la misma hora, los vientos soplan igual durante algunos días seguidos, etc. Por eso es común que el pronóstico meteorológico rece: "poco cambio en la temperatura", etc. Es decir, las condiciones tienden a persistir; cualquier anomalía, una vez establecida, permanece algunos días. Este es el fundamento de esta predicción reduccionista, que constituye un control llamado persistencia, cuya capacidad de acierto es de unos dos tercios. O sea, debido a que las anomalías tienden a permanecer, la predicción "mañana va a estar igual que hoy" se cumple en más del 60% de los días. Otro ejemplo de control es el retorno a la normal, que se aplica a escala climática para la temperatura del océano. Esta variable suele presentar anomalías muy extensas y duraderas; en un área de cientos de millares de kilómetros cuadrados y durante meses se mantienen con el mismo signo. Como varían tan lentamente, su persistencia constituye un mal control de la evolución mensual de estas anomalías; mejor resulta el retorno a la normal, que ahora explicamos.
Si un mes el océano está más caliente de lo normal, al siguiente continuará con anomalía positiva de temperatura, pero menor; es decir, se acerca a la normal, la anomalía tiende a cero. Cuando está más frío de lo normal, al siguiente mes la anomalía será también negativa, pero menos intensa. O sea que de un mes a otro las anomalías tienden a extinguirse; en palabras más técnicas: el cambio mes a mes de la anomalía es de signo contrario al de la anomalía mensual. Obviamente esto no pasa siempre, pero sí frecuentemente; este control acierta también en más o menos dos tercios de los casos. Como puede verse, el control parte de una anomalía ya establecida, y dice cómo evoluciona ésta, incluyendo la evolución nula indicada por la persistencia; pero no puede adelantarse al surgimiento de aquélla. Es decir, el control no genera anomalías. Además, las situaciones más interesantes son aquéllas en que el control falla; o sea, el paso de una anomalía a otra distinta. De la misma manera que adelantarse a las variaciones propias del ciclo normal no constituye predicción, tampoco se considera tal la evolución de las anomalías adelantada por el control. Así como el ciclo normal es una línea base para la predicción, el control es una cota mínima para ella; naturalmente, una predicción menos hábil que el control es basura. A la gente del campo le importa mucho más el cambio de tiempo que la permanencia de ciertas condiciones; más aún, dan por supuesto que los meteoros se repiten parecidos de un día para otro la mayoría de las veces, y sólo les interesa el cambio del estado atmosférico, el cual tratan de vislumbrar a partir de signos ocasionalmente curiosos. Un viejo mozo que trabajaba en la casa paterna del pueblo, normalmente no hacia mayores comentarios meteorológicos, pero a veces decía a mi madre al llegar en la mañana: "Señora, hoy va a cambiar el tiempo porque anoche cantó el coyote." Efectivamente, la predictabilidad del control es alta y no es raro que un modelo refinado, que tardó meses en ser formulado y horas al correr en computadora, dé predicciones menos acertadas que el control que ni siquiera requiere saber cómo están las cosas, y que simple y llanamente proclama: "mañana va a estar igual que hoy", o "este mes la anomalía de temperatura oceánica va a disminuir." Análogamente, ocurre a veces que un modelo sencillo es más realista que uno complicado; también puede suceder qúe cuando uno refina su modelo, incorporándole nuevos mecanismos físicos o afinando los ya incluidos, sus resultados empeoren. No siempre los modelos más elaborados dan mejores resultados. Para cada tipo de pronóstico hay un control, y la calidad de un modelo suele medirse como su excedente de predictabilidad respecto al control. Claro que un modelo no se evalúa con uno o unos cuantos casos de predicción; se necesitan muchos para que la evaluación sea estadísticamente significativa. Es posible que un modelo funcione a la primera y eso no garantiza el éxito de las aplicaciones subsecuentes: "una golondrina no hace verano."
Un modelo debe hacer mejores predicciones que el control, aventajarlas cuando se trata de un régimen ya establecido, pero sobre todo debe hacer lo que el control no puede: pronosticar los cambios de régimen. Ganarle al control no es tarea fácil, y superar su predictabilidad, aunque sea por unos cuantos puntos porcentuales, es de gran mérito. ¿Y QUE TAL SI... ? Ésta es una cuarta pregunta que una ciencia debe responder; las otras tres fueron relatadas en la primera sección de este capítulo; sus respuestas conforman las fases de la ciencia: descripción, explicación y predicción; o sus sinónimos: observación, diagnóstico y pronóstico, respectivamente. En la segunda fase un modelo se usa para reproducir teóricamente lo observado; a esta aplicación de un modelo también se le llama simulación (de las condiciones normales). La cuarta fase científica se llama sensibilidad, ya mencionada en el capítulo V, y satisface la pregunta que da título a esta sección. Por un lado, la predicción se refiere a las fluctuaciones del clima (mensual, digamos) alrededor de la normal actual; son variaciones fortuitas que aleatoriamente suben y bajan respecto del promedio. Por otro lado, la sensibilidad es el estudio de los cambios del clima, variaciones sistemáticas que operan en la misma dirección durante años. Propiamente, un cambio da lugar a un clima (normal) nuevo y distinto. La anomalía del clima del mes próximo es una fluctuación del clima presente; en cambio, la anomalía de mediados del siglo XXI es la diferencia entre el clima (distinto) de entonces y el actual; consecuentemente, un cambio es la diferencia entre dos climas normales; claro que también puede mantenerse la definición original de anomalía si consideramos al nuevo clima un caso anormal del presente. O sea que la normal no es absoluta; en sentido estricto, es diferente para cada periodo de 30 años, lapso mínimo convencional para promediar y obtener una normal. No hay problema, la definición original de normal sigue vigente; sólo debe quedar claro a qué periodo se refiere. El estudio más común de sensibilidad es el de un supuesto incremento de la constante solar (capítulo III), generalmente del 1%; los modelos suelen calibrarse comparando el cambio climático calculado por cada uno. A diferencia de los retroalimentadores o forzamientos internos (generados por el modelo), los forzamientos externos son prescritos; en los ejemplos anteriores estos forzamientos son la duplicación del C0 2 y el incremento de 1% en la constante solar. NUESTRO MODELO El contenido de este libro, excepto el capítulo II y unas cuantas secciones de otros, es fruto directo de nuestra experiencia con el MTC. Este modelo fue creado por el doctor Julián Adem, trabajando básicamente en México, pero también como investigador visitante en el Centro Nacional de Meteorología de EUA en Washington y colaborando con colegas de otras instituciones y países.
El MTC constituye el proyecto de trabajo de nuestro grupo de investigación en el Centro de Ciencias de la Atmósfera de la UNAM que dirige el doctor Adem. El MTC, en tanto representación teórica del sistema climático natural, nos ha dado luz para entender el clima y tratar de explicar su funcionamiento en este libro, cuyo contenido es implícitamente la exposición del modelo. Por lo tanto, en lo que resta del capítulo sólo vamos a puntualizar los componentes del MTC ya descritos en capítulos anteriores como componentes del clima natural y agregaremos unos datos de cómo surgió y ha evolucionado. Los elementos del clima que consideramos despreciables se toman como nulos y, en general, las aproximaciones se manejan como igualdades; lo que no se menciona no está incluido en el modelo. El MTC es pionero mundial en el enfoque termodinámico; es decir, considerar que los procesos climáticos son básicamente de transferencia de calor, a diferencia de los meteorológicos, que son dinámicos. Surgió en 1960; en su primera fase sólo calculaba el clima normal mensual, promediado zonalmente (o sea, en la longitud geográfica); de modo que sus datos y resultados estaban desplegados sólo meridionalmente ; es decir, eran perfiles latitudinales. Los únicos calentamientos incluidos eran los flujos de radiación, y el único transporte era el turbulento, debido a ciclones.* El MTC consta de una capa atmosférica (la troposfera) de 11 km de espesor, con una capa de nubes, una oceánica (la capa mezclada) de 50 m, una capa continental de profundidad despreciable y una capa de hielo y nieve (criosfera). Su área de aplicación es el H N, con distribución realista de continentes y océanos; la frontera (el ecuador) es adiabática. Su resolución temporal es un mes, y la espacial, 400 km, que es la separación de los puntos de malla reticular de integración. La ecuación de pronóstico es la primera ley de la termodinámica. Otras leyes físicas se usan diagnósticamente: la ecuación de gas perfecto para el aire, la ecuación de continuidad de conservación de masa y la ley de equilibrio hidrostático en la atmósfera. Las variables de estas ecuaciones son valores promediados mensualmente. También intervienen otras propiedades específicas de los componentes geofísicos; p. ej., la troposfera tiene un gradiente térmico de 6.5°C/km; en la capa mezclada del océano la temperatura es verticalmente uniforme, etcétera. Como todo problema matemático, el sistema teórico llamado MTC ha de tener tantas incógnitas como ecuaciones independientes; las incógnitas son las variables que el modelo genera. Para cerrar el problema hacen falta ecuaciones adicionales a las relatadas en los dos párrafos anteriores y para esto se recurre a parametrizaciones semiempíricas, las cuales son relaciones basadas en principios teóricos y en datos prácticos, para calcular algunos transportes y calentamientos en términos de variables como la temperatura. Se requieren parametrizaciones cuando el conocimiento físico o los datos
necesarios para evaluar un proceso son insuficientes; deben ser funciones lineales (capítulo X), y algunas fueron deducidas sobre pedido para el MTC. Una parametrización notable es la de turbulencia, fenómeno físico inmanejable teóricamente de modo exacto. En el MTC el transporte horizontal de calor por remolinos oceánicos y por ciclones atmosféricos, que para la escala del modelo es turbulencia, se introduce con coeficientes de intercambio que permiten tratarla como función de las variables promediadas. Esta turbulencia proviene propiamente de los detalles cancelados por la promediación mensual, y los coeficientes de intercambio son constantes y uniformes, pero con diferente valor para la atmósfera y el océano. La primera ley de la termodinámica se aplica separadamente a las capas atmosférica (incluyendo nubes), oceánica y continental (con criosfera). Cuando en esta ley hablamos de lo que entra y sale, esto abarca también la energía que fluye en la porción estudiada sin llevar consigo materia que entre o salga. Cuando la energía ingresa o egresa junto con materia el proceso se llama transporte y, en caso contrario, calentamiento. El MTC tiene estos transportes: los turbulentos ya dichos, la evaporación en la superficie y la advección por viento y corrientes; y estos calentamientos: el flujo de calor sensible entre superficie y atmósfera, la condensación de vapor de agua en las nubes y los intercambios de radiación de ondas corta y larga entre superficie, atmósfera y nubes, derivados de la radiación solar que llega al sistema, la cual se calcula analíticamente para cada mes y se despliega latitudinalmente. El viento se calcula geostróficamente; es decir, sólo el originado en la fuerza de Coriolis por rotación de la Tierra; este viento se da efectivamente en la atmósfera libre, o sea en la altura, donde la fricción con la superficie no se siente. Mediante prescripciones adicionales, se usa para determinar el viento superficial y consecuentemente, la componente de la corriente oceánica (llamada deriva), debida al arrastre friccional del viento. Las nubes se modelan como una sola capa, cuya extensión horizontal fraccional se llama nubosidad, y se genera, al igual que la precipitación, como una proporcionalidad directa de la condensación. La criosfera se modela sobre continentes y océanos acoplando su frontera a la isoterma superficial de 0°C, de manera que los puntos con temperatura menor o igual que cero grados están cubiertos de hielo y nieve. Una vez cerrado el problema, es decir, teniendo tantas incógnitas como ecuaciones, éstas se reducen a una sola en la variable fundamental, que es la temperatura de la troposfera media. Resuelta esta ecuación, la temperatura calculada se usa para determinar escalonadamente las demás incógnitas, empezando por las temperaturas de océano y continente. OTRAS GENERACIONES Y PRESCRIPCIONES
Cada capa del sistema tiene su propio campo de albedo para la radiación de onda corta; para la de onda larga, el continente, el océano, las nubes y la criosfera se comportan como cuerpos negros; la atmósfera, en cambio, absorbe selectivamente según la longitud de onda y esta absortividad depende del contenido de gases de invernadero, principalmente el vapor de agua y el C02; la humedad atmosférica está determinada por las condiciones climáticas y es generada por el modelo; el C0 2 se prescribe. Por lo tanto, el MTC contiene los tres principales mecanismos de retroalimentación (capítulo IV). Y si consideramos que un proceso retroalimentador es cualquier secuencia de interacciones que llegan al punto de partida, entonces el modelo tiene muchas otras más. La memoria térmica del sistema es el almacenamiento de energía en el océano; en la atmósfera esta inercia es mucho menor y en el continente es nula. En realidad, el MTC tiene dos versiones básicas: una destinada principalmente a calcular la temperatura de la atmósfera y otra para el océano. En la primera el océano no tiene transportes horizontales y en la segunda se prescriben para la atmósfera algunas variables que la primera genera. Actualmente trabajamos en acoplar ambas versiones, enriqueciéndolas mutuamente e incorporando una nueva dinámica explícita en la atmósfera y el océano. La segunda versión sirve principalmente para calcular la temperatura superficial del océano y en atacar este problema el MTC fue históricamente el primero en el mundo. Para concluir esta reseña del MTC, diremos que el archivo del programa tiene varias decenas de campos climáticos, coeficientes de correlación que dependen del lugar y la época, etc., en valores normales, algunos estacionales y los más mensuales; la ecuación por resolver en la variable temperatura troposférica es una ecuación diferencial elíptica de segundo orden, que se integra mediante el método numérico llamado relajación de Liebmann, en equipo grande de cómputo. Cuando se trata de predicción o sensibilidad, el programa se corre dos veces: una para las condiciones normales y otra para las anormales; la diferencia entre ambos resultados da la fluctuación o cambio, respectivamente. Las aplicaciones que ha tenido el MTC se tratan en los dos capítulos siguientes.
VIII. EL CLIMA PALPITANTE
Entonces fue oficio de Ehécatl poner de pie al viento, con él
empujar mucho, hacer andar al viento. Así él pudo mover al Sol, luego éste siguió su camino. Sale una vez el Sol y cumple su oficio durante el día. Y la Luna hace su oficio nocturno. "Origen del nuevo Sol en Teotihuacan",Códice Matritense del Real Palacio
NO HAY PLAZO QUE NO SE CUMPLA hablado de los plazos de tiempo: el propio de la meteorología es del orden de horas y días, el plazo del clima es desde un mes en adelante (hasta cientos de millones de años). También hemos dicho que el pronóstico mensual se refiere a las condiciones medias de todo un mes, predichas el mes anterior. Este plazo de antelación es la escala de tiempo más corta en la física del clima y la más larga (o extendida) en la meteorología. Entonces el mensual puede llamarse pronóstico meteorológico a largo plazo o climático a corto plazo; siendo el clima el tema de este libro, preferimos el segundo nombre. YA HEMOS
Las variaciones interanuales del clima se llaman fluctuaciones y las que ocurren en plazos de décadas o mayores se denominan cambios; éstos son más sistemáticos (o sea, menos fortuitos) que las fluctuaciones, en tanto que permanecen más tiempo; pero comparados con periodos grandes también son fortuitos, ya que el clima varía en todas las escalas de tiempo; como se ve en la figura II.2, la temperatura sube y baja continuamente. Reiteramos: lo único constante del clima es su variabilidad, a corto, mediano y largo plazo. En un año particular algunos meses son más fríos y otros más calientes de lo normal, análogamente sucede con lo seco y lo húmedo; esto significa que a lo largo del año las anomalías de temperatura y precipitación fluctúan en magnitud y signo. P.ej., en una cierta región, marzo tuvo mucho más lluvia y un poco menos de calor que lo normal de marzo; en septiembre se registró — respecto de la normal de ese mes— 20% menos de precipitación y 3 ºC más de temperatura; en diciembre el frío y la lluvia fueron mayores, etc. Por otro lado, y como se vio en el capítulo V, la década de los ochenta tuvo un aumento mundial sistemático de temperatura; sin embargo, lo más probable es que esa tendencia no continúe indefinidamente y en el futuro tengamos decenios más fríos; por lo tanto, visto en el contexto de varias décadas, el calor de los ochenta es también fortuito, como las fluctuaciones, pero a otra escala. DESDE CHIQUITO El propósito con que nació el Modelo Termodinámico del Clima (MTC) a principios de los sesenta fue calcular (anticipadamente) las fluctuaciones climáticas mensuales, o sea pronosticar el clima a corto plazo; éste sigue siendo su uso más común, que se explica a continuación.
Para un pronóstico, el MTC se alimenta con varios campos climáticos normales y con unos cuantos anormales del mes anterior; es decir, si voy a predecir junio de 1992, meto la información de cómo es normalmente el clima de mayo, de junio, la primavera y el verano; además, los datos de cómo estuvieron las cosas en mayo de 1992. La información del clima normal de mayo es el promedio de las condiciones observadas durante 30 mayos, de 1961 a 1990. El MTC se aplica al HN, de modo que cada campo despliega la información climática de la mitad del mundo; la malla o rejilla de integración consta de 2 000 puntos en retícula, separados por 400 km; en cada punto aparece el valor de la variable desplegada, que puede ser precipitación, temperatura en algún nivel, albedo, evaporación, radiación, etc. Estos puntos ¿son muchos o pocos? Pues, depende de para qué; para estudios globales son suficientes, cubren el HN con buena resolución; pero para estudios regionales son insuficientes. En México caen sólo unas cuantas decenas de puntos y, aunque uno de ellos se ubique en —digamos— Toluca, el dato que aparezca allí no será el de esa ciudad, sino el promedio de toda una región de 160 000 km² (o sea un cuadro de 400 x 400 km) centrada en Toluca. De lo anterior se ve hasta dónde llega la precisión del MTC, que —además— es semejante a la de otros modelos climáticos del mundo. Incluso, en sus primeros 20 años de existencia el MTC tenía la cuarta parte de estos puntos, es decir 500, separados por una distancia doble; todavía, en estudios de paleoclima o cambios antropógenos seguimos usando la rejilla burda, suficiente para esos fines, dado que esas situaciones (glaciaciones, duplicación de C0 2, etc.) se conocen con poco detalle y no tiene caso manejarlas con mayor resolución. DÓNDE, CÓMO Y CUÁNDO Se puede obtener cierta información local interpolando de alguna manera la de los puntos de rejilla más próximos al lugar de interés. De hecho, la interpolación aparece en todas las etapas del manejo de datos y resultados; lo más probable es que el punto de malla caiga en un lugar donde no hay estación u observatorio meteorológico; entonces se asigna al punto el valor interpolado de los datos tomados en las estaciones vecinas. Un ejemplo muy simple: si el punto está a la mitad de la línea recta que une a Ciudad Victoria con San Luis Potosí, le toca el promedio de los datos tomados en ambas capitales; de hecho, en ese promedio hay que incluir también la información circundante (ponderada según su cercanía) que haya en otras direcciones, en este caso la de Ciudad Mante y Matehuala, si existe. Para correr un modelo (hacer un pronóstico) los datos son el ingrediente fundamental y en esto debe haber congruencia espacial: la densidad de puntos debe ser similar a la de datos. Los puntos están repartidos homogéneamente; en cambio, la densidad de datos es muy variable: en el continente es mayor que en el océano; en zonas deshabitadas, como desiertos, polos, etc., es muy pequeña; los países desarrollados tienen más observatorios que los subdesarrollados, ... En fin. Sin embargo, la falta de homogeneidad de las observaciones no impide construir los campos, simplemente ocasiona que
éstos —tanto los de entrada como los de salida— sean menos creíbles donde escasean los datos; pero esto debe tomarse con reservas, pues el clima de un lugar no sólo depende de lo que pase ahí o en el entorno, también hay teleconexiones: relaciones de causa-efecto entre fenómenos lejanos. Es esencial mejorar continuamente la cantidad, calidad y disponibilidad de la información; el mejor modelo es inútil sin los datos necesarios. Tampoco sería adecuado —aunque no suele ocurrir— usar un modelo tosco con datos refinados. Los datos son resultado de la observación sistemática, requieren de la cooperación internacional para integrar la base informática. Como lo dijimos en el capítulo VII, dependen fuertemente de los dispositivos tecnológicos; grandes problemas vienen de la (falta de) continuidad y calibración de instrumentos. Al introducir una nueva tecnología, como el globo sonda, el satélite, etc., las observaciones frutos de ella son mediciones más indirectas que las obtenidas con la tecnología desplazada; además, un campo climático se integra con observaciones de diversas procedencias; p. ej., la temperatura del océano se mide con boyas, por barcos, desde satélite, etc.; el campo se construye después de homogeneizar las observaciones; en particular, una medida indirecta debe dar el mismo valor que una directa. INGREDIENTES Y RESULTADOS De todos los datos existentes, un modelo sólo usa algunos; esta selección puede obedecer a consideraciones de completez, confiabilidad, física modelada, capacidad computacional, etc. Por otro lado, un modelo se adapta, desde su formulación, a la disponibilidad de datos. Como dijimos en una sección anterior, el MTC se alimenta con varios campos normales y unos cuantos anormales. Los primeros son parte del archivo, o sea el acervo necesario para cualquier aplicación del modelo, incluso las que no son predicción; estrictamente, las normales deben actualizarse (sólo) cada 10 años. Para una predicción se necesitan tres campos anormales del mes previo: la temperatura del océano, la del nivel medio troposférico (5.5 km de altura snm) y la extensión del casquete polar. Estos campos son de entrada, o sea ingredientes; pero ¿cuáles son los de salida?; en otras palabras ¿qué se pronostica? Bueno, el resultado de un proceso de predicción es un conjunto de campos, naturalmente anormales, como: temperatura en superficie y altura, precipitación, balances de radiación, advección, evaporación, etc. De estas variables, las más importantes son la temperatura y la precipitación; adicionalmente, el análisis se facilita si en vez del anormal nos fijamos en la anomalía, para lo cual el anormal (calculado) se resta de la normal calculada. Esto significa que en la corrida debe calcularse también la situación normal; ciertamente la normal observada (incorporada en el archivo) es más realista que la calculada, pero para determinar la anomalía se prefiere usar la normal calculada, porque en la resta se eliminan errores sistemáticos (de origen físico, matemático o computacional) que pudieran estar presentes (en la normal y el
anormal); o sea, por congruencia, la anomalía calculada debe ser la diferencia entre dos valores calculados con las mismas hipótesis, aproximaciones y algoritmos. Especifiquemos un poco las temperaturas de entrada y salida. El MTC necesita como ingredientes dos temperaturas (del mes previo): la del agua superficial (capa mezclada) del océano y la del aire a la mitad de la troposfera. Del modelo resultan las siguientes temperaturas (del mes por predecir): la de la superficie —que ahora incluye la temperatura del suelo continental, aparte de la del agua oceánica— y la temperatura de la troposfera —que ahora incluye la del aire superficial aparte de la del nivel de 5.5 km—. Todos estos campos son anormales, o sea del año particular, p. ej. mayo y junio de 1992, respectivamente. Hay un campo más de entrada —la cubierta congelada— y varios otros de salida, sin contar los muchos normales ingredientes y resultantes. En realidad sólo entran tres campos (anormales) y salen varios (anormales). Múltiples análisis y pruebas han demostrado que sólo tres campos anormales del mes previo influyen significativamente; a su vez, estas tres variables no son igualmente importantes; su contribución relativa varía por región y época. P. ej., la extensión del casquete polar es una variable que afecta más a los países septentrionales y en invierno; en cambio, la temperatura del océano afecta más a las zonas costeras y a territorios (continentales) estrechos o insulares. A Canadá y EUA les atañe más el casquete y menos el océano, y a México al revés. ALGUNOS EXITOS Desde hace 30 años se hacen pronósticos climáticos a corto plazo con el MTC; en sus primeros años sólo manejaba promedios zonales y, cuando ya tuvo los campos desplegados geográficamente (en latitud y longitud), se hizo el primer pronóstico mensual, que fue de diciembre de 1962 a enero de 1963, cuando Julián Adem trabajaba en el Centro Nacional de Meteorología, en Washington, D.C. Aquel enero fue especialmente frío, p. ej., en el norte de EUA hubo temperaturas 6°C más bajas de lo normal para el mes , y esa anomalía fue bien predicha en magnitud y ubicación por el MTC. Sin embargo, lo sucedido en enero de 1963 no era fácil de vislumbrar a partir de las condiciones prevalecientes en diciembre de 1962, cuando el océano estaba más caliente (o menos frío) del normal decembrino; una especulación fácil llevaría a concluir que esta anomalía positiva de temperatura produciría un invierno moderado en enero, pero no fue así; ¿qué ocurrió? Simplemente que el océano (su temperatura) es sólo uno de los factores que determinan el clima del mes siguiente, y falta considerar los demás; sucede que en diciembre del 1962 la cubierta ártica era un manto de hielo y nieve que se extendía desde el polo norte hasta el Tibet en Asia, hasta Suiza en Europa y el Río Colorado en Norteamérica —mucho más de lo normal— y el enfriamiento anormal debido a ella superó al posible calentamiento debido al océano.
Otro logro del MTC consistió en la predicción de una situación que tuvo grandes anomalías contrarias a la tendencia; se trata de la famosa sequía de junio de 1980 y meses subsecuentes que afectó a Norteamérica (incluyendo México). Quizá algunos lectores la recuerden; a tal grado escasearon las lluvias que el nivel de las presas bajó alarmantemente y la Comisión Federal del Electricidad recortó el suministro de energía con apagones programados. Corrió el rumor de que la sequía se debía a que "los gringos estaban desviando los huracanes" y dejábamos de recibir la humedad que acarrean. Estas habladurías falseaban en dos aspectos: en primer lugar, no hay poder humano capaz de alterar el curso natural de un huracán, y, en segundo, la sequía perjudicó más a EUA que a México. La energía que interviene en un huracán equivale a miles de bombas nucleares; de modo que sólo echando mano de una fracción apreciable del arsenal mundial se lograría desviar o destruir el meteoro, con las evidentes consecuencias colaterales e indeseables, resultando peor el remedio que la enfermedad. La sequía del verano de 1980 causó estragos en EUA; se le bautizó como "the 20 billion Dlls. drought", lo pongo en inglés porque la traducción no es literal, "one billion" no es igual a un billón, aquél equivale a mil millones y éste, a un millón de millones, 109 y 1012, respectivamente. De cualquier modo, quiere decir que la sequía y el calor causaron pérdidas por 20 000 millones de dólares. QUIEBRO Y TINO La sequía de 1980 tuvo otras peculiaridades más; mayo fue más húmedo y fresco de lo normal, le siguió un junio mucho más seco y cálido de lo normal; y en los meses siguientes la sequía persistió. Por un afán de colaboración con investigadores del Observatorio Geológico Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia, N.Y., el MTC les había sido transferido y hacían con él predicciones; la de junio de 1980 formó parte de una larga serie que llevaron a cabo. Este pronóstico —hecho con fines académicos, ajeno a los servicios meteorológicos— acertó en el cambio de régimen climático de mayo a junio; calculó bien el tamaño y ubicación de las anomalías de temperatura y precipitación, sobre todo en EUA. Por lo dicho —y lo no dicho—, en las últimas secciones el lector puede vislumbrar que, de los tres campos con que se inicializa el MTC, el menos importante es el de la temperatura troposférica. Efectivamente, el hecho de que en cierto mes la atmósfera esté más caliente o fría de lo normal, poco influye en que el mes siguiente sea más cálido o fresco, lluvioso o seco. Estas condiciones están más determinadas por el casquete polar, anormalmente extendido o retraído, y porque el océano tenga temperatura mayor o menor a la normal. El océano es la memoria energética del sistema climático; en este sentido, la atmósfera es (térmicamente) desmemoriada; vamos, la temperatura (ambiente) que tenemos encima influye menos en el clima del mes siguiente que la criosfera y el océano, que nos quedan más lejos. La temperatura
troposférica no tiene importancia crucial, pero tampoco es despreciable, por eso la incluimos en las condiciones iniciales; en otras palabras, no determina el campo calculado, pero sí lo refuerza. Frecuentemente, la gente cree que las fluctuaciones consecutivas son contrastadas; es decir, que las anomalías se dan en sucesión de signos alternados: a una positiva le sigue una negativa, y viceversa. Esto se señala en algunos refranes como: "Cuando el invierno primaverea, la primavera invernea", pero realmente los contrastes son raros; la mayoría son engañosos; p. ej., el invierno que sigue a un verano cálido parece —por ilusión sensorial— muy frío. VIDA Y DULZURA Hemos platicado de los pronósticos más exitosos del MTC, pero por supuesto no son así en todos los casos; no todo es vida y dulzura. Los casos aislados dicen poco, la evaluación de un modelo debe ser objetiva; para eso se requiere acumular una serie larga de experimentos numéricos, estadísticamente significativa y por diversos métodos comparar su habilidad de acierto, su predictabilidad, con la de los controles (persistencia, retorno a la normal, etcétera.) Nosotros, y también algunos colegas de instituciones extranjeras, hemos hecho esta evaluación estadística del MTC, y el resultado ha sido que posee una predictabilidad superior a los controles. Estos andan en algo así como 60% de tino, y el MTC los supera sistemáticamente, aunque sólo por unos cuantos puntos porcentuales; pero —como se dijo en el capítulo VII— este pequeño excedente es muy meritorio y semejante al de otros modelos de países extranjeros. Aún estamos lejos, en todo el mundo, de contar con el modelo que acierte en el 90% de los casos, y llegar al 100% de predictabilidad es ilusión. La discusión precedente puede dejar la falsa impresión de que predecir el clima se reduce a meter a la computadora unos cuantos campos anormales y esperar la salida de resultados. Efectivamente, al echar a andar el programa computacional del MTC entra en acción un complejo sistema de algoritmos numéricos, ecuaciones matemáticas, leyes físicas, parametrizaciones semiempíricas, etc. que procesan numerosos campos climáticos normales y anormales de todo el hemisferio, simulando los fenómenos e interacciones naturales y dando por resultado las condiciones climáticas del mes deseado. Sin embargo, programáticamente no existe una cosa tal como El modelo; el MTC es un programa con muchas opciones, según se desee o no incluir diversos mecanismos climáticos, o para seleccionar parametrizaciones alternativas de cierto mecanismo, etc.; también tiene los comandos de la corrida para fijar el mes y año que se desea, el archivo de datos que debe usar, los campos que debe exhibir, imprimir, etc. Todo esto sin contar la magna empresa inicial de construir el modelo y mejorarlo continuamente. Hemos insistido en la importancia que las condiciones anómalas de la superficie (temperatura del océano y extensión del hielo y la nieve) tienen sobre el clima (manifestado principalmente en las anomalías de la atmósfera, en
constante circulación) del mes siguiente. Sin embargo, es claro que estas condiciones anormales en la superficie subyacente pueden a su vez deberse a las condiciones de la circulación troposférica; lo que queremos subrayar es que una vez que aparecen, influyen en la circulación de modo determinante para mantener un estado anómalo que puede persistir durante algunos meses. Una última aclaración. Todos los campos (normales y anormales, de entrada y salida) son variables promediadas mensualmente, excepto el campo de criosfera anormal de entrada, dado que es más significativo el estado de la cubierta congelada en los días finales del mes previo que el promedio de todo ese mes; por lo tanto, se usa el campo medio de la última semana. Podría pensarse en hacer lo mismo con las temperaturas anormales de entrada; realmente tiene sentido tal inquietud, y los colegas de Lamont, Columbia, han probado que da buenos resultados. Tenemos en mente llevar a cabo esta mejora, evaluarla estadísticamente y, en su caso, adoptarla.
IX. EL CLIMA CAMBIANTE Lo que de ti yo extraiga, que de inmediato vuelva a renacer; ¡que no atraviese yo parte vital tuya, que no te hiera el corazón, oh pura! El verano, los meses frescos, los lluviosos, el otoño y los meses de las nieves y la primavera, oh Tierra, son tus ordenadas estaciones, son tu año. ¡Que día y noche nos produzcan fruto! "Himno a la Tierra", Atharva Veda , India, siglo v a.C. VOLCANES QUE ENFRÍAN capítulo anterior hablamos de las alteraciones del clima a corto plazo; en éste trataremos de las de largo plazo; éstas se llaman cambios, y abarcan desde alrededor de una década hasta cientos de millones de años. Por supuesto que esta división de las alteraciones climáticas es arbitraria, como cualquier otra y, por lo tanto, no es nítida ni excluyente. Dentro de los cambios climáticos vamos a empezar con aquéllos de más corto plazo de recurrencia y permanencia. EN EL
Las grandes erupciones modifican el clima a escala planetaria; en otros capítulos ya hemos mencionado varias veces la del Krakatoa, ocurrida el siglo pasado, y también aludimos a la de la caldera Toba de hace 75 000 años. El comportamiento de los volcanes es muy irregular y —hasta ahora— impredecible; se dan en la corteza terrestre (continental y oceánica) y afectan al clima, pero éste no los afecta; esto da pie a precisar lo que entendemos por factores externos e internos del sistema climático. Desde el primer capítulo dijimos que el sistema está compuesto por la atmósfera, el océano y el continente; ahora lo reiteramos, precisándolo un poco. Ciertamente, estas tres capas del planeta interactúan con el clima, pero no todas sus partes o aspectos lo hacen. Se consideran componentes del sistema climático sólo aquellos elementos atmosféricos, oceánicos y continentales que interactúan bidireccionalmente con el clima; es decir, que lo afectan y —a su vez— son afectados por él; estos componentes se llaman factores internos del sistema climático. Por otro lado, los factores planetarios que afectan el clima pero no son afectados por él se llaman externos. En esta identificación, interno-externo no significa cercanía-lejanía, o dentro-fuera en el sentido geométrico, sino su grado de participación funcional en el clima. Naturalmente, también hay elementos geofísicos que no son ni internos ni externos al sistema climático, simplemente no participan, ni siquiera en una dirección; p. ej., los temblores, los maremotos, tal vez las auroras polares, etc., ni afectan al clima ni son afectados por él. La nueva nomenclatura nos permite distinguir mejor entre fluctuaciones y cambios: en la primera sólo intervienen los factores internos del sistema climático, y en el segundo actúan principalmente los externos, sin excluir a los factores internos. Las erupciones volcánicas son de ínfima duración (del orden de horas), pero su efecto puede durar años. No todas las erupciones tienen importancia climática; sólo las explosivas, que lanzan violentamente gran cantidad de material hasta la estratosfera, donde no hay lluvia que lo lave. Estos aerosoles, cenizas y polvo producto del volcán tardan años en caer por gravedad; mientras tanto forman un velo que atenúa la radiación solar y el clima se enfría unas décimas de grado. Algunas de estas sustancias y los gases que también emite el volcán, pueden hacer el efecto contrario: transparentes a la radiación solar y opacas a la terrestre (de onda larga); producen entonces el efecto invernadero, calentando el clima. Sin embargo, el primer efecto es mucho mayor que el segundo y el resultado neto es enfriamiento. Hay otra razón para considerar como tales a los cambios climáticos por vulcanismo; las erupciones ocurren irregular e imprevisiblemente; la mayoría lo hace sin la violencia suficiente para repercutir en el clima, aunque arrojen mucho material y produzcan otras calamidades; p. ej. el Santa Helena (EUA, 1980) y las del volcán de Colima en los últimos años. Las erupciones que sí afectan al clima ocurren con separación de varios años; pueden pasar décadas
enteras sin registrarse ninguna y haber más de una en el mismo decenio; de 1915 a 1945 no hubo nada; en cambio entre 1900 y 1915 hubo cuatro; la del Soufrière (Isla Guadeloupe), Santa María (Guatemala), Shtyublya Sopka (Rusia) y la del Katmai (Alaska). Por lo tanto, el periodo de recurrencia de las erupciones que afectan el clima, en una buena porción del planeta y a lo largo de años, es del orden de décadas, mismo que hemos identificado como plazo mínimo de los cambios climáticos. NIÑO CON CHICHÓN Sin duda, el volcán más célebre del decenio es el Chichón, no sólo entre sus paisanos mexicanos, sino en el mundo. Ubicado en Chiapas, este volcán tuvo repetidas erupciones violentas en la primavera de 1982; aquí relatamos algunos de sus efectos climáticos y atmosféricos. El Chichón inyectó a la atmósfera una enorme cantidad de material; partículas líquidas y sólidas formaron una densa nube a 27 km de altura snm. La erupción coincidió con la época en que el viento de este a oeste era máximo, dentro de la oscilación cuasibienal de la estratosfera. Por esta razón, la nube de aerosol, ceniza y polvo se extendió rápidamente hacia el oeste y en tres semanas ya formaba un cinturón alrededor del mundo, entre los paralelos 5 y 30°N. La presencia de estas partículas fue claramente detectada, pero no así su efecto térmico; tan denso y amplio velo debió atenuar la radiación solar y bajar la temperatura en esa ancha zona del globo. La merma de radiación entrante al planeta fue efectivamente registrada, pero no el enfriamiento del clima. ¿Qué pasó? Resulta que por esos mismos meses hubo Niño, que además fue grande. El Niño calienta el clima; por lo tanto, se contrapuso y ocultó el impacto térmico del Chichón. Bueno, y ¿qué Niño es ése?, o mejor ¿qué es eso de El Niño ? Tan tierno nombre no se refiere a ninguna suerte de inocente criatura, sino a un fenómeno oceánico más bien monstruoso, que altera el clima y tiene repercusiones negativas en la economía, al abatirse la pesca de anchoveta, la producción de harina de pescado y la recolección de guano en Perú. Se trata de una anomalía positiva de temperatura del Pacífico ecuatorial de unos 4°C, cuyas consecuencias mayores se dan en el litoral sudamericano. La contracorriente ecuatorial del N, que fluye hacia el E, se desplaza hacia el S, llevando agua cálida muy salobre hacia las costas de Ecuador, luego se mezcla con la corriente fría de Humboldt, que procede del S, resultando un flujo tibio hacia Perú. Esta anormalidad es lo que propiamente constituye la "corriente de El Niño ", la cual bloquea la surgencia (emersión de agua profunda del océano hacia. la superficie), que normalmente opera ahí acarreando plancton, nutriente básico de los peces chicos (principalmente la anchoveta), que a su vez lo son de peces mayores (como el atún) y de las aves guaneras, cuyos desechos digestivos son el famoso fertilizante. Es posible que —durante meses— la anchoveta se sumerja o retire mar adentro en busca del plancton; consecuentemente, el atún y las aves también emigran. Sin embargo, la catástrofe más notable es la mortandad de esta fauna.
El Niño es
un fenómeno recurrente, pero no periódico; aparece en promedio cada cuatro años, no obstante puede haber uno dos años después de otro y no haber ninguno en cinco años. Su pintoresco nombre proviene de que —cuando se presenta— comienza a manifestarse hacia fines de diciembre o principios de enero, y el espíritu navideño de los pescadores peruanos lo asocia con el niño Dios. Esta denominación se usa en todos los idiomas y con mayúscula, a veces se traslada con todo y artículo también con mayúscula: El Niño. Así, como no se sabe en qué año va a haber Niño y en cuál no, tampoco se puede prever de qué tamaño va a ser, pues los hay grandes y chicos. Además, a veces son gemelos: nacen dos casi juntos. También hay abortos: se advierten indicios de gestación y... nada. En fin, hay toda una obstetricia oceanográfica, de la que no soy experto. Aunque su impacto térmico es mayor cerca del ecuador, El Niño puede sentirse oceanográficamente hasta el litoral pacífico mexicano. Sus secuelas en la atmósfera trascienden más allá que las marinas; la circulación atmosférica se debilita y la temperatura ambiente se eleva. Su efecto climático de peores consecuencias son lluvias torrenciales en la árida costa de Sudamérica (Desierto de Atacama), que producen gran erosión. A mayores distancias, no es claro si El Niño induce humedad o sequedad, ni tampoco si los retozos del párvulo acrecientan o aminoran los huracanes. En esta sección hemos considerado a El Niño como causa, y a los cambios climáticos como efecto; en verdad esto no es unidireccional ni así de fácil. Tal vez otras alteraciones atmosféricas conciben al crío, o contribuyen a su gestación, particularmente dos: una es la llamada "oscilación austral", consistente en que —en el Pacífico sur— la presión atmosférica aumenta en su margen oeste (Australia e Indonesia) y disminuye en el este (Sudamérica); la otra posibilidad son los vientos cálidos procedentes del desierto de Atacama (Perú y Chile). De nuevo el problema del huevo y la gallina. LA ISLA DE CALOR Ya explicamos que el polvo originado en erupciones volcánicas enfría el clima. Lo mismo debe suceder con el polvo de otras fuentes, naturales y artificiales; efectivamente, así es, con la única diferencia de la escala espacio-temporal. La supremacía del polvo volcánico radica en su enorme monto, su permanencia de años en la estratosfera y su propagación alrededor del globo. Ninguna otra fuente de polvo tiene esos alcances. Tal vez el polvo de origen natural que sigue en importancia es el levantado del desierto por tormentas. Puede llegar a miles de kilómetros en la horizontal, pero se queda en niveles bajos y en unos días es devuelto a la superficie por la gravedad o por la lluvia. El polvo artificial tiene impacto únicamente local; puede ser de origen bélico, industrial, etc.
Afortunadamente —y ojalá se extinguieran— las guerras son circunscritas y de corta duración; la industria —en cambio— puede tener efecto permanente; en una urbe con alta concentración de ella, como la ciudad de México, el polvo es constituyente normal del esmog. Ciertamente, el polvo —por sí solo— enfriaría el clima citadino; revuelto con los gases, su bloqueo de la radiación solar es superado por el efecto invernadero de éstos, con el resultado neto de la conocida "isla de calor". Adicionalmente, otras actividades y características metropolitanas (combustión, transformación, iluminación... hasta el hacinamiento humano) producen calor. Deduciendo, el polvo atmosférico aminora el calor inducido por los gases; en ese sentido, ambos contaminantes se contraponen benéficamente; empero, el daño orgánico que ocasionan de ningún modo se atenúa sino que, al contrario, se intensifica. En el resultado neto está incluido el aumento de albedo: el asfalto de calles y el concreto y la lámina de techos hacen que la ciudad sea más brillosa, rechace los rayos del Sol y la temperatura baje. En fin, el ambiente urbano es resultado de procesos complejos sobrepuestos y ciertamente constituye un cambio climático local porque es permanente (desde hace décadas), comparado con su entorno rural y con las condiciones prevalecientes antes de la urbanización. Otras manifestaciones del cambio climático por urbanización es que las ciudades son más resecas, pero en ellas los aguaceros y granizadas son más intensas. Lo primero (humedad) por la escasez de vegetación y cuerpos de agua, además del aumento de temperatura (que disminuye la humedad relativa); y lo segundo (precipitación) por la gran concentración de nucleantes y la convección inducida por la isla de calor. También las guerras enturbian la atmósfera; la reciente del golfo Pérsico, con su secuela de petróleo derramado y pozos incendiados, posiblemente provoque cambios climáticos regionales que duren años, aunque todavía no es claro en qué sentido actúen. El derrame de un millón de toneladas de crudo y el incendio de casi mil fugas constituyen la marea negra y el siniestro industrial, respectivamente, más grandes de todos los tiempos; sin embargo, en 1991, las emisiones de hollín de estos desastres son, a escala global, menos preocupantes que las del volcán Pinatubo en Filipinas o la quema de bosques en África y Sudamérica. LAS APARIENCIAS ENGAÑAN En las secciones anteriores explicamos que volcanes, guerras e industria generan polvo y ceniza; pero no son las únicas fuentes de partículas suspendidas, ni tampoco son éstas las únicas impurezas que inyectan a la atmósfera. Volcanes, guerras e industria también emiten gases y líquidos contaminantes.
Los principales gases lanzados por los volcanes son bióxido de azufre, C0 2 y vapor de agua, que luego de reaccionar forman en la estratosfera ácido sulfúrico, sulfato de amonio, etcétera. Sobre el C02 y otros gases contaminantes ya hablamos en el capítulo V. Sólo reiteramos que la mayoría de los gases artificiales son de invernadero, es decir opacos a la radiación terrestre y transparentes a la solar; por lo tanto, calientan. El 03 es uno de ellos, con dos modalidades: la acción humana lo origina — básicamente por combustión motriz— en las ciudades, constituyendo un contaminante en los niveles bajos (troposfera), y lo destruye —con CFCS, óxidos de nitrógeno, etc.— en la estratosfera, donde sirve para bloquear los dañinos rayos ultravioletas del Sol; de modo que el hombre incrementa el 0 3 donde perjudica (a las vías respiratorias, ojos, etc.) y lo decrementa donde beneficia. Desde hace algunos años, cuando hubo cambio de gasolinas, el plomo se volvió marginal y el 03 pasó a ser el protagonista de la contaminación en la ciudad de México. Tanto el C0 2 (el mayor causante de la isla de calor) como el 03 y en general los gases inyectados artificialmente a la atmósfera son transparentes. Por lo tanto, cuando el esmog es más notorio a simple vista no necesariamente es mayor la concentración de los contaminantes que más afectan a la temperatura y a la salud, pues son invisibles; lo que se ve del esmog son sus componentes sólidos y líquidos; de hecho, el vocablo se formó con las palabras inglesas smoke (humo) y fog (niebla); ciertamente el humo lleva CO, C02 y otros gases, pero lo verdaderamente opaco es el hollín, la ceniza, etcétera; además, la niebla son gotitas de agua. Hay días en que el cielo se ve diáfano y, sin embargo, el reporte de la infición indica niveles nocivos de 03. Las apariencias engañan. ¿INVIERNO U OTOÑO NUCLEAR? Las explosiones nucleares producen gran cantidad de dióxido de nitrógeno (N02); por eso algunos investigadores rusos creen que el enfriamiento registrado entre 1940 y 1965 (apreciable en las figuras II.2 y V.4) se debe más a las pruebas nucleares realizadas en la atmósfera en esas décadas, que al vulcanismo registrado entonces, luego del periodo de quietud volcánica (19151945), mencionado en la primera sección de este capítulo. El mecanismo consiste en que el N02 reacciona con el agua, produciendo ácidos que van a dar a la estratosfera; ahí absorben radiación solar y calientan esos niveles, pero enfrían los inferiores. De esto último se vislumbra un comportamiento dual; efectivamente, los contaminantes enfrían o calientan según la altura donde se ubiquen y según su tamaño. Las partículas mayores (principalmente sólidos) absorben la radiación solar (o de onda corta) y, por lo tanto, obstruyen la entrada de calor a niveles inferiores. Las partículas menores (principalmente gases artificiales) absorben la radiación terrestre (onda larga) y entonces obstruyen la salida de calor. O sea que las pequeñas calientan y las grandes enfrían, pero ¿en dónde calientan o enfrían? pues... las chicas calientan la capa misma donde se ubican, pero las grandes enfrían a la capa que está debajo de ellas; además,
en la otra capa (considerando sólo troposfera y estratosfera) ocurre lo contrario, en cada caso. Este contraste por niveles se da porque el balance planetario de radiación debe mantenerse, suponiendo que el albedo global no cambia ni tampoco la radiación incidente en el planeta; consecuentemente, debe salir lo mismo que antes, pues la radiación entrante es igual. Naturalmente, estas suposiciones no se cumplen del todo. El polvo dispersa los rayos del Sol y entonces aumenta el albedo planetario; por lo tanto, en vez de absorber radiación, la rechaza; los niveles debajo del polvo se enfrían (como antes), pero ahora la capa que lo contiene no se calienta. La realidad es intermedia a ambos extremos: las partículas hacen ambas cosas, absorben y dispersan. Ahí no para el lío; como vimos en el capítulo III, cualquier elemento del sistema que absorbe radiación también emite (siempre en onda larga), y lo hace para abajo y para arriba; esta radiación, a su vez, puede ser absorbida por otras capas, etcétera. Anteriormente dijimos que la turbiedad antropógena de la atmósfera es insignificante comparada con la natural, bajo el supuesto de guerras de —a lo mucho— alcance regional. Sin embargo, una guerra nuclear global sí oscurecería la atmósfera en grado similar a las catástrofes geológicas, como la caldera de Toba (hace 75 000 años) y el cometa de los dinosaurios (hace 65 millones de años), reseñadas en el capítulo II. Esta calamidad antropógena, considerada singularidad impredecible, indeseable y aparentemente descartada, estuvo en boga hace algunos años y se le llamó inicialmente "invierno nuclear"; pero en años subsecuentes se recalculó el efecto climático de la conflagración, resultando menos dramático que la estimación previa, y se bautizó como "otoño nuclear". Las investigaciones no son concluyentes, se han abandonado un tanto, y es dudoso si la detonación generalizada del arsenal nuclear mundial extinguiría la vida y sus posibilidades de recuperación. UNA CONSTANTE QUE CAMBIA Como se explicó en el capítulo III, la energía emitida por el Sol casi no varía, por eso se denomina constante solar. Siendo tan pequeñas estas variaciones, los instrumentos antiguos eran incapaces de detectarlas; pero las medidas modernas han demostrado que tal "constante" en realidad cambia. La variación de la luminosidad parece tener cierta correspondencia con los ciclos de manchas solares, pero no es seguro. Junto con estos vaivenes, la polaridad del Sol da brincos: sus polos N y S magnéticos se intercambian. En fin, coexisten varios ciclos sobrepuestos de características físicas que juntas constituyen la actividad solar; entre estas propiedades del Sol hay algunos vínculos claros y otros inciertos. Además, la actividad solar y el clima terrestre insinúan correlaciones que pueden ser sólo coincidencias, pues su base física es precaria. De cualquier modo, el Sol tiene una variabilidad pequeña; su luminosidad cambia dentro del 1%, y estos cambios no perduran lo suficiente como para que el clima reaccione a ellos. Tal vez la única ocasión registrada históricamente en que una variación solar persistió por décadas fue en los
siglos XVII y XVIII, con el mínimo de Maunder o Pequeña Era Glacial, pero naturalmente de esa época no hay medidas de la constante solar. Más información de esto aparece en la primera sección del capítulo III. Evidentemente, un aumento (o disminución) de la luminosidad del Sol debe calentar (o enfriar) el clima y esto se registrará más claramente cuanto más fuerte o duradero sea aquél (o aquélla). EN ÓRBITA En la sección anterior platicamos de la energía emitida o luminosidad del Sol, causa primigenia de la radiación recibida en la Tierra; pero, evidentemente, esta última depende además de otros factores llamados orbitales . Por "radiación solar recibida por la Tierra" (llamada también insolación) entendemos la que llega al planeta desde el espacio exterior, o sea la incidente en el tope de la atmósfera, antes de ser absorbida, reflejada o dispersada por el aire, las nubes, el suelo, el agua o el hielo. Naturalmente, el "tope de la atmósfera" es un nivel imposible de precisar, dado que la capa gaseosa del planeta se atenúa gradual e indefinidamente; pero pensar en unas decenas de kilómetros de altura es una buena aproximación. Por otro lado, identificar la insolación con la radiación procedente del espacio exterior es correcto, pues la radiación que proviene de otras fuentes es insignificante, comparada con la solar. Por lo tanto, la insolación depende (solamente) de la constante solar y de los parámetros orbitales, que son: oblicuidad, exentricidad , y longitud y posición del perihelio (la distancia más corta de la Tierra al Sol). La longitud del perihelio y la excentricidad determinan la órbita; y la posición del perihelio y la oblicuidad determinan la orientación de la Tierra respecto de esa órbita. De acuerdo con la primera ley de Kepler, la órbita de la Tierra es una elipse; consecuentemente, para describirla se requieren sólo dos parámetros, que pueden ser la longitud del perihelio y la excentricidad. La primera especifica el tamaño de la elipse y la segunda indica qué tan redondeada o alargada es. Adicionalmente, la segunda ley de Kepler establece que en su movimiento de traslación la Tierra no lleva velocidad uniforme; en el perihelio la rapidez es máxima y en el afelio (el punto opuesto, esto es, el punto más distante entre la Tierra y el Sol) es mínima. Analicemos ahora los otros dos parámetros orbitales. De la oblicuidad ya hablamos en el capítulo III; en esa oportunidad la definimos como el ángulo que hay entre el (plano del) ecuador y (el plano de) la órbita terrestre o eclíptica. Este ángulo mide 23.5°... actualmente, porque resul ta que cambia leve y lentamente. COMO UN TROMPO Cuando ponemos a girar un trompo, si lo dejamos vertical se queda "dormido", o sea que su eje permanece en esa posición; pero un momento después de
"dormir", o si lo soltamos inclinado, el trompo —además de girar— se bambolea; este movimiento se llama precesión y consiste en que el eje del trompo describe un cono alrededor de la vertical; conforme el cuerpo pierde vértigo , este cono se amplía y termina cayendo. Análogamente al trompo, la Tierra se bambolea; es decir, el extremo N de su eje de rotación (que la atraviesa de polo a polo) no apunta siempre hacia la misma estrella (actualmente a la Polar), sino que traza en la bóveda celeste un círculo que se completa en un periodo de casi 26 000 años. Por lo tanto, la Tierra tiene tres movimientos: rotación, cuyo periodo es de 24 horas; traslación, de 365 1/4 días; y precesión, de 25 900 años. Este último movimiento, mucho más tenue que los otros dos, es la causa de que la oblicuidad varíe; el valor de este ángulo oscila entre un mínimo de 22.5°y un máximo de 24.5°, en ciclos que duran decenas de mil enios. La precesión se debe a la influencia gravitacional del Sol y la Luna, y actúa sobre el abultamiento ecuatorial de la Tierra; en mucho menor grado, los demás planetas también ejercen influencia. La precesión produce algo más que la variación de la oblicuidad. Dado que el vaivén del eje no es en un plano sino en un cono, el ecuador cambia su orientación respecto de la eclíptica y consecuentemente cambian los puntos de la órbita (o momentos del año) donde la carrera del Sol cruza el ecuador celeste (proyección del ecuador terrestre en la bóveda celeste), es decir, los equinoccios. Esto ocasiona un corrimiento sistemático de las estaciones sobre la órbita terrestre; ésta es una elipse que mantiene fija su orientación en la bóveda, o sea que sus ejes apuntan siempre a las mismas estrellas. Dicho corrimiento se llama precesión de los equinoccos. HORÓSCOPOS DESPISTADOS Hace dos milenios y medio los babilonios de Caldea descubrieron y bautizaron el Zodiaco, que es un cinturón de constelaciones de la bóveda celeste en el plano de la eclíptica; es decir, las estrellas que sirven de fondo al Sol, visto desde la Tierra. Naturalmente no las vemos porque el resplandor solar las opaca; pero son las mismas que seis meses después (o antes) destacan en la noche. Los caldeos definieron 12 constelaciones y las asociaron a periodos mensuales, en fase con las estaciones; de modo que Aries va del 21 de marzo al 20 de abril; Tauro, del 21 de abril al 21 de mayo, etc. Esto significa que el primer mes de primavera el Sol estaba en la constelación de Aries, el segundo mes tenía por fondo a Tauro, etcétera. De paso, los babilonios inventaron la astrología, basada en la creencia errónea de que el destino de cada persona estaba determinado por la ubicación del Sol, en la bóveda, el día de su nacimiento.
Y ahora viene lo bueno. Eso de que el Sol está (ba) en Aries entre el 21 de marzo y el 20 de abril era cierto hace 2 500 años, ahora ya no; el Zodiaco se ha corrido como consecuencia directa de la precesión de los equinoccios. El desplazamiento de las estaciones sobre la órbita terrestre afecta también al cinturón de constelaciones; y como 2.5 milenios es casi la décima parte del periodo de precesión de la Tierra, entonces el Zodiaco se ha desplazado casi el 10% de una revolución. Esto significa un corrimiento equivalente a poco más de una constelación. En ocasión del eclipse de Sol del 11 de julio de 1991, algunos astrónomos hicieron campaña para que la gente observara que ese día el Sol estaba en la constelación de Géminis, no en la de Cáncer, como lo indica la astrología tradicional. Naturalmente, un eclipse total es una oportunidad magnífica para ver directamente la posición del Sol respecto de las estrellas; dado que estando cubierto el Sol, éstas son observables a pleno día. La superstición astrológica sigue basándose en el calendario zodiacal de los babilonios; pero los signos del Zodiaco están corridos por más de un mes y quienes hacen los horóscopos no se han tomado la molestia de, al menos, corregir las fechas en que "rigen". A lo mejor por eso fallan. Si usted cree en la ficción astrológica, en todo caso debería fijarse en el horóscopo anterior al suyo", pues esto es más cercano a la realidad astronómica; p. ej., si usted "es" Virgo tendría que hacer caso a lo dicho en el de Leo. La precesión de los equinoccios fue descubierta por el griego Hiparco hacia el año 130 a.C.; al darse cuenta de que la posición de las estrellas no coincidía con la reportada por los babilonios, concluyó —correctamente— que lo que se desplazaba no eran ellas, sino la "plataforma de observación" —la Tierra. DESNORTEÁNDONOS Unas secciones antes dijimos que la posición del perihelio y la oblicuidad determinan la orientación de la Tierra respecto de su órbita. La oblicuidad define la inclinación del planeta con la eclíptica; y la posición del perihelio, ¿qué tiene que ver? Para allá vamos. En la sección anterior explicamos que los equinoccios se desplazan sistemáticamente sobre la órbita, o sea que el ciclo de las estaciones va teniendo diferentes posiciones con relación al perihelio (y al afelio). Por lo tanto, la ubicación de los equinoccios, conjuntamente con la oblicuidad, determina la orientación del planeta en la eclíptica. Posiblemente es impreciso decir que la posición del perihelio determina la orientación, pues él —y la órbita completa— están fijos. Lo apropiado es: la precesión de los equinoccios con respecto al perihelio determina la orientación... En fin. CLIMA EN ÓRBITA
Ya describimos los parámetros orbitales, pero aún no explicamos cómo afectan al clima; ahora lo haremos. Naturalmente, si la órbita fuera más grande (como la de Marte), estaríamos más lejos del Sol y tendríamos un clima más frío; en cambio si fuera más chica (como en Venus) haría más calor. En cuanto a la excentricidad, es claro que una órbita más alargada produciría un notable efecto intraanual adicional a las estaciones. Actualmente, la distancia Tierra-Sol varía 3.5% a lo largo del año; o sea que la excentricidad es pequeña y su efecto en el clima es poco apreciable. Como se dijo en el capítulo III, el día que estamos en perihelio es el 3 de enero; lo cual atenúa el frío invernal en el HN. Se ocurriría pensar, en consecuencia, que el HS tiene estaciones más extremosas que el HN, pues en invierno el Sol está tendido y lejos, y en verano está elevado y cerca; pero en realidad aquello no sucede, porque en el HS hay mucho más océano que continente y la inercia térmica de aquél amortigua los cambios. La precesión de los equinoccios afecta al clima, al combinar el efecto estacional con el de distancia Tierra-Sol. Veamos. Las fechas de los equinoccios (y también de los solsticios) no varían (excepto, hasta por un día, debido a las correcciones por año bisiesto, como se anotó en el capítulo III); el calendario está atado a las estaciones, como referencia astronómica. Lo que sí cambia es la relación equinoccios-perihelio y eso es lo que incide en el clima, a consecuencia de la segunda ley de Kepler. La estación que toca en perihelio es más corta (y moderada) que la de afelio, pues por aquel punto la Tierra pasa rápido y por éste lentamente. Ahora hablemos del último parámetro orbital: la oblicuidad. Es obvio que si las estaciones se deben a la oblicuidad, al cambiar ésta las estaciones deben alterar su intensidad. Un ángulo mayor entre ecuador y eclíptica produciría inviernos más gélidos, por tener al Sol más tendido; un ángulo menor daría escasa variación estacional: el invierno y el verano serían más parecidos entre sí, pues en invierno los rayos del Sol se inclinarían menos que ahora. Además, al variar la oblicuidad, los trópicos y los círculos polares cambian de latitud de la siguiente manera: la latitud de los trópicos se incrementa, y la de los círculos polares se decrementa, lo mismo que se incrementa la oblicuidad. Para concluir con los efectos orbitales sobre el clima, diremos que éstos efectivamente existen, pero su escala temporal es enorme. Estos cambios climáticos tienen lugar en tiempos del orden de decenas de milenios y mayores. EL MODERADOR Y EL DESMEMORIADO Desde el capítulo I hemos dicho que el continente posee características físicas muy distintas al océano, y que éstas afectan mucho al clima: el océano tiene una enorme memoria o inercia térmica y un albedo muy pequeño; el continente, al revés. Es decir, el mar absorbe y guarda una gran cantidad de calor, y el suelo hace ambas cosas pero en mucho menor medida. Esta aseveración se aplica a la superficie desprovista de hielo y nieve; el casquete polar se comporta distinto: su albedo es lo doble que el del suelo y su capacidad
Diversas disciplinas, como la sedimentología, la glaciología, la dendrología y la palinología, proveen datos paleoclimáticos. La simulación por modelos consiste en calcular algún campo (p. ej. la temperatura ambiente), a partir de otros "observados" (como la extensión de la criosfera, la temperatura del océano, etc.) o suministrados por otras ciencias (el cálculo astronómico de la insolación, basado en las condiciones orbitales de entonces). El diagnóstico se verifica y el modelo se califica mediante el cotejo del campo calculado con el correspondiente observado. Desde el capítulo VII se dijo que en cualquier aplicación de un modelo, algunas cosas se prescriben y otras se generan. Un modelo más completo calcula más cosas con menos datos; lo que un modelo prescribe otro lo genera, etcétera. Por supuesto que los modelos tienen diversos grados de habilidad y a veces arrojan resultados encontrados. Esto último ocurre más cuando calculan cambios climáticos futuros, en que —evidentemente— no existen las observaciones para comprobar los resultados, según se mostró en el capítulo V. El MTC ha sido usado para simular paleoclimas, principalmente la evolución de la temperatura en los últimos 200 Ma por variación de la continentalidad (trabajo realizado en colaboración con investigadores del Observatorio Lamont, Universidad de Columbia, N.Y.) y durante la última deglaciación, de hace 18 000 años al presente (con la Universidad Católica de Lovaina la Nueva, Bélgica). Con el MTC se han calculado también cambios climáticos por perturbaciones supuestas de la luminosidad del Sol y bajo las condiciones orbitales reales de milenios pasados y futuros. Otra aplicación importante del MTC es la evaluación del cambio climático antropógeno esperado para el siglo XXI por el aumento de los gases de invernadero (capítulo V). Los cambios climáticos que realmente ocurren en la naturaleza son el resultado de varios factores sobrepuestos y simultáneos, nunca aislados. Unos de estos factores se conocen con certeza y exactitud (p. ej. los parámetros orbitales); otros son estables y predecibles dentro de cierta escala de tiempo (la actividad solar, la deriva continental, etc.), y algunos más son inciertos e imprevisibles (erupciones volcánicas, impacto de meteoritos o cometas, guerra nuclear, etc.). Sin embargo, aunque supiéramos exactamente la ocurrencia de todos los factores externos que lo afectan, el diagnóstico y el pronóstico cabales de los cambios del clima son imposibles ahora y en los próximos lustros. La razón de esto es que los modelos fisicomatemáticos, la disponibilidad de datos para alimentarlos y las computadoras para correrlos están subdesarrollados para cumplir tan colosal empresa.
X. MODELOS FUTURISTAS
Junto con él se precipitan las lluvias, que son suyas. Es el amigo de las Aguas, el que nació antes que nadie, cumplidor del orden. Es el aliento de los dioses, la progenie del Universo. Al dios Viento rindamos homenaje. Rig Veda, X, 168. India, siglo XII a.C. AHÍ ESTÁ EL DETALLE los modelos del clima se resuelven por computadora en puntos uniformemente distribuidos; sin embargo, este tipo de retícula no es la idónea en aplicaciones reales. Se antoja que haya mayor densidad de puntos en las regiones más pobladas, que es donde más observaciones se hacen y también donde más interesa explicar y predecir el clima. Las mallas no homogéneas tratan de satisfacer esta necesidad, pero su uso complica el método numérico. EN GENERAL,
Una alternativa, también computacionalmente compleja, consiste en resolver el modelo primero en una rejilla gruesa sobre un ámbito amplio; con el resultado se calcula el clima en una región interior más restringida, cubierta por una rejilla más fina, y así sucesivamente, hasta alcanzar el detalle requerido en el contorno deseado. Esta técnica se llama de mallas anidadas. Tanto las mallas no homogéneas como las anidadas ya empiezan a usarse, y se espera un futuro desarrollo generalizado. Recordando algo dicho en el capítulo VII, el problema de diagnosticar y pronosticar el clima abarca tres fases: entrada, proceso y salida; o disponibilidad de datos, formulación del modelo y solución numérica del mismo, respectivamente. En estos términos, las mallas no homogéneas y anidadas apuntan al futuro de la tercera fase, en la cual también incide el desarrollo de computadoras poderosas para correr ágilmente los modelos cada vez más complejos. LA UNIÓN HACE LA FUERZA Otra línea en la que habrá de progresar el pronóstico del clima es la automatización de sus tres fases. Esto significa que la supercomputadora en la cual corre el modelo esté conectada a las redes mundiales que suministran los datos necesarios; alimentando así el programa resuelve el modelo y sus resultados se trasmiten a las terminales o estaciones de trabajo de usuario diversos, los cuales despliegan los campos climáticos que necesiten, en el formato y dispositivo deseados. Aunque la cooperación internacional para concentrar y distribuir datos está muy avanzada, su disponibilidad, con la generalidad, completez y oportunidad
requeridas, todavía es deficiente. Esto se debe a que en amplias áreas del globo los datos escasean o se interrumpen, el instrumental de medición no es homogéneo, etc.; por todo ello los datos provenientes de los observatorios deben ser tratados con diversas técnicas para conformar campos climáticos manejables. Cuando estas deficiencias sean solventadas, y contando con el equipo adecuado de comunicación y cómputo, los modelos serán operativos ; es decir, con mínima intervención humana se alimentarán, pondrán en marcha y enviarán resultados a los usuarios. Naturalmente, el dispositivo científico y tecnológico descrito no es estático, evoluciona; conforme pasa el tiempo, la formulación fisicomatemática del modelo mejora, los datos aumentan en cantidad y calidad, surgen nuevas generaciones de computadoras, etc.; por estas razones, el modelo operativo se actualizará periódicamente, digamos cada año. Hemos hablado de redes como interconexión mundial de bases de datos, pero hay otro tipo de redes, cuyo uso se generalizará en los próximos lustros. Se trata de las redes de cómputo y proceso distribuido, que consisten en interconectar computadoras lejanas, para correr programas de una institución en la máquina de otra (incluso extranjera), correr simultáneamente partes de un programa en computadoras distintas, acoplar modelos diferentes corriendo cada uno en su propia institución, etc. Estas redes permitirán usar modelos del clima a investigadores que no tienen uno o no disponen de supercomputadora, suplementar deficiencias de un modelo con otro, etc. Habrá, en fin, una colaboración más efectiva entre investigadores alrededor del mundo, facilidades para entender por dentro los modelos ajenos, y seguramente también surgirán modelos más hábiles para explicar el clima pasado y predecir el futuro. BICHOS, YERBAS Y RAYOS Hasta aquí hemos entendido el clima como un conjunto de propiedades físicas (principalmente térmicas y dinámicas) de atmósfera, océano y continente. Por lo mismo, los modelos sólo incorporan procesos físicos como factores internos (o retroalimentadores) del sistema. Sin embargo, el clima tiene mecanismos no físicos que interactúan con él; a saber, fenómenos químicos y biológicos. Unos modelos incluyen a algunos de éstos, pero como factores externos al sistema, es decir prescritos, no generados. Ejemplo de proceso biológico interactuante con el clima es la relación humedad-vegetación-albedo: el suelo húmedo favorece el crecimiento de plantas, la cubierta vegetal reduce el albedo de la superficie, esto calienta el clima, etcétera. Para ejemplificar mecanismos bioquímicos internos al clima diremos que las plantas fijan C02 de la atmósfera y liberan oxígeno (02), los animales aspiran 02 y espiran C02, este gas —de invernadero— es absorbido por el océano y reacciona con sustancias disueltas en él. Además, plantas y animales
Diversas disciplinas, como la sedimentología, la glaciología, la dendrología y la palinología, proveen datos paleoclimáticos. La simulación por modelos consiste en calcular algún campo (p. ej. la temperatura ambiente), a partir de otros "observados" (como la extensión de la criosfera, la temperatura del océano, etc.) o suministrados por otras ciencias (el cálculo astronómico de la insolación, basado en las condiciones orbitales de entonces). El diagnóstico se verifica y el modelo se califica mediante el cotejo del campo calculado con el correspondiente observado. Desde el capítulo VII se dijo que en cualquier aplicación de un modelo, algunas cosas se prescriben y otras se generan. Un modelo más completo calcula más cosas con menos datos; lo que un modelo prescribe otro lo genera, etcétera. Por supuesto que los modelos tienen diversos grados de habilidad y a veces arrojan resultados encontrados. Esto último ocurre más cuando calculan cambios climáticos futuros, en que —evidentemente— no existen las observaciones para comprobar los resultados, según se mostró en el capítulo V. El MTC ha sido usado para simular paleoclimas, principalmente la evolución de la temperatura en los últimos 200 Ma por variación de la continentalidad (trabajo realizado en colaboración con investigadores del Observatorio Lamont, Universidad de Columbia, N.Y.) y durante la última deglaciación, de hace 18 000 años al presente (con la Universidad Católica de Lovaina la Nueva, Bélgica). Con el MTC se han calculado también cambios climáticos por perturbaciones supuestas de la luminosidad del Sol y bajo las condiciones orbitales reales de milenios pasados y futuros. Otra aplicación importante del MTC es la evaluación del cambio climático antropógeno esperado para el siglo XXI por el aumento de los gases de invernadero (capítulo V). Los cambios climáticos que realmente ocurren en la naturaleza son el resultado de varios factores sobrepuestos y simultáneos, nunca aislados. Unos de estos factores se conocen con certeza y exactitud (p. ej. los parámetros orbitales); otros son estables y predecibles dentro de cierta escala de tiempo (la actividad solar, la deriva continental, etc.), y algunos más son inciertos e imprevisibles (erupciones volcánicas, impacto de meteoritos o cometas, guerra nuclear, etc.). Sin embargo, aunque supiéramos exactamente la ocurrencia de todos los factores externos que lo afectan, el diagnóstico y el pronóstico cabales de los cambios del clima son imposibles ahora y en los próximos lustros. La razón de esto es que los modelos fisicomatemáticos, la disponibilidad de datos para alimentarlos y las computadoras para correrlos están subdesarrollados para cumplir tan colosal empresa.
X. MODELOS FUTURISTAS
transpiran, aparte de respirar. La evapotranspiración inyecta vapor de agua — otro gas de invernadero— a la atmósfera. Y todos estos procesos dependen de la temperatura, principal variable del clima. El párrafo anterior describe una parte del ciclo del carbono (C) en la naturaleza. Este elemento es la base química de la vida y da lugar al gas de invernadero más importante. Otros elementos con similares funciones son el nitrógeno y el azufre; los tres fluyen entre suelo (u océano), plantas y animales, y atmósfera. Por lo tanto, hace falta entender científicamente los ciclos biogeoquímicos de carbono, nitrógeno y azufre, y en el futuro modelarlos como parte del clima. Cuando la biota (conjunto de seres vivos) se integre orgánicamente en los modelos climáticos, entenderemos, entre otras cosas, si la deforestación causa sequía o al revés. Dejemos la biosfera y ascendamos a la estratosfera. En esta capa atmosférica los procesos más relevantes son los fotoquímicos: allí abundan los rayos cósmicos , que son partículas muy energéticas, algunas procedentes del Sol, pero mayormente de fuentes más lejanas. Estos rayos rompen moléculas, átomos y núcleos, dando lugar a numerosas reacciones químicas y nucleares. O sea que en esos niveles los componentes del aire están en continua transformación química. La reacción fotoquímica más conocida es la disociación del oxígeno molecular (O2) en dos átomos (2O), causada por un rayo ultravioleta y el posterior enlace de un O con un O 2, dando lugar al ozono (O3); esta molécula es disociada a su vez por otro rayo ultravioleta; el resultado de ambos mecanismos es un equilibrio que da lugar a una capa estable de O 3 en la estratosfera e impide que esa radiación llegue a la biosfera, donde dañaría a los seres vivos. Aunque la estratosfera queda fuera del escenario del clima, ella interactúa con la capa inferior —la troposfera—. EL BUEN HOMBRE En la sección anterior hablamos de la interacción entre los organismos biológicos y el clima, sin mencionar al hombre. Naturalmente, el ser humano es la especie viva más importante y también lo es para el clima. Pese a todo —y como fue dicho desde el capítulo I y analizado en el V— la acción antropógena sobre el clima sólo es notable a escala local; su influencia global aún no es significativa, pero se espera que lo sea en el siglo XXI. En sentido inverso, la relación de causalidad es mucho más fuerte: evidentemente, el clima afecta al hombre, modela a la sociedad y determina sus actividades. Al contrario de la influencia humana sobre el clima, la de éste sobre el hombre ha sido mayor en el pasado; actualmente —y lo será más en el futuro— su hábitat se adapta artificialmente según las necesidades, con dispositivos tecnológicos el hombre climatiza hogar, vehículos, centros de trabajo, estudio, compras, diversión, etcétera. Al cubrirse con ropa y moradas el hombre se protege de las inclemencias de la intemperie, tanto en el frío como en el calor, la sequía y la lluvia. Motivado
inicialmente por sobrevivencia y salud, con dispositivos pasivos (sombra, abrigo, etc.), buscó luego el confort y lo ha exagerado con dispositivos activos (calefacción, aire acondicionado, humidificación, etc.). Esta exageración produce aberraciones: al entrar a algunas oficinas o tiendas en tiempo de calor hay que cuidarse de un resfriado, porque refrigeran el edificio a una temperatura más baja de la que uno está acostumbrado en tiempo de frío. La climatización antropógena se concentra en ámbitos minúsculos, de modo que está lejos de ser considerada como modificación artificial del clima, aunque el abuso concomitante del consumo de combustible es causa importante del calentamiento global por el efecto invernadero. Por lo tanto, a escala global el hombre aún no modifica apreciablemente el clima, pero la influencia del clima en el hombre sigue siendo fundamental. Los factores naturales afectan al clima mucho más que los artificiales, con una sola excepción la guerra nuclear generalizada. Sin embargo, a escala local (urbanización, deforestación, cultivos, embalses, etc.) la acción antropógena sobre el clima sí es apreciable; por eso, y porque se espera una expansión de este alcance, la humanidad es, estrictamente, un componente del sistema climático: se afectan mutuamente. Reitero como ejemplo el caso de los pastores nómadas y la sequía del Sahel (capítulo VI): ¿Ellos —con sus rebaños— deforestan y ahuyentan la lluvia o la falta de ésta los obliga a emigrar al sur en busca de pastos? Es deseable incluir al hombre como retroalimentador del clima, modelar su comportamiento con ecuaciones, sobre todo en ciertas regiones y actividades; pero esto es casi imposible. La modelación matemática ha dado pobres resultados en las ciencias sociales, ejemplos son el fracaso de los modelos econométricos, la imprevisión de cambios políticos, de crisis sociales, económicas, etc. Tal vez esto pasa porque los especialistas de estas disciplinas han estado tradicionalmente lejos de las matemáticas, o porque éstas son —actualmente— insuficientes para modelar a la humanidad. La teoría de catástrofes es ejemplo de disciplina que apunta a cubrir estas deficiencias. Consecuentemente, antes de incorporar en los modelos a las actividades humanas interactuantes con el clima, debe cerrarse la brecha que separa a las matemáticas de las ciencias sociales. Tal vez la deficiencia se remonta más lejos: hay que medir primero ciertas variables sociales, psicológicas, etc., para luego cuantificar el comportamiento colectivo de la sociedad, el individual de los dirigentes, etc. Quién sabe si esto sea técnicamente posible y si los derechos humanos lo permitan; de cualquier modo, van a pasar décadas antes de tener resultados concretos en esta línea. ECHANDO A PERDER SE APRENDE La gente —sobre todo la del campo— puede desarrollar habilidades para predecir la temperie, incluso algunas de estas habilidades se sintetizan en
refranes; sin embargo, estas técnicas de predicción meteorológica tienen, por lo general, solamente validez local. De paso diremos que los refranes que anticipan la temperie según el comportamiento de algunos animales tienen poco valor; las condiciones atmosféricas determinan algunas conductas animales, pero éstas no las anticipan o predicen. Por otro lado, los proverbios que subordinan la temperie a la Luna y los planetas son inútiles; la apariencia de la Luna depende del estado de la atmósfera, pero las fases de la Luna no influyen en él. Por último, el folklore relativo a la predicción climática es infundado; o sea, el saber popular fracasa cuando trata de prever el clima de un mes o una estación, sobre todo cuando ve en las condiciones de un día particular los indicios de una temporada futura; el ejemplo más pertinente son las cabañuelas. Si bien los pronósticos vulgares son de escaso valor, otra cosa son los hechos por expertos. Vamos. Anteriores, simultáneos y complementarios a la predicción por modelos existen las estimaciones de meteorólogos y climatólogos prácticos. Su pericia se basa en estadística tácita, apreciación subjetiva e intuición inducida. Tras décadas de observar y revisar sistemáticamente el estado y evolución de la naturaleza, guiado por un preceptor que le trasmite sus conocimientos por ensayo y error, repetición y contagio, el aprendiz se convierte en experto de respetable habilidad. Esta destreza tiene mucho de arte y no es del todo científica, dado que no es completamente objetiva, cuantitativa, ni comunicable. Es decir, se muere el experto y junto con él su saber; éste no puede trasmitirse por escrito, sino que se adquiere sólo por contacto directo con el maestro. Las predicciones del empírico no emanan de correlaciones de causa-efecto, no se fundamentan en leyes físicas; en todo caso el empírico transcurre por la vertiente de la estadística como alternativa al modelo fisicomatemático: aprende que ciertas condiciones meteorológicas son preámbulo de tal o cual temperie o clima; así, es capaz de extrapolar hacia delante en el tiempo, por tendencia estadística intuitiva. Puede ser que recurra a explicaciones físicas para cimentar su predicción; pero ya hemos visto que platicando (argumentos cualitativos), por cada aseveración se pueden encontrar otras que también vienen al caso y la contradicen. MODELOS QUE APRENDEN Aparentemente, la sección anterior desentona en este capítulo; pero realmente sirve para introducir lo siguiente. La disyuntiva entre modelación y experiencia limita la predicción de la temperie y el clima. Los mejores resultados se obtienen cuando ambas vertientes se complementan y esto puede hacerse de dos maneras: integrando un solo
pronóstico con el resultado del modelo y la estimación del experto, o retroalimentando el modelo para que "aprenda" de sus propios errores como lo hace el experto, para que "no tropiece dos veces con la misma piedra". En la alternativa entre modelo y experto hay una fase intermedia: la estadística, que trata de formalizar lo que el experto hace subjetivamente. Este método hace a un lado las leyes físicas que regulan el proceso y, con estadística recursiva y auto-regresión de un promedio móvil, incorpora continuamente por retroalimentación los datos disponibles, autocorrigiendo el predictor. En palabras llanas: la situación futura se predice según la tendencia que muestre el registro previo, siempre actualizado por los nuevos datos, que a su vez sirven para verificar las predicciones anteriores y corregir continuamente la técnica estadística que se usa para predecir. El método estadístico del párrafo anterior da la pauta para incorporar al modelo el entrenamiento del experto. Es decir, el párrafo anterior describe el "modelo experto o que aprende" si le cambiamos unas cuantas frases: al principio sustituimos "método hace a un lado las leyes físicas" por "modelo basado en las leyes físicas", luego según la tendencia que muestra" por "según el modelo que regula" y al final "técnica estadística" por "modelo fisicomatemático". Esta metodología constituye un área madura de la teoría de sistemas, cercana a la teoría del control, con diversas aplicaciones científicas e ingenieriles; en meteorología y teoría del clima es incipiente. A continuación va una lista de expresiones que la caracterizan e incluso la identifican alternativamente: El modelo de evolución determinista deviene proceso estocástico que calcula la densidad de probabilidad de que algo ocurra. Estimadores estocásticos recursivos y adaptativos. Estimación secuencial con asimilación de datos. Esta asimilación absorbe errores de modelación e integración manteniendo la precisión. Inicialización o covariancia dinámica. AL FIN EL CAOS Para terminar el capítulo... y el libro, mencionaremos un tema fascinante (¿alucinante?), el último grito (¿alarido?) de la ciencia; toda una revolución científica y tal vez el surgimiento de una nueva ciencia... la teoría del caos , el descubrimiento más importante del siglo XX luego de la relatividad y la mecánica cuántica. Esto no significa —para nada— que la ciencia, el mundo o la naturaleza vayan a terminar en un caos; aunque eso fuera cierto, no tiene nada de fascinante. No. Me refiero a otra cosa: el descubrimiento de un orden insospechado en entes azarosos y la producción del caos a partir de reglas deterministas simples. En años recientes ha aparecido abundante bibliografía sobre el tema, a nivel de investigación, docencia y divulgación; en este último nivel destaca el libro Caos de James Gleick, que reúne características comúnmente incompatibles: clásico y bestseller.
La teoría del caos sería tema para un libro completo, por lo tanto es casi herejía tratar de reseñarlo en una sección de un capítulo. Espero que este reduccionismo no vaya a confundir al lector en vez de aclararle el panorama; me restringiré a ideas generales y la relación del caos con la atmósfera y el clima. Ojalá que no resulte caótico. La ciencia del caos fue iniciada por Edward Lorenz, meteorólogo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), a principios de los sesenta, cuando trabajaba con un modelo (sistema de ecuaciones). En seguida transcribo (casi textual-mente) un párrafo de Edmundo Flores (suplemento "El Búho", Excelsior, 15 de julio de 1990): La idea básica de la ciencia occidental es que los errores mínimos pueden ignorarse y que éstos no estallan ni producen grandes efectos arbitrarios. En el sistema de ecuaciones de Lorenz, sin embargo, los errores insignificantes resultan catastróficos; y de ahí dedujo y demostró que jamás seremos capaces de predecir el tiempo más de 2 ó 3 días; después de ese plazo las mejores predicciones del mundo son especulativas y después de 6 ó 7 días no valen nada. Esto se debe a que es imposible conocer y anticipar todas las fuerzas y circunstancias que afectan su curso, por ser demasiado numerosas para contarlas, analizarlas o descifrarlas. Por ejemplo, afirma Lorenz, el aleteo de una mariposa hoy en Hawai puede provocar una tormenta el mes próximo en los Alpes. Esta desquiciante afirmación es conocida como el efecto mariposa; su nombre técnico es: dependencia critica de las condiciones iniciales. Además, y aquí radica su genio, Lorenz percibió en el conjunto de resultados de su modelo del tiempo la presencia de una fina estructura geométrica oculta a simple vista; es decir, la existencia de un insospechado orden disfrazado de una distribución al azar que hasta entonces nos había pasado inadvertida; igual que el fabuloso mundo de los microbios antes de la invención del microscopio. ATRACTORES Y FRACTALES Lorenz dejó la meteorología y buscó maneras más sencillas de producir un comportamiento complejo; así inició la teoría de sistemas dinámicos o dinámica no lineal (nombres alternativos del caos). Encontró que el diagrama de soluciones de tal sistema, las cuales también se conocen como atractores extraños , permanece acotado, no se sale del papel pero no se repite nunca. Es desorden en tanto que ningún punto o trayectoria se reproduce, es impredecible localmente, pero estable globalmente. Se trata de un orden aperiódico o con periodo infinito. Las relaciones lineales cumplen la proporcionalidad y son modulares: se pueden desarmar y volver a armar. Son solubles matemáticamente y con ellas
uno construye modelos de la realidad, pero la dinámica no lineal es el comportamiento más común en la naturaleza; no es determinista, sino estocástico, fortuito, azaroso. Ahora copio unos párrafos de A. A. Tsonis y J. B. Elsner (Bulletin of the American Meteorological Society , enero de 1989, la traducción es mía): Simplicidad y regularidad se asocian con predictabilidad. P. ej., debido a que la órbita de la Tierra es regular y simple podemos siempre predecir cuándo llegará el invierno astronómico. Por otro lado, complejidad e irregularidad son casi sinónimos de impronosticable: la atmósfera, tan compleja e irregular, es más bien impredecible. Quienes tratan de explicar el mundo en que vivimos siempre esperan que, dentro de la complejidad e irregularidad observadas en la naturaleza, sea posible encontrar la simplicidad detrás de cada cosa y, finalmente, los eventos impredecibles se vuelvan predecibIes. Que la complejidad y la irregularidad existen en la naturaleza es obvio. Sólo necesitamos mirar alrededor para darnos cuenta de que prácticamente todo es azaroso en apariencia. ¿O no? Las nubes, como muchas otras estructuras de la naturaleza, se dan en un número infinito de formas. Cada nube es diferente, pero cualquiera reconoce una nube. Las nubes, aunque complejas e irregulares, deben poseer, en conjunto, una unicidad que las distingue de otras estructuras naturales. Surge la pregunta: ¿es completamente fortuita su irregularidad o hay algún orden detrás de ella? La teoría del caos define matemáticamente el azar generado por sistemas dinámicos deterministas simples y nos permite ver orden en procesos considerados completamente estocásticos. Muchos sistemas de la naturaleza son caóticos. Los avances en el estudio de los sistemas dinámicos caóticos sugieren que la naturaleza impone límites a la predicción. Sin embargo y al mismo tiempo, se ha demostrado que la pura existencia de los atractores implica que el azar está restringido a ellos. La teoría de los sistemas dinámicos caóticos nos ha permitido comprender mejor la atmósfera. Simultáneamente, aunque nos da una excusa para la impredictabilidad meteorológica, la teoría de los sistemas dinámicos está modulando nuestra manera de investigar y predecir la temperie. Junto con cierto pesimismo, el estudio de los sistemas dinámicos caóticos proporciona cierto optimismo. Nunca seremos capaces de predecir exactamente la temperie, pero es factible mejorar el pronóstico meteorológico si
mejoramos la completez y precisión con que medimos la condición inicial de la atmósfera, y si entendernos la predictabilidad en diferentes escalas de tiempo. Lo dicho para la temperie se aplica también al clima, aunque éste ha sido menos estudiado como sistema dinámico. Debido a la dependencia crítica de las condiciones iniciales, los modelos devienen caóticos porque carecemos del conocimiento perfecto sobre el estado inicial del sistema. Nuestros instrumentos sólo pueden medir aproximadamente, jamás con exactitud absoluta. Pero aun sin esta carencia, nuestros modelos detonan a la larga por causa de otras imperfecciones, a saber: idealizaciones conceptuales en su formulación, errores matemáticos de truncamiento, aproximaciones numéricas en la solución de las ecuaciones, etcétera. Estructuras complejas tangibles como nubes, cavernas, litorales, pulmones, etc., tienen infinita cantidad de recovecos y ramificaciones de todos tamaños, que siguen apareciendo cuando se observan con más y más detalle. Esta complejidad también se da en estructuras abstractas, p. ej. los atractores extraños, o sea el conjunto de soluciones de un modelo estocástico. Otro ejemplo muy importante es la turbulencia. Cuando uno observa un flujo (viento, río, etc.) nota en él remolinos, laberintos, etc.; si uno amplifica —con lupa, microscopio, etc.— la observación, encuentra nuevos remolinos y laberintos dentro de los originales, y así sucesivamente. Es decir, al cambiar de escala, la estructura conserva sus características. Estas estructuras se llaman fractales, y son no topológicas , autosemejantes y recurrentes, que se desarrollan por bifurcación. V. gr ., el ADN es incapaz de especificar el inmenso número de bronquios y alveolos, o la estructura de árbol resultante; pero sí puede especificar un proceso repetido de bifurcación y crecimiento. Esto dio lugar a la geometría y la dimensión fractal, que resultó ser la herramienta adecuada para medir la irregularidad y la complejidad. El grado de irregularidad es la eficiencia de la estructura para ocupar espacio. Los objetos topológicos tienen dimensión entera: los puntos tienen dimensión 0, las curvas 1, las superficies 2, etc.; pero los fractales tienen dimensiones fraccionales. P. ej., el atractor climático tiene dimensión 3.1 y el meteorológico entre 6 y 7. Aunque la teoría del caos nació de la meteorología y es en esta disciplina donde tiene tal vez mayores avances concretos, sus resultados prácticos son aún escasos. Se espera un enorme desarrollo de esta nueva ciencia. Además de que incide en casi cualquier área del conocimiento y —como ha sucedido repetidamente en el pasado— lenguajes, enfoques, técnicas y teorías que surgen de las matemáticas y la física permean después otras ciencias, humanidades y artes, llegando hasta la vida cotidiana. P. ej., en febrero de
1992 Vavlac Havel, último presidente de Checoslovaquia, mencionó, en un gran discurso, el efecto mariposa en la política. La nueva ciencia del caos está en pañales, el bebé está creciendo rápido y todo indica que va a ser una celebridad. Ojalá que jóvenes brillantes se entusiasmen por participar en esta revolución científica y sus aplicaciones a la naturaleza, para que la podamos entender, predecir y aprovechar mejor en beneficio de todos.
GLOSARIO abscisa. Eje coordenado horizontal. actividad solar. Comportamiento cíclico del Sol, con manifestaciones externas. activo. Dispositivo que crea un ambiente deseado consumiendo energía artificial. adiabático. Proceso termodinámico en el cual el sistema no intercambia calor con sus alrededores. advección. Transporte de calor por viento (horizontal) o por corrientes oceánicas. aerosoles. Partículas sólidas y líquidas suspendidas en la atmósfera. afelio. La distancia mayor de la Tierra al Sol. agua precipitable. Contenido de humedad en la atmósfera; se mide como el espesor vertical que ocuparía si toda el agua cayera. albedo. Fracción de la radiación incidente que es reflejada por una superficie, etimológicamente significa blancura. anomalía. Diferencia de la anormal menos la normal. anormal. Situación climática de un mes y año en particular. antropógeno. Generado por el hombre. aperiódico. Que tiene periodo infinito, que nunca se repite. Arqueozoica. Era del Precámbrico (hace 2000-1000 Ma). asimilación. Incorporación dinámica de datos en modelos expertos. astrología. Superstición referida a los astros.
atractor extraño. Diagrama de soluciones de un sistema dinámico caótico. Azoica. Era del Precámbrico (hace 4600-2000 Ma). balance de energía. Nombre alternativo para los modelos termodinámicos. balance de radiación. Contabilidad de la radiación que entra y sale. banda (espectral). Una de las porciones del espectro electromagnético en que un líquido emite (o absorbe). calentamiento. Transferencia de calor sin llevar consigo materia. calor específico. Capacidad calorífica por unidad de masa. cambio (climático). Alteración del clima con duración del orden de décadas o mayor. campo. Distribución espacial de alguna variable. caos. Estudio de los sistemas con comportamiento aperiódico. capacidad calorífica. Inercia térmica, resistencia de un cuerpo a cambiar su temperatura. capa mezclada. Porción superior del océano la cual interactúa con el clima, con un espesor de decenas de metros. carrera (del Sol). Trayectoria diurna del Sol en la bóveda celeste. causalidad. Relación causa-efecto. Cenozoica. Era geológica actual, comenzó hace 65 Ma. cero absoluto. Temperatura mínima que puede tener un cuerpo, 0°K, -273°C. cerrar (un problema). Tener en un sistema matemático tantas incógnitas como ecuaciones independientes. ciclo (logarítmico de base l0). Incremento de una potencia de 10 en las coordenadas logarítmicas. ciclo (de un elemento químico). Ida y vuelta de un elemento por la naturaleza, formando diversos compuestos, cambiando de fase, etcétera. ciclo hidrológico. Ida y vuelta del agua por la naturaleza, cambiando de fase. ciclogénica (región). Donde nacen los huracanes.
clima. Promedio temporal de las condiciones meteorológicas en periodos del orden de un mes o mayores. climática a corto plazo. Predicción del clima en un periodo del orden de un mes. climatología. Estudio del clima (normal). condensación. Cambio de fase de gas a líquido. conducción. Transferencia de calor a través de un medio material, sin movimiento de éste. conductividad térmica. Habilidad de un cuerpo para transferir calor por conducción. constante solar. Luminosidad del Sol; se mide como la radiación recibida en el tope de la atmósfera. continentalidad. Fracción de la superficie ocupada por continentes. continuo (espectral). Emisión (absorción) por un sólido, en todas las longitudes de onda. control. Predicción simple e inmediata. convección (física). Transferencia de calor acarreado por movimientos de la materia. convección (meteorológica). Componente vertical de la convección física, transferencia de calor en la atmósfera por movimientos ascendentes y descendentes del aire. corto (plazo climático). El del orden de un mes. covariancia. Inicialización dinámica de un modelo experto. Cretácico. Último periodo del Mesozoico. criosfera. Capa de hielo y nieve que cubre parcialmente océanos y continentes. crítica. Dependencia especialmente intensa o drástica entre unas condiciones dadas y sus consecuencias. Cuaternario. Periodo geológico actual. cuerpo negro. El que absorbe toda la radiación que incide en él.
cúmulo-nimbus. Nube de desarrollo vertical, que generalmente produce aguacero. deriva (corriente de). Arrastre del agua oceánica por el viento. deriva continental. Desplazamiento de los continentes que tiene lugar en decenas de millones de años. descripción. Observación. determinista. Dícese de la relación secuencial en la que un hecho resulta necesariamente de ciertas condiciones. diagnóstico. Explicación. difusión. Dispersión. dinámica no lineal. Comportamiento caótico. dispersión. Reflexión desorganizada de la luz por una superficie rugosa o por un gas. eclíptica. Plano astronómico que contiene la órbita terrestre. ecuador celeste. Proyección del ecuador terrestre en la bóveda celeste. ecuatorial. Dícese del plano que contiene a los ecuadores terrestre y celeste. efectiva. Dícese de la temperatura de un cuerpo resultante del equilibrio entre la radiación que absorbe y la que emite. efecto invernadero. Propiedad atmosférica consistente en dejar entrar la radiación solar e impedir parcialmente que la terrestre salga. efecto mariposa. Dependencia crítica o drástica de las condiciones iniciales. energía interna. Forma de energía contenida en un cuerpo, relacionada directamente con su temperatura. entrada. Insumo de un sistema. eón. Una de las dos divisiones mayores de la historia geológica. equinoccio. Día en que los rayos del Sol llegan verticales al ecuador. escala. Acotación numérica de un eje coordenado. esparcimiento. Dispersión.
espectro electromagnético. Conjunto total de las ondas electromagnéticas ordenadas según su longitud de onda o frecuencia. especular. La reflexión producida por una superficie pulida como un espejo. estacional. Referente a las estaciones del año. estado del tiempo. Conjunto de condiciones atmosféricas. estocástico. Lo que no es determinista; azaroso. estratosfera. Capa atmosférica ubicada encima de la troposfera, contiene a la capa de ozono. excentricidad. Medida de lo alargado que es una elipse. explicación. Esclarecimiento de las razones del comportamiento de un sistema. Fanerozoico. Segundo eón, comenzó hace 570 Ma. fase. Estado de la materia: sólido, líquido, gas o plasma. física del clima. Estudio del clima por medio de modelos. fisiografía. Descripción de la Tierra y los fenómenos que se producen en ella. fluctuación. Variación fortuita respecto de un promedio. fotón. Onda electromagnética, paquete mínimo de energía. fotoquímico. Fenómeno o reacción química producido por un fotón. fotosfera. Superficie emisora del Sol, cuya temperatura es 6 000°K. forzamiento interno. Mecanismo generado internamente en un modelo. fractal. Estructura concreta o abstracta que conserva su configuración al cambiar la escala en que se observa. frecuencia. Número de veces que un fenómeno repetitivo completa un ciclo en un intervalo de tiempo unitario. generada. Una interacción calculada internamente por un modelo. geostrófico. Viento originado por la rotación de la Tierra, se da efectivamente en la atmósfera libre. gradiente. Cambio espacial en el valor de alguna variable.
gradiente térmico. Disminución de la temperatura atmosférica con la altura. hardware. Equipo material de cómputo. helada. Enfriamiento que produce congelación del agua en la superficie. helada blanca. Helada que produce congelación del vapor de agua atmosférico y da aspecto blancuzco al paisaje. helada negra. Helada que produce congelación del agua contenida en las plantas y da aspecto oscuro. Holoceno. Época actual del Cuaternario (comenzó hace 10 ka). humedad relativa. Cociente de la humedad absoluta actual entre la humedad absoluta de saturación. ímpetu. Cantidad de movimiento, momento lineal, producto de masa por velocidad. inercia térmica. Resistencia al cambio de temperatura. infrarroja. Radiación electromagnética invisible cuya longitud de onda es mayor que la de la luz insolación. Radiación solar recibida localmente por la Tierra, depende de la hora del día, época del año y latitud. interno. Factor que afecta a un sistema y es a su vez afectado por éste. inversión térmica. Fenómeno atmosférico en el cual la capa superficial está más fría que la superyacente. ionosfera. Capa atmosférica superior caracterizada por la alta densidad de moléculas eléctricamente cargadas. irradiar. Emitir radiación electromagnética. isolínea. Línea que une puntos geográficos con igual valor de cierta variable. isotópico. Relativo a isótopos: átomos con el mismo número de protones pero con diferente número de neutrones. largo (plazo meteorológico). El del orden de un mes. latente (calor). El que tiene que ver en un cambio de fase. latitud. Distancia angular al ecuador.
línea (espectral). Longitud de onda o frecuencia específica en que un gas emite radiación electromagnética. lineal. Proporcional, modular. logarítmica (escala). Escala no lineal, sino de acuerdo al exponente al que hay que elevar una cantidad para que resulte el número deseado. longitud de onda. Distancia entre dos crestas o valles en la representación espacial de un fenómeno ondulatorio. luz. Porción del espectro electromagnético visible al ojo humano. mecanismo retroalimentador. Retroalimentación. media climatológica. Promedio del estado del tiempo en un periodo de muchos años (ortodoxamente, 30). mediterráneo. Tipo de clima en el cual el tiempo de lluvias es en invierno. meridional. Relativo al meridiano o círculo máximo que pasa por los polos. También, relativo al sur. mesosfera. Capa de la atmósfera ubicada encima de la estratosfera. Mesozoica. Era del Fanerozoico (hace 225-65 Ma). meteoro. Fenómeno o condición atmosférica. meteorología. Estudio del estado del tiempo. mínimo de Maunder. Periodo de ausencia de manchas solares (1645-1715). modelo. Representación teórica de la realidad por medio de relaciones fisicomatemáticas. modelo de circulación general. El fundamentado en la dinámica. modelo termodinámico. El fundamentado en los procesos de transferencia de calor. monótono. Función matemática que no tiene variaciones opuestas. monzónico. Tipo de clima en el cual el tiempo de lluvias es en verano. natural. Concreto, real, verdadero. Niño, El. Fenómeno térmico recurrente del Pacífico ecuatorial.
normal. Promedio de muchos años (ortodoxamente, 30) de alguna variable climática, su conjunto determina la climatología o media climatológica. nubosidad. Fracción horizontal del cielo cubierto por nubes. nucleante. Partícula sólida en torno de la cual se aglutinan las gotitas de agua. oblicuidad. Ángulo formado por el plano ecuatorial y la eclíptica (23.50). observación. Averiguación del comportamiento de un sistema, generalmente por medición de sus variables. onda electromagnética. Oscilación avanzante conjugada de los campos eléctrico y magnético. opacidad. Condición de opaco, habilidad para absorber radiación. operativo. Un modelo que funciona rutinaria y automáticamente, con mínima intervención humana. orbital. Uno de los parámetros que determinan la trayectoria de la Tierra alrededor del Sol y la orientación de la segunda respecto de la primera. Paleozoica. Era del Fanerozoico (hace 570-225 Ma). Pangea. Masa de tierra que existió hace 300 Ma y dio lugar a los actuales continentes. parametrización semiempírica. Relación matemática entre variables para describir un fenómeno; su origen es parcialmente teórico y parcialmente experimental. pasivo. Dícese de un dispositivo que crea un ambiente deseado sin consumir energía artificial. perihelio. Distancia más corta de la Tierra al Sol. persistencia. Permanencia de las anomalías; es un control. perspectiva. ilusión óptica por la cual los objetos se achican a la distancia. Pleistoceno. Época del Cuaternario (hace 3 Ma-l0 ka). poliatómica. Dícese de una molécula constituida por más de dos átomos. Precámbrico. Primer eón; terminó hace 570 Ma. precesión. Movimiento de rotación de un cuerpo rígido por el cual su eje de giro describe un cono. precipitación. Lluvia, nieve y granizo.
predicción. Cálculo adelantado del comportamiento de un sistema. prescrita. Dícese de la interacción que se implementa desde afuera y se introduce en un modelo; la que no es generada. proceso. Parte de un sistema ubicada entre la entrada y la salida. pronóstico. Predicción. Proterozoica. Era del Precámbrico (hace 1000-500 Ma). radiación. Haz de fotones, conjunto de ondas electromagnéticas; forma de transferir calor sin materia de por medio. radiación solar. La proveniente del Sol, incluso después de sufrir reflexión o dispersión; es de onda corta. radiación terrestre. La emitida por cualquier elemento del planeta, luego de ser calentado por el Sol; es de onda larga. radiosonda. Instrumento para medir variables meteorológicas en las capas superiores de la atmósfera. rayos cósmicos. Partículas muy energéticas provenientes principalmente de fuentes externas al sistema solar. resolana. Radiación de onda larga emitida por el suelo caliente. retorno a la normal. Control según el cual las anomalías tienden a disminuir su magnitud de un mes al siguiente. retroalimentación. Secuencia de interacciones por la cual un efecto se amortigua o refuerza. ruido (estadístico). Variabilidad natural de un sistema. salida. Producto de un sistema. saturar. Llenar. Alcanzar la capacidad máxima de vapor en el aire pasada la cual comienza a condensarse. sensibilidad. Estudio de la respuesta de un modelo frente a una alteración hipotética. sensible (calor). El que baja la temperatura al perderse, y la sube al ganarse. simulación. Reproducción de la normal por medio de un modelo. sistema. Porción de la naturaleza que arbitrariamente se delimita para fines de estudio; representación abstracta de esa porción de la naturaleza.
sistema climático. Porción del planeta en que tiene lugar el clima.. sistema dinámico. El que tiene un comportamiento aperiódico. software. Conjunto de programas de cómputo. solsticio. Día en que los rayos del Sol llegan verticales en el trópico. sublimación. Cambio de fase de sólido a gas. surgencia. Emersión de agua profunda del océano hacia la superficie. tectonismo. Desplazamiento del terreno a escala geológica. teleconexión. Relación lejana entre una causa y su efecto. temperatura absoluta. La que se obtiene de sumar 273°a la temperatura Celsius o escala centígrada; se mide en grados Kelvin. temperie. Estado del tiempo. teórico (sistema). Representación abstracta de un sistema natural. Terciario. Periodo del Cenozoico (hace 65-3 Ma). térmica. La radiación que produce sensación de calor. termoclima. Capa del océano debajo de la mezclada; en ella la temperatura disminuye conforme aumenta la profundidad. termosfera. Capa atmosférica ubicada encima de la mesosfera. tiempo (meteorológico). Estado del tiempo; temperie. topológica. Dícese de la configuración espacial que va perdiendo detalle conforme se aumenta la escala en que se observa. trabajo. Cantidad física que resulta de aplicar una fuerza a lo largo de una distancia no perpendicular a ella. transporte. Transferencia de calor con movimiento de materia. traza. Dícese de los gases que componen minoritariamente el aire. tropopausa. Límite superior de la troposfera. troposfera. Capa inferior de la atmósfera, escenario del clima; contiene toda el agua atmosférica.
ultravioleta. Radiación electromagnética cuya longitud de onda es menor que la visible. vértigo. Momento angular; mide la intensidad dinámica de un giro. visible. Parte del espectro que es detectable por el ojo humano. zonal. Relativo a los paralelos geográficos; localmente, dirección perpendicular a la meridional.
LECTURAS RECOMENDADAS
Adem, Julián. "Causas, efectos y posibilidades de predicción de las fluctuaciones y los cambio climáticos". Geofísica Internacional , vol. 16, pp. 203-254. México, 1976.a Barry, R. G., y R. J. Chorley. Atmosphere, Weather and Climate. Methuen & Co. Ltd., Londres, 1978, 432 pp.b Bravo, Silvia. Encuentro con una estrella. La Ciencia para Todos, núm. 38, FCE, México, 1987.143 pp.a Brooks, C. E. P. Climate through the ages. Dover Publications, Nueva York, 1970, 394 pp.a Bruce, J. P. La atmósfera de la Tierra, planeta viviente. Organización Meteorológica Mundial, Ginebra, 1990, 49 pp. Cifuentes, Juan Luis, Pilar Torres y Marcela Frías . El océano y sus recursos III. La Ciencia para Todos, núm. 17, FCE, México, 1986, 162 pp.a Clarke, Robin. The greenhouse gases. UNEP/GEMS Environment library núm. 1, Nairobi, 1987, 40 pp.a Colección México y la UNAM, núm. 3, Julián Adem Chahín. Imagen y obra escogida. UNAM, México, 1984, 54 pp.b Flammarion, Camille. L' Atmosphère. Librairie Hachette et Cie., París, 1873, 814 pp,c —. Astronomía Popular. (Edición revisada por G. C. Flammarion y A. Danjon.) Montaner y Simón, Barcelona, 1963, 680 pp.a Forrester, Frank H. 1001 Questions answered about the weather. Dover Publications, Nueva York, 1981, 419 pp.a Gleick, James. Chaos. Penguin Books, Nueva York, 1987, 352 pp.a Guerrero, Manuel. El agua. La Ciencia para Todos, núm. 102, FCE, México, 1991, 119 pp.a Hansen, J., y S. Lebedeff. "Global trends of measured surface air temperature". Journal of Geophisical Research, vol. 92, pp. 13 345-13 372, 1987.d
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sistema climático. Porción del planeta en que tiene lugar el clima.. sistema dinámico. El que tiene un comportamiento aperiódico. software. Conjunto de programas de cómputo. solsticio. Día en que los rayos del Sol llegan verticales en el trópico. sublimación. Cambio de fase de sólido a gas. surgencia. Emersión de agua profunda del océano hacia la superficie. tectonismo. Desplazamiento del terreno a escala geológica. teleconexión. Relación lejana entre una causa y su efecto. temperatura absoluta. La que se obtiene de sumar 273°a la temperatura Celsius o escala centígrada; se mide en grados Kelvin. temperie. Estado del tiempo. teórico (sistema). Representación abstracta de un sistema natural. Terciario. Periodo del Cenozoico (hace 65-3 Ma). térmica. La radiación que produce sensación de calor. termoclima. Capa del océano debajo de la mezclada; en ella la temperatura disminuye conforme aumenta la profundidad. termosfera. Capa atmosférica ubicada encima de la mesosfera. tiempo (meteorológico). Estado del tiempo; temperie. topológica. Dícese de la configuración espacial que va perdiendo detalle conforme se aumenta la escala en que se observa. trabajo. Cantidad física que resulta de aplicar una fuerza a lo largo de una distancia no perpendicular a ella. transporte. Transferencia de calor con movimiento de materia. traza. Dícese de los gases que componen minoritariamente el aire. tropopausa. Límite superior de la troposfera. troposfera. Capa inferior de la atmósfera, escenario del clima; contiene toda el agua atmosférica.
ultravioleta. Radiación electromagnética cuya longitud de onda es menor que la visible. vértigo. Momento angular; mide la intensidad dinámica de un giro. visible. Parte del espectro que es detectable por el ojo humano. zonal. Relativo a los paralelos geográficos; localmente, dirección perpendicular a la meridional.
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Adem, Julián. "Causas, efectos y posibilidades de predicción de las fluctuaciones y los cambio climáticos". Geofísica Internacional , vol. 16, pp. 203-254. México, 1976.a Barry, R. G., y R. J. Chorley. Atmosphere, Weather and Climate. Methuen & Co. Ltd., Londres, 1978, 432 pp.b Bravo, Silvia. Encuentro con una estrella. La Ciencia para Todos, núm. 38, FCE, México, 1987.143 pp.a Brooks, C. E. P. Climate through the ages. Dover Publications, Nueva York, 1970, 394 pp.a Bruce, J. P. La atmósfera de la Tierra, planeta viviente. Organización Meteorológica Mundial, Ginebra, 1990, 49 pp. Cifuentes, Juan Luis, Pilar Torres y Marcela Frías . El océano y sus recursos III. La Ciencia para Todos, núm. 17, FCE, México, 1986, 162 pp.a Clarke, Robin. The greenhouse gases. UNEP/GEMS Environment library núm. 1, Nairobi, 1987, 40 pp.a Colección México y la UNAM, núm. 3, Julián Adem Chahín. Imagen y obra escogida. UNAM, México, 1984, 54 pp.b Flammarion, Camille. L' Atmosphère. Librairie Hachette et Cie., París, 1873, 814 pp,c —. Astronomía Popular. (Edición revisada por G. C. Flammarion y A. Danjon.) Montaner y Simón, Barcelona, 1963, 680 pp.a Forrester, Frank H. 1001 Questions answered about the weather. Dover Publications, Nueva York, 1981, 419 pp.a Gleick, James. Chaos. Penguin Books, Nueva York, 1987, 352 pp.a Guerrero, Manuel. El agua. La Ciencia para Todos, núm. 102, FCE, México, 1991, 119 pp.a Hansen, J., y S. Lebedeff. "Global trends of measured surface air temperature". Journal of Geophisical Research, vol. 92, pp. 13 345-13 372, 1987.d
