Observaciones de una expedición antártica revelaron errores en la representación de las nubes bajas, su contenido de hielo y la radiación que llega a la superficie
Redactor: Javier Morales O.
Editor: Eduardo Schmitz
Una expedición científica japonesa en el océano Austral aportó nuevas evidencias sobre las razones por las que los modelos atmosféricos todavía tienen dificultades para representar las nubes alrededor de la Antártida. Investigadores del Instituto Nacional de Investigación Polar de Japón y la Universidad de Nagoya compararon mediciones directas con dos conjuntos de reanálisis y un modelo climático.
El estudio, publicado en Geophysical Research Letters, determinó que los sistemas evaluados reproducían de manera general los patrones nubosos de la región, pero mostraban diferencias importantes en la frecuencia de las nubes bajas, su composición y la cantidad de radiación de onda larga que alcanzaba la superficie.
Estas desviaciones son relevantes porque las nubes regulan simultáneamente la luz solar entrante y el calor que la Tierra emite hacia el espacio. Incluso errores pequeños pueden alterar el balance energético calculado para la región e incrementar la incertidumbre de las proyecciones sobre calentamiento, variabilidad climática y hielo marino.
Mediciones directas desde el rompehielos Shirase
Los datos fueron recopilados durante la 64.ª Expedición Japonesa de Investigación Antártica, conocida como JARE64, a bordo del rompehielos científico R/V Shirase. Entre diciembre de 2022 y marzo de 2023, los instrumentos del buque midieron de manera continua las propiedades de las nubes, la temperatura y humedad atmosféricas, la radiación superficial y las concentraciones de aerosoles.
La campaña proporcionó una referencia observacional en una zona donde las estaciones son escasas y las condiciones meteorológicas dificultan la obtención de registros prolongados. La importancia de este trabajo de campo coincide con otras iniciativas dedicadas a realizar mediciones oceanográficas y meteorológicas en la Antártida, necesarias para validar observaciones satelitales y simulaciones globales.
Los investigadores contrastaron los registros del Shirase con ERA5 y MERRA-2, dos conjuntos de reanálisis atmosférico ampliamente utilizados, y con el modelo CAM-ATRAS. ERA5 y MERRA-2 sobrestimaron de forma persistente la aparición de nubes bajas, mientras CAM-ATRAS se aproximó mejor a las observaciones, especialmente al reproducir su frecuencia y fase.
Demasiado hielo y una atmósfera excesivamente fría
A pesar de representar una abundante cobertura de nubes bajas, los tres sistemas subestimaron la radiación de onda larga descendente, es decir, parte del calor atmosférico que retorna hacia la superficie. El análisis mostró que el problema no dependía únicamente de cuántas nubes aparecían en las simulaciones.
Las nubes modeladas contenían una proporción excesiva de hielo, una característica que reducía la energía térmica calculada en dirección a la superficie. Los sistemas también presentaban un sesgo frío en la temperatura atmosférica, que contribuía a la subestimación de la radiación descendente.
Estos resultados indican que reproducir correctamente la fase de las partículas de agua —líquidas o congeladas— y la temperatura ambiental es más importante que representar solamente la frecuencia de la nubosidad. La composición interna determina la reflectividad, duración y capacidad de las nubes para retener o liberar energía.
La sensibilidad de este proceso también depende de las partículas suspendidas en el aire. Estudios anteriores han documentado que compuestos procedentes del océano pueden actuar como núcleos de hielo, mientras las mediciones terrestres han encontrado concentraciones excepcionalmente bajas de estas partículas en la atmósfera antártica.
Los aerosoles no explicaron por sí solos las diferencias
Los conjuntos de reanálisis contenían concentraciones de aerosoles superiores a las observadas durante la expedición. Para comprobar su influencia, el equipo aumentó las emisiones de estas partículas en experimentos de sensibilidad realizados con CAM-ATRAS.
El incremento produjo más nubes bajas, pero tuvo un efecto limitado sobre la radiación superficial. La prueba confirmó que ajustar únicamente la cantidad de aerosoles o la cobertura nubosa no basta para corregir el balance energético: los modelos también deben mejorar la microfísica de las nubes y la representación térmica de la atmósfera.
La región polar constituye un desafío particular porque su aire relativamente limpio responde de manera diferente al de las zonas continentales e industrializadas. Los cambios en los aerosoles marinos, los vientos y la extensión del hielo pueden modificar las partículas disponibles para formar gotas y cristales.
Más observaciones para reducir la incertidumbre climática
El equipo considera necesario ampliar las observaciones sobre el océano Austral y la Antártida, con especial atención a la temperatura. También propuso incorporar a los sistemas de predicción registros existentes que todavía están infrautilizados, como los del radar PANSY instalado en la estación japonesa Syowa.
La integración de esos datos podría reducir los sesgos de los modelos y mejorar tanto los pronósticos meteorológicos como las proyecciones climáticas. Una representación más precisa de las nubes permitiría estimar con mayor confianza la evolución del calentamiento regional y los posibles cambios del hielo marino.
La necesidad de disminuir esa incertidumbre adquiere especial importancia ante los distintos escenarios de calentamiento previstos para la Antártida, donde la interacción entre océano, atmósfera, nubes y hielo puede amplificar o moderar los cambios del sistema climático.
Fuentes referenciales:
Phys.org
Geophysical Research Letters
