En el último número de la revista científica Ecological Modelling se ha publicado un interesantísimo artículo de Alessio Alexiadis (Department of Mechanical and Manufacturing Engineering, Universidad de Chipre) titulado Global warming and human activity: a model for studying the potential instability of the carbon dioxide/temperature feedback mechanism [1 MB].El artículo parte de la base que para poder preveer cuales podrían ser las consecuencias del actual calentamiento global es necesario utilizar modelos matemáticos y físicos. Dentro de los primeros están los Métodos basados en Modelos (Model-based Methods, MBM) y éstos permiten estudiar las relaciones entre la temperatura y los diferentes forzamientos a partir del análisis de series temporales de datos mediante herramientas matemáticas y estadísticas. Dentro de los segundos se engloban los típicos Models de Circulación General (General Circulation Models, GCM) que permiten estudiar los procesos físicos que se producen entre la atmósfera, la geosfera, la biosfera, la hidrosfera y la criosfera, a partir de ecuaciones fundamentales.
Los MBM permiten realizar buenas aproximaciones simples al problema pero no a los procesos físicos mientras que los GCM modelizan bien dichos procesos pero aún son muy groseros (la malla geográfica es muy amplia) y tienen muchas incertidumbres sin resolver. Alessio Alexiadis propone un tercer tipo de modelos que sería un híbrido entre los dos anteriores.
Así, utiliza la teoría de control y un modelo de retroalimentación (feedback model, un modelo que establece sus condiciones futuras a partir de los resultados en el presente) para modelizar las variaciones de temperatura promedio de la Tierra y de concentración de carbono en la atmósfera desde 1620 hasta la actualidad. El modelo híbrido sólo ha utilizado dos de los principales forzamientos (actividad solar y la concentración de los gases invernadero) y sus múltiples interacciones para modelizar la evolución del dióxido de carbono y de la temperatura promedio de la Tierra. Como consigue reproducir correctamente los datos del pasado, asume que el modelo funciona bien, y estudia cuatro posibles escenarios para el siglo XXI de evolución de la temperatura y de la concentración de carbono (o sea de CO2) en la atmósfera. Alexiadis también caracteriza la estabilidad de esos escenarios.
Aquí teneis los cuatro posibles escenarios de la temperatura para el siglo XXI. Como podreis ver, contempla todas las posibilidades. El primer escenario (Scenario 1) implica un aumento mayor de las actuales emisiones de CO2, el segundo (Scenario 2) sería el que se derivaría si no hiciésemos nada (lo que los científicos denominan un business-as-usual scenario, BAU), el tercero (Scenario 3) implica un ligero aumento de las emisiones durante la primera mitad del siglo XXI (como en la actualidad) para descender en la segunda mitad del siglo, y el cuarto escenario (Scenario 4) sería el que se derivaría si parásemos completamente las emisiones de CO2. El escenario es totalmente irreal pero el autor lo usa para explorar la reacción de la temperatura en una situación extrema. Las oscilaciones de la temperatura se dan en desviaciones respecto a la temperatura media de 1870.En el primer escenario, las curvas de temperatura y de CO2 muestran un aumento parabólico y para 2100 sitúa la concentración de dicho gas en 895.5 ppm (partes por millón), cuando la concentración actual está entorno a los 380 ppm. En el escenario BAU, la concentración de CO2 se situaría en 767.7 ppm, no muy lejos del pimer escenario. En el caso que las emisiones de CO2 siguiesen el tercer escenario permitiría situar la concentración de CO2 en 476.1 ppm, y por último, si siguiesen el hipotético cuarto escenario ésta se estabilizaría entorno a las 366 ppm.
La primera consideración que realiza el autor del artículo a la vista de los resultados de los cuatro modelos es que ya podemos considerar que la concentración de CO2 en la atmósfera es el principal motor del actual calentamiento. A pesar que hay una cierta contribución de la actividad solar, la del dióxido de carbono es mucho más importante.
La parte más interesante, par mí, del artículo es que realiza un estudio de la estabilidad de dichos escenarios. El análisis de estabilidad mediante la teoría de control permite identificar si el sistema se encuentra en situación estable (en este caso, a pesar que se incremente la concentración de CO2 la temperatura no se elevará bruscamente de forma imprevisible provocando un cambio de dinámica atmosférica de difícil previsión) o inestable (en que se produce dicho salto cualitativo y cuantitativo).
Tal y como Alexiadis demuestra en la actualidad nos encontramos dentro de la situación estable, pero muy cerca del límite con la situación inestable. De hecho, tal como apunta, el intervalo de confianza del 99% ya se encuentra dentro del campo inestable (exactamente, el intervalo de confianza intersecciona el campo inestable en el 86%, lo que significa que hay el 14% de posibilidades que ya nos encontremos en el campo inestable y que la temperatura y concentración de CO2 que estamos experimentando actualmente sea el inicio de la transición hacia este último campo.
En el caso que entrásemos en campo inestable se produciría lo que los paleoclimatólogos llaman un 'cambio climático abrupto', como el que se produjo hace 11,000 años, cuando la temperatura media de la Tierra descendió unos 6 ºC en muy poco tiempo (un par de centenares de años, aproximadamente) lo que provocó una pequeña glaciación de consecuencias devastadoras.
Y estos resultados los ha obtenido Alessio Alexiadis sólo teniendo en cuenta dos de los principales forzamientos ...
¡No quiero ni pensar lo que puede obtener cuando refine su modelo híbrido e incluya los otros forzamientos que le faltan!
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