Reducción de escala de los modelos climáticos: Un enfoque más nítido de los cambios a nivel local

7/31/2019 Reducción de escala de los modelos climáticos: Un enfoque más nítido de los cambios a nivel local

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Noticias de salud ambieNtal

332 salud pública de méxico / vol. 54, no. 3, mayo-junio de 2012

Noticias de salud ambientalehp-spm

salud pública de méxico / vol. 54, no. 3, mayo-junio de 2012332

Los modelos climáticos regionales de escala reducida (MCR)

proporcionan material útil para la planeación adaptativa para el

cambio climático a nivel local y regional.

F o t o : © 2

0 1 2 J o s e p h T a r t / E H P ; M

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s t a g r á f c a e s e x c l u s i v a m e n t e

p a r a f n e s d e i l u s t r a c i ó n y n o r e p r e s e n t a u n M C R r e a l .



333salud pública de méxico / vol. 54, no. 3, mayo-junio de 2012


* Publicado originalmente en Environmental Health Perspectives, volumen 120, número 1, enero 2012, páginas A22-A28.


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REduccióN dE EscaLa dELos modELos cLimáticosun enqe ní

e l b nvel ll*





En el año 2000, en uno de losprimeros proyectos que aplicaronla reducción de escala para simularefectos locales, un pequeño grupode investigadores diseñó y probó unsistema para calcular los impactos del

cambio climático sobre la salud de losindividuos de un lugar especíco: laciudad de Nueva York. Su análisis,desarrollado como parte del Proyectosobre Clima y Salud de Nueva York (NYCHP en inglés),4 incorporó datoslocales sobre el calor y la calidad delaire, así como datos sobre el uso delsuelo, relativos, por ejemplo, a lasnuevas calles y urbanizaciones, dadoque éstas también ejercen un impactosobre la temperatura de la supercie

y la calidad del aire. Al utilizar estosdatos, el equipo proyectó que lastemperaturas más altas de lo normaly los incrementos resultantes de laproducción de ozono troposféricocomo consecuencia del cambio cli-mático podrían incrementar en 4.5%las muertes asociadas con el ozono

silvania especializado en hidrología,señala que no hay en Estados Unidosuna sola universidad importante en elámbito de la investigación donde no seesté trabajando en el modelado climá-tico regional a escala reducida (MCR),

porque el impacto del cambio climáti-co para los planeadores y gestores esuna cuestión de importancia crucial eneste momento. Wagner añade: “Unavez que el Grupo Intergubernamentalde Expertos sobre Cambio Climático(en inglés, IPCC)7 utilizó modelos paraproyectar el cambio climático futuro,los cientícos pasaron rápidamente apreguntarse: ‘¿Qué implica realmenteel calentamiento global para la gentede la calle, para el suministro de ener-

gía eléctrica, para nuestra economía,para nuestra salud, para todo tipo decosas?’” En algunos casos los funcio-narios de salud pública y los gestoresde los recursos ya han comenzado autilizar estos datos a escala reducidapara desarrollar planes de adaptaciónal cambio climático.8

en toda el área metropolitana para ladécada de los 2050.5 También estimóque la mortalidad asociada con elcalor del verano en el área podríaincrementarse en promedio en 70%en el mismo período.6

“El trabajo de reducción de escalaofrece un panorama del impacto queel cambio climático podría tener sobrela salud en el futuro; comienza pordescribir la gama de posibles respues-tas a algunas de las preguntas quenos hacemos hoy en día en materiade salud pública y nos da una ideade las distintas alternativas posiblespara el futuro”, señala Kim Knowlton,cientíca principal del Consejo parala Defensa de los Recursos Naturales,

quien trabajó en el proyecto NYCHP.“En este momento los resultadosdel modelado a escala reducida soninvaluables para la planeación adap-tativa, y la pericia de la comunidadmodeladora es cada vez mayor”.

Thorsten Wagener, profesor adjunto de la Universidad Estatal de Pen-

Los resultados del pri-

mer MCG del mundode la interacción entre

el océano y la atmósera ue-ron publicados en 1969 porSyukuro Manabe (otograíaa la izquierda) y Kirk Bryan,dos cientíicos del Labora-torio Geoísico de Dinámicade Fluidos de la UniversidadPrinceton.27 Ambos utiliza-

ron una serie de modelosmatemáticos para predecirlos patrones climáticos paravarios días. Sus “MCG acopla-dos” (“acoplados” porque el modelo conectaba modelos del océano y modelos atmoséricos demodo que pudieran interactuar como lo hacen estos sistemas en la naturaleza) prepararon el terrenopara una orma totalmente nueva de realizar investigaciones y abrieron la puerta a comprenderel complejísimo mundo de los procesos climáticos naturales.

Foto: © 2012 Jim Sugar/Corbis





mel l glble:perr e l j negr

El clima es por naturaleza un fenó-meno caótico y extraordinariamentecomplejo con fluctuaciones que

resultan de manera natural de lasinteracciones entre el océano, laatmósfera, la tierra, la criósfera (laparte congelada de la supercie de latierra) y los cambios en el equilibrioenergético de la tierra que resultande las erupciones volcánicas, de lasvariaciones en la intensidad solar9 yde las alteraciones de la composiciónatmosférica que modican el equili- brio entre la energía solar de entraday la de salida. Los modelos climáticos

globales originales, conocidos comomodelos de circulación general(MCG), simulaban las interaccionesentre los océanos y la atmósfera.

Desde la década de los 1990 loscientícos del clima han dado gran-des saltos en su comprensión y en sucapacidad de describir procesos ambientales que no habían sido descritosantes, tales como la manera en quela luz del sol afecta al hielo que otaen el Ártico o la forma en la que losocéanos pueden absorber dióxido de

carbono. Los modelos climáticos másrecientes incorporan ecuaciones quecalculan los efectos de estos procesosambientales en la temperatura.

Para decirlo en una forma sen-cilla, un modelo climático global esuna cuadrícula tridimensional hechade cajas que representan bloquesde la tierra de 150 a 200 kilómetroscuadrados. Estas cajas están apiladasvertical y horizontalmente y cubrentodo el planeta. Cada caja describe

el movimiento del viento, la preci-pitación pluvial, la temperatura yotras características para ese bloqueespecíco. Los modeladores aplicanentonces principios bien establecidosde la física para calcular, por ejemplo,cómo se mueven los vientos y laslluvias a través de cada caja y cómoalteran a los vientos y las lluvias enlas cajas aledañas. El modelo analiza

y combina los datos calculados paracada caja a n de generar una imagenmás amplia de cómo podría cambiarel clima de la tierra.10

Todos los modelos climáti-cos globales son en esencia MCG

porque simulan los cambios en losvientos, temperaturas y presionesatmosféricas simultáneamente entodo el planeta. Además, muchosclimatólogos estudian modelos mu-cho más sencillos de complejidadintermedia que ilustran procesosambientales fundamentales, talescomo la dinámica atmosférica. Mu-chos investigadores del clima utilizanmodelos de complejidad intermediapara probar la precisión de modelos

más grandes y más detallados quecalculan los cambios climáticos hastaun futuro lejano, dice David Pierce,programador y analista de la divisiónde ciencias climáticas y atmosféricasy oceanografía física del InstitutoScripps de Oceanografía.

Entre 15 y 20 instituciones entodo el mundo11 mantienen modelosMCG grandes, muchos de ellos pa-trocinados por los gobiernos o poruniversidades, dice Gregory M. Flato, jefe del Centro de Modelado y Análi-sis Climático de la Ocina del MedioAmbiente de Canadá. Básicamente,cada modelo está tratando de simularlo mismo, si bien los modelos dierenen sus especicaciones y formatosparticulares. Los investigadores decada grupo de modelado aplican supropio juicio cientíco al abordar losmúltiples procesos físicos relevantesal clima, añade Flato.

En muchos sentidos, el modela-do climático global es por igual un

arte y una ciencia, añade SpencerWeart, director emérito del Centrode Historia de la Física del InstitutoAmericano de Física. “Los modelosclimáticos globales son tan diferentesentre sí como lo es una persona deotra”, señala Weart.

“Si pudiéramos representar a laperfección cada proceso relevante, nohabría necesidad de aproximaciones

ni de estimar procesos más pequeñosen una escala mayor,” explica ClaudiaTebaldi, cientíca investigadora deClimate Central12 y profesora adjuntade la Universidad de Columbia Britá-nica. “De hecho nos da gusto que haya

más centros de modelado que haganestas cosas de manera aislada porquetodas las respuestas son legítimas.Vemos las múltiples respuestas [delos diversos centros de modelado],y la abilidad de las proyecciones seincrementa cuando percibimos que losmodelos están dando la misma res-puesta general”. Al mismo tiempo, silos modelos proporcionan respuestasdiferentes en un área particular, “estonos dice que nuestra comprensión

tiene que mejorar”, añade.Ver a la tierra simulada por unmodelo climático global es parecidoa ver una fotografía borrosa debidoa su resolución gruesa. Por ejemplo,uno podría reconocer la forma ge-neral de la Costa Oeste de EstadosUnidos, pero faltan algunos detallesgeográficos como las ensenadas y bahías a lo largo de la costa noroestedel Pacíco. Las técnicas de reducciónde escala incorporan estos detallesgeográficos específicos en un mo-delo. La inclusión de la forma delos cuerpos de agua locales o de laselevaciones más o menos altas de unacordillera crea un modelo capaz desimular la velocidad del viento, losujos ascendentes y descendentes,la evaporación y otros procesos rela-cionados con el clima que afectan almedio ambiente local, dice Tebaldi.

¿Qé n erl ren e el?

Los modeladores regionales utilizandiferentes enfoques de la reducciónde escala. Un enfoque es la reducciónde escala dinámica, que alimenta da-tos de los modelos climáticos globalesa los modelos meteorológicos regio-nales para simular las condicionesclimáticas locales. “En la reducciónde escala dinámica, uno básicamente







Se están utilizando MCR para

simular eventos climáticos

extremos como lluvias in-

tensas , sequías y huracanes que

ocurren a nivel local o regional y que por lo tanto son diíciles de

recrear mediante modelos climáti-

cos globales.30 La reducción a escala

regional puede ser utilizada para

simular eventos climáticos extre-

mos a una escala menor porque los

investigadores introducen procesos

ambientales (por ejemplo, el fujo

del viento y las precipitaciones plu-

viales) que son especícos de esaárea en particular. Por otra parte,

los modelos climáticos globales

son capaces de simular eventos

climáticos extremos, pero debido

a que sus simulaciones son globa-

les, la resolución es gruesa, y con

los datos de salida del modelo de es-cala global a las condiciones de escalaregional. El concepto subyacente es

que el clima local está condicionadopor el clima a gran escala y por lascaracterístias siográcas locales talescomo la topografía y la vegetación. Lareducción de escala estadística requierede la identicación de vínculos empíri-cos entre los patrones de los elementosclimáticos a gran escala y el clima local.Una vez que se generan esos vínculos,puede utilizarse la reducción de escala

estadística para inferir los cambiosclimáticos locales utilizando los datosde salida de los modelos globales o

regionales, dice Kuo. Con este enfoquelos investigadores pueden reducir laescala de los escenarios de emisionespara muchos modelos y muchas déca-das, o incluso siglos, porque el enfoqueestadístico requiere de menos esfuerzode procesamiento que la reducción deescala dinámica.15

Una forma en que los cientícosdel clima están respondiendo la

pregunta ubicua “¿cómo me afectaa mí el clima?” consiste en enfocarlos MCR individuales en cuestiones

particulares relacionadas con lasalud, tales como las ondas de caloro las sequías. Por ejemplo, Noah S.Diffenbaugh, profesor adjunto deciencias del sistema ambiental de latierra en la Universidad Stanford, ysus colegas informaron recientementeque es probable que en algunas áreasdel oeste y el centro de los EstadosUnidos, entre los años 2020 y 2029,

Imagen: © NOAA

Huracán Noel 2007

recuencia el evento extremo aparece como menos intenso que los que ocurren en tiempo real, dice David

Pierce, del Instituto Scripps de Oceanograía.

En otros avances, los investigadores y los modeladores climáticos están comenzando a abordar cambios

en la escala temporal de unos cuantos años a un par de decenios, dice Claudia Tebaldi, de la Universidad

de Columbia Británica. Si este tipo de esuerzos rinde rutos, proporcionarán inormación importante para

las decisiones adaptativas locales. La Quinta Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el

Cambio Climático, que está por realizarse, incluirá una evaluación de estos nuevos tipos de simulaciones del

cambio climático.





se presenten hasta en cinco ocasio-nes intensas ondas de calor igualesa la más larga registrada desde 1951hasta 1999.3 Este estudio analizó cua-drantes geográcos de 25 kilómetroscuadrados y tuvo la particularidad

de que sus autores efectuaron simu-laciones de 25 kilómetros a lo largode múltiples décadas en múltiplesocasiones a n de capturar la varia- bilidad interna del sistema climático.“Nadie más ha completado este tipode análisis climático con una resolu-ción tan alta”, señala Diffenbaugh.

Otra primicia son los modelosclimáticos que están siendo desa-rrollados por los investigadores deNCAR y la Universidad de Kansas y

que incorporan el efecto de calor de laisla urbana (es decir, que las ciudadesson más calurosas que las zonas rura-les que las rodean debido a factorestales como el mayor grado de conta-minación ambiental y los efectos delconcreto sobre la retención del calor).La mayoría de los modelos climáti-cos globales no toman en cuenta lassupercies urbanas16 pese a que másde 50% de la población mundial viveen una ciudad o en un área metropo-litana.17 No obstante, hay diferenciasconsiderables en cuanto a equilibrioenergético, temperatura, humedad yescorrentías pluviales entre las áreasurbanas y las supercies rurales.18

Los cientícos de la salud públicacontinúan analizando los datos de es-cala reducida del proyecto NYCHP.19 Recientemente, Knowlton y sus cole-gas, incluyendo el director del estudioPerry Shefeld, profesor adjunto demedicina preventiva de la Escuelade Medicina Monte Sinaí, estimaron

las visitas futuras al departamentode emergencias pediátricas por asmaasociadas con las variaciones de losniveles de ozono troposférico en elárea metropolitana de Nueva York,comparando las visitas que se reali-zaron en la década de los 1990 conlas visitas proyectadas para los años2020. Calcularon que para la décadade los 2020 el cambio climático podría

causar un incremento de 7.3% de lasvisitas regionales al departamento deemergencias por asma relacionadascon el ozono durante el verano. Cuan-do se tomó en cuenta el crecimientode la población, las proyecciones de la

morbilidad relacionadas con el ozonofueron aun mayores.20

En otro trabajo se están uti-lizando los MCR para simular lapropagación de enfermedades in-fecciosas. Los investigadores de laUniversidad Estatal de Pensilvania,Matthew Thomas y Michael Mann,están colaborando en un modelo queutiliza condiciones locales diarias detemperatura y precipitación a n decomprender mejor cómo inuyen es-

tas condiciones en la propagación dela malaria y el dengue, las dos enfer-medades transmitidas por vectoresmás importantes a nivel mundial.Hasta hace poco, los investigadoresse han basado en los promedios delas temperaturas estacionales que sepresentan año con año, señala Mann.Sin embargo, para la malaria, añade,es importante entender de qué ma-nera cambia la temperatura de unahora a otra a lo largo del día, porqueel periodo de incubación del parásitoque provoca la enfermedad es suma-mente sensible a la temperatura.

La reducción de escala de losmodelos climáticos no se limita a lospaíses ricos. Los científicos de lospaíses en vías de desarrollo tambiénestán comenzando a simular im-pactos locales del cambio climáticoutilizando la reducción de escalaestadística. La Red Regional de In-vestigación sobre el Clima21 tiene unMCR originalmente desarrollado por

NCAR que opera en diversas plata-formas de computadora y alienta lacolaboración entre los cientícos del“Sur-Sur” y el “Norte-Norte”.22 “Meparece que la mayoría de los paísesque realmente están en desarrollono están haciendo su propio mode-lado climático”, dice Kuo. “Por elcontrario, la mayoría de los paísesen desarrollo se están basando en

las proyecciones realizadas por lospaíses industrializados, y a partir deellas están haciendo su propia inter-pretación estadística”.

Mucho de lo que puede hacersecon los modelos climáticos globales

depende de las capacidades infor-máticas, y esas capacidades conti-núan creciendo, según arman losmodeladores. Con el uso de compu-tadoras más poderosas, los modelosglobales avanzarán hacia una mayorresolución y terminarán por producirsimulaciones locales similares a lasque actualmente producen los MCR,dice Johannes Feddema, profesor delDepartamento de Geografía de laUniversidad de Kansas. “Creo que

en los próximos 30 años habrá unaunicación de los modelos climáticosglobales y el modelado en alta reso-lución”, dice Feddema. “Los modelosglobales se ejecutarán [a escalas de]un kilómetro en veinte a treinta años,que es la misma resolución que tienenactualmente los modelos en alta re-solución”. Sin embargo, los modelosglobales tienen mucho camino querecorrer antes de que logren simularlas condiciones regionales con lamisma claridad que los MCR.

Pnlzne l nerbre

Los gestores del agua, en particularen el oeste de Estados Unidos, hanido a la vanguardia en el empleode MCR para predecir las necesi-dades futuras de agua en la región.Sin embargo, muchos modeladorestambién entienden que los datosregionales sólo pueden proporcionar

cierta información a los tomadoresde decisiones que se enfrentan a unclima incierto. Brad Udall, directordel programa de Evaluación del Aguaen la Región Oeste, uno de variosprogramas de Evaluación IntegradaRegional Cientíca (en inglés, RISA)nanciados por la AdministraciónNacional Océanica y Atmosférica,arma que los MCR efectuados en





Dos dierentes modelos

climáticos proyectan

promedios estacionales

de la máxima

precipitación de un día

en el año 2030. Unacomparación entre

los datos de salida del

Modelo 3 del Sistema

Climático Comunitario

a escala global (arriba)

y los del MCReg3 a

escala regional (abajo)

ilustra los detalles

más fnos que pueden

obtenerse con la

reducción de escala.

I m a g e n : © 2

0 1 2 N o b l i s ,

I n c







a la gente, por ejemplo, si les da elpronóstico del clima, y les dice cuáles el escenario más probable o el queusted considera como previsible,y añade el grado de conanza quetiene usted en esa predicción, o la

incertidumbre que acompaña a esapredicción, les brindará más infor-mación que si usted no describiera laincertidumbre”, dice. Eso conduce amejores decisiones”.

Catherine M. CooneyEscritora científca que reside

en Washington, DC.

Reeren y n

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