Revelado el pulso del vórtice polar, clave para predecir tormentas

Predecir el camino de la corriente en chorro, la clave para un pronóstico estacional climático fiable, se ha hecho más real por el hallazgo de un vínculo físico entre este fenómeno y el vórtice polar.

Un nuevo estudio de la Universidad de Stanford ha revelado un vínculo físico entre la velocidad y la ubicación de la corriente en chorro y la fuerza del vórtice polar, un remolino de aire que generalmente se cierne sobre el Ártico.

"La corriente en chorro lo configura todo", dijo Aditi Sheshadri, autor principal y profesor asistente de Ciencias del Sistema Terrestre en la Escuela de la Tierra, Energía y Ciencias Ambientales (Stanford Earth). "Las tormentas lo recorren e interactúan con él. Si la corriente en chorro cambia, el lugar donde las tormentas son más fuertes también cambiará".

La investigación, publicada en el Journal of Atmospheric Sciences, identifica dos modos distintos de cómo fluye el aire dentro de la corriente en chorro y las capas de atmósfera que lo emparedan.

En un modo, los cambios en la velocidad y dirección del viento comienzan cerca del ecuador en la troposfera, la capa húmeda y tormentosa de la atmósfera debajo de la corriente en chorro y más cercana a la superficie de la Tierra. Los cambios de viento en este modo se propagan rápidamente a través de la corriente en chorro y hacia el vórtice polar en la capa superior seca de la atmósfera conocida como estratosfera.

En el otro modo, la fuerza del vórtice polar de la estratosfera influye en el camino y la fuerza de la corriente en chorro, y cómo interactúa con las tormentas en la troposfera. En este modo, el vórtice polar envía una señal hasta la superficie como un pulso. Un vórtice más débil produce una corriente de chorro débil que se desliza hacia el ecuador; un vórtice más fuerte intensifica la corriente en chorro mientras la atrae hacia el polo.

"Estas estructuras verticales profundas no se han mostrado antes", dijo Sheshadri. "Es algo fundamental sobre el sistema en sí". Su análisis podría ayudar a explicar los impactos del clima de superficie de un evento que ocurrió a principios de 2018, cuando el vórtice se debilitó tanto que se partió en dos, un fenómeno que los científicos saben que puede provocar hasta dos meses de clima extremo en Europa occidental. Hasta ahora, la comprensión de estas interacciones se ha basado en observaciones y modelos estadísticos más que en el conocimiento de su base física.

Estos modos podrían ser clave para predecir los efectos a largo plazo de ciertos cambios ambientales en la superficie de la Tierra. Mientras que se cree que el aire fluye con relativa independencia dentro de la troposfera y estratosfera en inviernos normales, ozono empobrecido, altos niveles de gases de efecto invernadero, calentamiento del océano, cubierta de nieve reducida y otras perturbaciones pueden afectar su independencia, afectando tanto al vórtice como a la corriente en chorro formas.

Las emisiones de gases de efecto invernadero, por ejemplo, pueden fortalecer el vórtice a la vez que aumentan las ondas que se propagan desde la troposfera y debilitan el vórtice a medida que se rompen.

"No sabemos cuál de estos dos efectos del aumento de los gases de efecto invernadero saldrá ganando", dijo Sheshadri.

CONSTRUYENDO MEJORES MODELOS CLIMÁTICOS

Para ayudar a encontrar respuestas, el equipo de Sheshadri se propuso comprender el clima como un sistema que responde de manera predecible a las fuerzas conocidas, a pesar de las dinámicas internas que son una combinación de fluctuaciones aleatorias y sistemáticas. Tomaron un teorema matemático utilizado durante casi un siglo para predecir el comportamiento aparentemente aleatorio en sistemas de mecánica cuántica y lo aplicaron a datos que representan la atmósfera de la Tierra en invierno.

"Tenemos 35 años de datos de viento", dijo Sheshadri. "¿Podemos decir algo solo a partir de esas observaciones sobre cómo los vientos cambiarán si, por ejemplo, se aumenta el dióxido de carbono? Eso es lo que hizo que todo esto comenzara".

Los modelos climáticos actuales son excelentes para mostrar los cambios de temperatura a lo largo de las capas de la atmósfera a lo largo del tiempo y con niveles variables de sustancias como el ozono o el dióxido de carbono. "Estamos bastante seguros de cómo va a cambiar la estructura de la temperatura de la atmósfera", dijo Sheshadri. "Sin embargo, si nos fijamos en los cambios en cosas como el viento, la lluvia o la nieve, cualquier cosa que sea una cantidad dinámica, realmente tenemos muy poca idea de lo que está sucediendo".

Y, sin embargo, estas son algunas de las métricas más vívidas para un clima cambiante. "Nadie siente la temperatura media global", dijo Sheshadri. "¿Cuántas veces en los próximos 10 años vamos a tener que lidiar con inundaciones o crisis repentinas en una región en particular? Ese es el tipo de pregunta que podría ayudar a responder".

Al revelar los procesos físicos que sustentan algunas de estas variables dinámicas, el método desarrollado en este estudio también podría ayudar a eliminar los defectos en los modelos climáticos.

"La forma en que hacemos esto actualmente es que tome un modelo y lo ejecute hacia adelante", verificando las predicciones del modelo con respecto a los datos observados, explicó Sheshadri. Pero muchos modelos basados en los mismos datos históricos producen diferentes predicciones para el futuro, en parte porque hacen suposiciones diferentes sobre cómo la troposfera y la estratosfera interactúan y cómo fluctúa la corriente en chorro. Hasta ahora no ha habido una manera de verificar esas suposiciones frente a la variabilidad actual de la atmósfera.