¿Los fenómenos meteorológicos se alimentan de la actitud humana?

No podía dar crédito cuando abrí los ojos y comprobé cómo el techo de mi habitación era arrastrado por una corriente de aire destructora, y mi cara y mi cuerpo eran golpeados por diferentes objetos que volaban a mi alrededor...

Los huracanes han sido estudiados durante años por los investigadores tras el surgimiento  de diferentes hipótesis, las cuales, apuntan hacia una posible influencia negativa del ser humano sobre estos fenómenos meteorológicos. 

Convendría entonces dar respuesta a distintas inquietudes que surgen alrededor de este hecho: 

1. ¿Se han convertido en una evidencia clara de los efectos derivados de un planeta más caliente?
2. ¿Se están volviendo más frecuentes? 
3. ¿Es verdad que la actividad humana es la culpable del aumento de su poder devastador? 

La revista Science Advances inició 2020 publicando un sorprendente estudio (Reed et al., 2020) donde se analiza la influencia antropogénica del cambio climático sobre uno de los huracanes más devastadores que azotó las costas orientales de EE.UU en 2018, el cual fue bautizado como huracán Florence. Antes de adentrarnos en las bases sobre las que se sustenta el estudio científico, cabría hacer una especial mención al origen y formación de los huracanes.

El huracán Florence (2018) fue uno de los fenómenos meteorológicos 
más poderosos y destructivos de la historia reciente. Causó devastadoras 
inundaciones en Carolina del Norte y Carolina del Sur, EE.UU. 
Imagen desde la Estación Espacial Internacional.

Los huracanes son uno de los fenómenos meteorológicos más destructivos que podemos llegar a presenciar en nuestro planeta. Famosos por sus fuertes vientos y abundantes lluvias, constituyen un sistema tormentoso caracterizado por una circulación cerrada alrededor de un centro de baja presión. Estos fenómenos se originan en los trópicos a raíz de la radiación solar que incide sobre la superficie de los océanos Atlántico, Pacífico e Índico, lo que desemboca en una circulación atmosférica global gracias a los movimientos de convección que generan las masas de aire caliente, que tienden a ascender generando áreas de bajas presiones, y las masas de aire frío, que tienden a descender generando áreas de altas presiones. Esta circulación atmosférica combinada con la influencia de la rotación del planeta, provoca el denominado efecto Coriolis.

Los huracanes comienzan a formarse en la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), donde la radiación solar provoca la condensación del agua de los océanos generando masas de aire cálido que ascienden hacia las capas más altas de la troposfera debido a la disminución de su densidad. El efecto Coriolis provoca un desplazamiento de estas masas del aire hacia el este, lo que se traduce en una acumulación de aire entre los 20-30º de latitud que comienza a descender como consecuencia de su enfriamiento generando zonas de altas presiones subtropicales. 

La Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT) se caracteriza por ser una franja 
o cinturón de baja presión constituido por corrientes de aire ascendente, donde convergen grandes masas de aire cálido y húmedo provenientes del norte y del sur de la zona intertropical.

A partir de estas zonas de altas presiones subtropicales, se distribuyen las masas de aire hacia el Ecuador, cerrando la célula de Hadley, y hacia los polos, cerrando la célula de Ferrell. Las corrientes de aire que circulan desde las altas presiones subtropicales hacia las bajas presiones ecuatoriales son conocidas como vientos alisios, los cuales son desviados desde el este hacia el oeste. De esta forma, los vientos alisios del hemisferio norte soplan del noreste (NE) al suroeste (SO) y los vientos alisios del hemisferio sur soplan del sureste (SE) al noroeste (NO).

Es aquí donde debemos dirigir el foco de atención, pues esta convergencia de los vientos alisios en la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), es la que constituye el detonante que da origen a grandes formaciones nubosas y tormentosas como son los huracanes.

Los huracanes, ciclones y tifones son el mismo fenómeno meteorológico, pero 
reciben distintos nombres en función de la región donde se forman. Imagen obtenida 
de BBC News Mundo.

Una vez comprendido el origen y formación de los huracanes, pasemos a analizar el estudio científico desarrollado por los investigadores de la revista Science Advances basado en el huracán Florence.

Como se desprende del mismo, este proyecto se encuentra vertebrado en torno a un modelo numérico de predicción meteorológica, cuyo objetivo se centra en estudiar la influencia humana actual sobre el desarrollo del huracán usando datos meteorológicos para alimentar modelos físico-matemáticos de la atmósfera. De esta manera, el estudio consigue evidenciar cómo la trayectoria, el tamaño y las cantidades medias totales de lluvia terrestre asociadas con el núcleo de la tormenta, se  vieron modificadas como consecuencia de los cambios inducidos por los humanos en la composición de la atmósfera, es decir, por el cambio climático antropogénico. 

Sin embargo, este modelo numérico no se limita a estudiar únicamente el desarrollo a tiempo real del huracán, sino también a predecir cómo evolucionará el mismo. De hecho, dos días antes de la llegada del huracán Florence se pudo pronosticar los siguientes hechos:

• El huracán Florence sería ligeramente más intenso (presión superficial más baja) debido al cambio climático.

• Las cantidades de lluvia del huracán Florence sobre Carolina del Norte y Carolina del Sur aumentarían debido al cambio climático, pues estarían directamente relacionadas con las temperaturas más cálidas de la superficie del mar y la humedad disponible en la atmósfera.

• El huracán Florence aumentaría su área de extensión debido también a la influencia negativa del ser humano. 

Para abordar la cuestión relativa a la trayectoria del huracán, a continuación se muestra una imagen  ilustrativa:

 La línea roja representa la trayectoria del huracán ante las condiciones atmosféricas actuales. La línea azul muestra la trayectoria si los humanos
 no hubieran alterado las condiciones atmosféricas.

La trayectoria trazada en color azul se desarrolló modificando los valores actuales relativos a la temperatura de la superficie del mar y la humedad atmosférica, que constituyen los elementos alterados por el cambio climático y que, por ende, afectan directamente en el desarrollo y características del huracán. 

En lo relativo a la intensidad de las precipitaciones, el estudio refleja que la cantidad de precipitaciones acumuladas en el arco de 200 km de extensión analizados, se hubiera visto reducida en un 5% sin los efectos relativos a la influencia del cambio climático antropogénico. 

Precipitaciones acumuladas observadas en pulgadas dentro de los 500 km
del huracán Florence. El arco azul representa el rango de 200 km
analizados en el estudio.

Histogramas que representan las cantidades máximas de lluvia acumuladas
(a la izquierda) y las cantidades de lluvia acumulada total (a la derecha) dentro de
los 200 km de extensión analizados. Las líneas rojas representan los resultados
obtenidos ante la influencia del cambio climático. Las líneas azules representan los resultados obtenidos sin influencia negativa del ser humano.

Otro factor importante a estudiar es el tamaño del huracán, el cual constituye un exponente fundamental dentro del potencial de daño de la tormenta. El estudio pone de manifiesto que el huracán adquirió un aumento del 1,6% en el área de extensión pronosticada debido al cambio climático. Por otra parte, se ha evidenciado que las velocidades máximas del viento cerca de la superficie y la latitud a la que se encuentra el huracán están directamente relacionadas con la violencia destructiva de dicho fenómeno.

Los datos reales obtenidos se traducen en una tormenta de mayor tamaño
a la que podría haber adquirido sin la influencia del cambio climático.

Por otra parte, sería conveniente mencionar la existencia de otros estudios realizados con anterioridad que abordan este mismo asunto y que han ayudado a avanzar a la comunidad científica en el esclarecimiento de sus causas.

Uno de los científicos más influyentes en el estudio de huracanes, Kerry Emanuel, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), publicó en 2005 uno de los primeros indicios importantes de cómo el cambio climático podría afectar a los huracanes. En su estudio estimó que la intensidad potencial de los huracanes es directamente proporcional a la temperatura de los océanos.

Kerry Emanuel, profesor de meteorología del Instituto de Tecnología de
Massachusetts (MIT).

No mucho después, en 2008, Gabriel Vecchi y Tom Knutson realizaron un segundo estudio donde se analizaba la variación de la frecuencia de los huracanes como respuesta al cambio climático. 

En conclusión, podemos decir que el estudio de Science Advances revela ciertos aspectos destacables que deberían ser objeto de reflexión. 
Por una parte, la evidencia demuestra que existe una conexión directa entre los efectos negativos del cambio climático y el desarrollo y consecuencias de los huracanes, por lo que, de continuar sufriendo la influencia negativa del ser humano, cabría deducir que los efectos destructivos de estos fenómenos aumentarían de forma alarmante. 
Por otro lado, dichos efectos se traducen en consecuencias negativas irremediables sobre el ser humano que, a largo plazo, podría derivar en una inevitable crisis climática global. 
Por todo ello, cabría destacar el esfuerzo constante que realiza la comunidad científica en analizar, identificar y esclarecer los factores que intervienen directamente en esta sucesión de fenómenos climáticos extremos, poniendo de manifiesto la necesidad de un cambio de actitud humana a nivel mundial con el propósito de amortiguar y reducir futuros efectos climáticos adversos.
En consecuencia y como reflexión final, considero que esta entrada debería ser un toque de atención a todos nosotros, y una llamada a la reflexión sobre este importante problema que nos atañe a todos.

Y sin más miramiento, !me voy rauda como el viento!

Referencias bibliográficas: 

Estudio original de la revista Science Advances:
Reed, K. A., Stanfield, A. M., Wehner, M. F. & Zarzycki, C. M. 2020. Forecasted attribution of the human influence on Hurricane Florence. Science Advances, 6, 1.

Estudio realizado por Kerry Emanuel:
Emanuel, K. 2005. Increasing destructiveness of tropical cyclones over the past 30 years. Nature, 436, 686–688.

Estudio realizado por Gabriel Vecchi y Tom Knutson:
Vecchi, G. A. & Knutson, T. R. 2008. On Estimates of Historical North Atlantic Tropical Cyclone Activity*. Journal of Climate 21, 3580–3600.

Webgrafía:

Información circulación atmosférica:

Página oficial UCM. Campus virtual. Geología. Atmósfera e Hidrosfera. Fecha desconocida. [web de Internet]. 

Disponible en: 
<https://cv4.ucm.es/moodle/pluginfile.php/6513616/mod_resource/content/1/10-Atmósfera%20e%20Hidrosfera%20%282020%29.pdf> [con acceso el 28-3-2020].

Información sobre aspectos básicos:

Blogs RTVE. Zona de Convergencia Intertropical. 2009. [web de Internet]. 
Disponible en: <https://blog.rtve.es/eltiempo/2009/06/zona-de-convergencia-intertropical.html>  [con acceso el 29-3-2020].

GeoEnciclopedia. La Tierra. Desastres naturales. Fecha desconocida. [web de Internet]. 
Disponible en: <https://www.geoenciclopedia.com/huracan/> [con acceso el 29-3-2020].

BBC News Mundo. Ciencia. Cómo se originan los huracanes en 6 pasos. 2016. [web de Internet]. 
Disponible en:  <https://www.bbc.com/mundo/noticias/2015/10/151023_guia_huracanes_lp> [con acceso el 29-3-2020].

Sailandtrip. Noticias. Artículos. Meteorología. Vientos alisios: qué son y cómo se forman. 2014. [web de Internet]. 
Disponible en: <https://sailandtrip.com/vientos-alisios/> [con acceso el 29-3-2020].


Wikipedia. Modelo numérico de predicción meteorológica. Fecha desconocida. [web de Internet]. 

Disponible en: <https://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_numérico_de_predicción_meteorológica> [con acceso el 29-3-2020].

Imágenes del paso del huracán Florence:

El País. Internacional. Las imágenes del huracán Florence en EE.UU. 2018. [web de Internet]. 
Disponible en: 
<https://elpais.com/elpais/2018/09/14/album/1536905496_404030.html#foto_gal_10>  [con acceso el 29-3-2020].




Información adicional sobre la influencia de la actividad humana sobre el poder destructivo de los huracanes:

The Climate Press. Blog. Huracanes en un planeta más caliente: impactos del cambio climático. 2019.  [web de Internet]. 

Disponible en: <https://www.theclimatepress.com/es/blog> [con acceso el 28-3-2020].

Noticias del Tiempo: The Weather Channel. ¿Qué influencia tuvo el cambio climático en el huracán Florence? 2018. [web de Internet]. Disponible en: 
<https://weather.com/es-ES/espana/tiempo/news/2018-09-17-cambio_climatico_huracan_florence> [con acceso el 28-3-2020].

Condiciones de hielo y agua subterránea en las cuencas de permafrost de noreste de Canadá

Los glaseados son masas de hielo en forma de lámina que se forman en la superficie del suelo o en canales fluviales a partir de la filtración del agua subterránea. Aunque se conoce la presencia de hielo en el paisaje, pocos estudios investigaron su distribución regional y exploraron las relaciones con factores del terreno, incluyendo el permafrost y las condiciones de flujo de base invernal. En dicho estudio se mapea la distribución de glaseados en un área de 618,430 km²  del noroeste de Canadá a partir de una pila de 573 imágenes de Landsat (1985–2017) y determinó, utilizando datos hidrométricos, la contribución del flujo base de invierno a la descarga anual total de 17 ríos en el área de estudio.

Esquema representativo de la formación de un Karst

 La formación de hielo mapeada se produce preferentemente en las estribaciones de regiones montañosas kársticas muy defectuosas en el permafrost continuo.
El flujo de base es el caudal que se observa en un curso de agua al final de un periodo de estiaje. Dicho flujo en invierno y su contribución a la descarga anual fue menor en las cuencas de permafrost continuas que en el permafrost discontinuo, pero mostró un aumento general durante el período 1970-2016. Con esto se puede llegar a la conclusión que la distribución de la formación del hielo puede ser sensible a las temperaturas del aire en invierno y a las condiciones de flujo de base en invierno. También puede que las capas de hielo ubicadas en el limite sur del permafrost continuo serian mas sensibles a la degradación.

Imagen donde se representa el Permafrost Continuo

Perfil de temperatura vertical de capa activa en permafrost

En el noroeste de Canadá y Alaska, el calentamiento climático ha provocado un aumento en el espesor de las capas activas y las temperaturas de permafrost que han afectado los procesos hidrológicos. La capa activa del permafrost es como tal la capa superior del mismo, la cual se descongela en verano y se vuelve a congelar en otoño.

Por ejemplo, la reciente reducción en el área de estanques y lagos en el permafrost discontinuo se ha asociado con un aumento en el drenaje y la conectividad debajo del subsuelo.

Laminaciones de hielo en una
 lámina de aufeis

Además, a pesar de los pocos cambios en la descarga anual total, existe evidencia de las estaciones de medición de un aumento en el flujo base de invierno para muchos ríos. Estas condiciones cambiantes de permafrost y aguas subterráneas pueden afectar la formación de hielo estacional debido a la congelación de las aguas subterráneas que se filtran a la superficie, como la formación de hielo, también conocida como clavada o aufeis.

El flujo sostenido de agua subterránea que forman estas características proporciona hábitats críticos para la hibernación de ciertas especies de peces, incluido el Dolly Varden y es una fuente de agua potable perenne para algunas comunidades del norte. Por lo tanto es aquí donde comenzamos a observar las consecuencias de pequeños cambios de algo que desde fuera consideraríamos como insignificante y que por ejemplo para dichas comunidades significa perder su fuente de agua potable.

Los glaciares también pueden almacenar grandes cantidades de hielo que se derrite progresivamente durante el verano y recarga los arroyos y ríos locales mucho después del derretimiento de los bancos de nieve que yacen tarde.

La formación de hielo es una masa de hielo horizontal a sub-horizontal en forma de lámina que se desarrolla durante el invierno en la superficie por la congelación del agua subterránea que se filtra repetida o continuamente desde el suprapermafrost, de un manantial (hielo en primavera) o que emerge desde abajo del hielo del río. Debido a la fluctuación o cambio climático, algunas regiones de permafrost pueden desarrollar una capa no congelada entre la capa activa de descongelación / congelación estacional y el permafrost. La capa se llama supra-permafrost (por encima del permafrost).

Representación de supra-permafrost

Se han notificado casos de hielo en todas las regiones árticas y los estudios se han centrado en sus características morfológicas, su desarrollo y equilibrio energético sus contribuciones estacionales y perennes a la descarga fluvial.

La formación de hielo primaveral se forma comúnmente en lugares donde el flujo de agua subterránea perenne a través de un talik es forzado a la superficie por una reducción en la permeabilidad del acuífero debido al permafrost que impide el flujo subterráneo.

La formación de hielo en primavera y en los ríos tiende a ocurrir en el mismo lugar año tras año, generalmente con la misma forma, y ​​es más grande que la formación de hielo en el suelo que tiene una recurrencia espacial y temporal más aleatoria en el paisaje . Dado el fuerte vínculo entre la formación de hielo y el flujo de agua subterránea, se puede obtener información sobre la respuesta de la formación de hielo bajo el permafrost degradante y las condiciones cambiantes del agua subterránea investigando su distribución en el paisaje y las relaciones con el terreno y las condiciones de descarga invernal.

El área de estudio en el noroeste de Canadá varía de 62 a 69 ° N y de 118 a 140 ° W; cubriendo un área de aproximadamente 618,430 km^2.  Las elevaciones varían desde el nivel del mar a lo largo de la costa del mar de Beaufort hasta 2920 m snm en las montañas Mackenzie, con casi el 50% del área de estudio ubicada por debajo de los 400 msnm.

El sector norte incluye terrenos aluviales y glaciares bajos. El sector sur es más montañoso e incluye las montañas Mackenzie, Selwynn y Ogilvie.

La geología del área de estudio está compuesta predominantemente por arenisca del Cretácico inferior. 

La vegetación va desde la tundra en las llanuras del norte y las regiones montañosas hasta los bosques boreales en la región sur. Los humedales y las turberas se vuelven más comunes hacia el sur en el valle de Mackenzie.

En dicho artículo también describe detalladamente los tipos de rocas que encuentran los investigadores en su estudio, y el tipo de vegetación ya que todo ello al final va a tener una repercusión en los resultados obtenidos.

También un seguimiento del clima en el área de estudio muestra que desde 1980, la región norte ha experimentado una tendencia de calentamiento de 0.07 a 0.11 ° C año ⁻¹ , mientras que la región más meridional experimentó un calentamiento de 0.01 a 0.07 ° C año ⁻¹.

Formación de hielo en el noroeste de Canadá. La formación de hielo se identificó utilizando un enfoque semiautomático y una densa pila de imágenes Landsat. También se muestran estaciones de medición activas y cuencas hidrográficas de nivel 3 (consulte la Tabla 1 para ver los  nombres de las estaciones de medición). Fondo del modelo de elevación digital (DEM) derivado de 30 m de datos de elevación digital canadiense ( www.geogratis.ca ). Mapa generado con ArcGISv10.

Cuando el hielo comienza a derretirse, las infraestructuras en la capa superior pueden cambiar y colapsar

Carretera de Dempster que une el sur de Canadá con los Territorios del Noroeste después de que colapsó porque las temperaturas más cálidas causaron que el permafrost de abajo se descongelara.

Dicho estudio tiene como objetivo: mapear la distribución de glaciares de primavera y de ríos en el noreste de Canadá a partir de imágenes obtenidas de Landsat (1985-2017), y determinar utilizando datos hidrométricos históricos de Environment Canadá (ministerio encargado del clima y ambiente canadiense) la contribución del flujo base de invierno a la descarga anual total de ríos en el área de estudio y sus tendencias temporales (1970-2016). Con base en los resultados, se exploraron las relaciones entre la distribución de hielo, el terreno y las condiciones de flujo base de invierno que pueden informar acerca de la respuesta de hielo a las cambiantes condiciones de permafrost y agua subterránea.

El derretimiento del permafrost puede dar lugar a una liberación masiva de metano y otros gases, que es un factor importante que contribuye al calentamiento global.

Cuando el carbono almacenado durante mucho tiempo se libera a la atmósfera, aumenta la temperatura, lo que provoca más descongelación y desencadena una liberación adicional de carbono.

Por lo tanto en el articulo se muestran los resultados de dicho estudio en el cual se 

como por ejemplo la identificación de un total de 1402 glaseados con 30% de ocurrencia anual entre 1985–2017 o también casos conocidos de formación de hielo en el Parque Territorial Tombstone.

Parque Territorial Tombstone

Así poder observar como en el tiempo puede cambiar las condiciones del hielo de dicha zona en Canadá que es muy importante ya que ocupa un  25% de la tierra en el hemisferio norte, es decir que un cambio tan pequeño como el descongelamiento del permafrost puede traer grandes consecuencias en el propio territorio pero también en el mundo.

Referencias bibliográficas

Crites, H., Kokelj, S.V. & Lacelle, D. Icings and groundwater conditions in permafrost catchments of northwestern Canada. Sci Rep 10, 3283 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-60322-w

Rutledge, K.; Ramroop,T.; Boudreau,D.; McDaniel,M.; Teng,S.; Sprout,E.; Costa,H.; Hall,H.; Hunt,J. Nationalgeographic. 2011. Geologia: Permafrost. [web de internet]. Disponible en <https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/permafrost/> [con acceso el 6 de marzo de 2020]

Wikipedia. 2019. Definiciones usuales en hidrología. [web de internet]. Disponible en < https://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Definiciones_usuales_en_hidrolog%C3%ADa> [con acceso el 6 de marzo de 2020]

Polarpedia. Geologia: Capa Activa. [web de internet]. Disponible en < https://polarpedia.eu/es/capa-activa/> [con acceso el 7 de marzo de 2020]

Wikipedia. 2019. Geologia: Talik suprapermafrost. [web de internet]. Disponible en < https://en.wikipedia.org/wiki/Talik> [con acceso el 7 de marzo de 2020]

D’Amore, R. Global News. 2019. Ambiente: ¿What is permafrost and what does it mean for Canada as it thaws?. [web de internet]. Disponible en <https://globalnews.ca/news/5408373/what-is-permafrost-canada-climate/> [con acceso el 8 de marzo de 2020]