Investigación publicada en la Reviews of Geophysics, desarrolla el rango probable de “sensibilidad climática de equilibrio” (ECS).
Esta es la medida de cuánto cabe esperar que se caliente el mundo ante una duplicación del CO2 por encima de los niveles preindustriales.
Los resultados sugieren que el rango de la ECS probablemente se sitúe entre 2,6 °C y 4,1 °C.
Tras cuatro años de trabajo y de debates detallados entre un equipo internacional de científicos, podemos cuantificar mejor que nunca cómo responde la temperatura superficial del planeta al aumento de los niveles de CO2.
Sensibilidad climática de equilibrio
Nuestros resultados, publicados en Reviews of Geophysics, acotan el rango probable de “sensibilidad climática de equilibrio” (ECS): una medida de cuánto cabe esperar que se caliente el mundo ante una duplicación del CO2 por encima de los niveles preindustriales.
La acotación de la ECS ha sido un santo grial de la ciencia climática desde que el meteorólogo estadounidense Jules Charney sugirió un posible rango de 1,5 °C a 4,5 °C en su informe de 1979. Su estimación se basó en gran medida en los primeros dos modelos climáticos globales del mundo, que arrojaron estimaciones diferentes de 2 °C y 4 °C cuando realizaron un sencillo experimento en el que se duplicaron los niveles atmosféricos de CO2.
Desde entonces, a pesar de más de 40 años de investigación, de una comprensión mucho mejor de los procesos atmosféricos y de numerosas observaciones más detalladas, este rango se ha mantenido obstinadamente.
Ahora, al combinar pruebas procedentes del calentamiento observado, del pasado lejano de la Tierra y de los modelos climáticos, así como de los avances en nuestra comprensión científica del clima, nuestros resultados sugieren que el rango de la sensibilidad climática de equilibrio probablemente se sitúe entre 2,6 °C y 4,1 °C.
Este rango más acotado indica que la sociedad humana no podrá confiar en una sensibilidad baja que nos dé más tiempo para abordar el cambio climático. Pero el lado positivo de esta situación es que nuestros resultados también sugieren que las estimaciones de ECS muy elevadas son poco probables.
Un rango persistentemente amplio
Lo sensible que es el clima de la Tierra al aumento del CO2 atmosférico es una cuestión fundamental para la ciencia climática. Esencialmente, determina cuánto aumentará la temperatura superficial de la Tierra en respuesta a las emisiones de CO2 de origen humano.
Las concentraciones de CO2 en la atmósfera han aumentado desde los niveles preindustriales de 280 partes por millón (ppm) hasta alrededor de 416 ppm en la actualidad. Sin medidas para reducir las emisiones, es probable que las concentraciones alcancen 560 ppm (el doble de los niveles preindustriales) hacia el año 2060.
Sin embargo, el rango estimado para la ECS se ha mantenido persistentemente amplio. El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) cuarto informe de evaluación (AR4), publicado en 2007, concluyó que la ECS era probable – en el lenguaje del IPCC, esto significa una probabilidad superior al 66 %– de entre 2,0 °C y 4,5 °C. Esto sugería que las estimaciones inferiores a 2 °C eran poco probables y, por fin, indicaba que se estaban logrando algunos avances.
Sin embargo, esta mejora se revirtió en el quinto informe de evaluación (AR5) en 2013, que volvió al rango canónico de 1,5 °C a 4,5 °C para su probable estimación.
¿Por qué se produjo la reversión? Desde la década de 2000, las estimaciones de la ECS no solo procedían de modelos climáticos, sino que se estimaban a partir de estudios del clima del pasado («paleoclimatología»), de interpretaciones basadas en observaciones históricas de los cambios de temperatura, así como de estudios de los procesos de retroalimentación climática subyacentes.
Cuando se estaba redactando el informe AR5, las estimaciones de base histórica arrojaban valores óptimos de la ECS en torno a 2 °C. En cambio, las estimaciones basadas en la comprensión de los procesos y en la modelización respaldaban el extremo superior del rango de Charney. Aunque los rangos se solapaban, esta divergencia entre las estimaciones basadas en el cambio climático observado, por un lado, y en la comprensión y modelización de los procesos que rigen la sensibilidad climática, por otro, era preocupante.
Desde 2013, los científicos han realizado un esfuerzo concertado para comprender los detalles técnicos de por qué difieren las estimaciones y para dar los primeros pasos cautelosos hacia la conciliación de las estimaciones dispares procedentes de distintas líneas de evidencia.
Nuestro nuevo estudio ilustra esta mejor comprensión de cómo se relacionan entre sí las distintas líneas de evidencia independientes y permite combinarlas formalmente para acotar la ECS con más firmeza que en cualquier evaluación global anterior.
Rango probable de la sensibilidad climática de equilibrio
Nuestra investigación sugiere que el probable rango de la ECS es de 2,6 °C a 4,1 °C, con una mejor estimación ligeramente superior a 3 °C. Fuera de este rango, la probabilidad de que la ECS sea inferior a 2 °C es menor del 5 %, y la de que sea superior a 4,5 °C, de entre el 6 % y el 18 %.
También elaboramos una estimación de la «sensibilidad climática efectiva», una medida ligeramente distinta de la ECS, de 2,6 a 3,9 °C. (La ECS es una estimación del calentamiento una vez que el clima ha alcanzado el equilibrio tras duplicarse los niveles de CO2. Esto a veces resulta poco práctico de evaluar y simular, porque el clima puede tardar miles de años en alcanzar realmente el equilibrio. La ECS es un atajo habitual, que normalmente extrapola el calentamiento 150 años después de una duplicación del CO2.)
A primera vista, esto puede no parecer una mejora considerable respecto al último informe del IPCC, pero, de hecho, tiene implicaciones importantes para la comprensión de la ciencia climática y para nuestra confianza en el rango proyectado del calentamiento del siglo XXI.
El gráfico siguiente muestra cómo se compara el rango probable de la ECS de nuestro estudio (recuadro negro) con el AR5 (gris) y con el rango completo de estimaciones de los quinto (azul) y sexto (naranja) proyectos de intercomparación de modelos acoplados (CMIP). (Las proyecciones de los modelos CMIP5 alimentaron el AR5, mientras que el CMIP6 servirá de base para el próximo sexto informe de evaluación, AR6.)
Rango de la ECS del nuevo estudio para los resultados base (negro) y robustos (gris, que muestra la sensibilidad efectiva), el último informe de evaluación del IPCC (AR5, azul), la última generación de modelos climáticos (CMIP5, amarillo), y los nuevos modelos climáticos CMIP6 (naranja). En el caso de Sherwood et al. y del AR5, el rango probable de sensibilidad climática (rango del 66 %) se muestra con las barras gruesas, mientras que la sensibilidad muy probable (rango del 90 %) se muestra con las barras finas. Gráfico elaborado por Carbon Brief con Highcharts.
Nuestro estudio produce un rango más estrecho al determinar y explicar primero cómo cada línea de evidencia puede establecer límites (o no hacerlo) a la ECS probable. Examinamos tres líneas de evidencia distintas: la comprensión de los procesos de retroalimentación; las observaciones históricas de los cambios de temperatura, y las reconstrucciones paleoclimáticas de los cambios climáticos del pasado.
En segundo lugar, nuestro trabajo combina formalmente las tres estimaciones y produce una estimación central de la ECS ligeramente superior a 3 °C. También establece restricciones adicionales al rango de la ECS: da un 90 % de probabilidad de que las estimaciones se sitúen entre 2,3 °C y 4,7 °C. Si se excluye cualquiera de las líneas de evidencia o se utiliza un enfoque estadístico diferente, se obtiene una estimación de la sensibilidad efectiva «robusta» de entre 2,0 °C y 5,7 °C.
Estas restricciones permiten comparar ahora este rango con las estimaciones de los modelos climáticos, que no se utilizaron como línea de evidencia directa. Cuando algunos modelos climáticos tienen una ECS elevada en comparación con nuestro rango, cabría esperar que sobrestimen los futuros niveles de calentamiento bajo una determinada trayectoria de emisiones. Del mismo modo, si la ECS es baja en comparación con nuestro rango, es probable que subestimen el calentamiento futuro.
Combinación de líneas de evidencia
Los procesos de retroalimentación son un factor importante en la respuesta de la Tierra al aumento de los niveles de CO2. Existen retroalimentaciones tanto positivas, que refuerzan el calentamiento, como negativas, que lo amortiguan. Un ejemplo de retroalimentación positiva es cuando el calentamiento derrite el hielo y la nieve, lo que implica que se refleja menos luz solar y se absorbe más, causando así un mayor calentamiento.
Examinamos pruebas procedentes de observaciones, de la teoría, de simulaciones detalladas y de modelos climáticos. Nuestro análisis mostró que las estimaciones de la sensibilidad climática de equilibrio inferiores a 2 °C requerirían que las nubes tuvieran una retroalimentación negativa sobre el calentamiento global, lo que consideramos muy poco probable. Por tanto, esta evidencia por sí sola podría descartar estimaciones de la ECS inferiores a 1,5 °C.
El calentamiento observado hasta la fecha es otra línea de evidencia. Ya hemos experimentado alrededor de 1 °C de calentamiento sin haber duplicado todavía las concentraciones de CO2. Este hallazgo hace muy poco probable que los valores de la ECS sean inferiores a 2 °C. Sin embargo, una buena estimación de la ECS a partir de pruebas históricas se ve obstaculizada por las dificultades para cuantificar el efecto refrigerante de los aerosoles (procedentes de la contaminación atmosférica y de los volcanes) y por la constatación de que los procesos de retroalimentación pueden haber funcionado de manera diferente en las últimas décadas a como se espera que funcionen a largo plazo. Esto hace extremadamente difícil descartar valores altos de la ECS basándose únicamente en datos históricos.
La paleoclimatología es la tercera línea de evidencia que examinamos. El cambio climático que se produjo de forma natural en el pasado lejano de la Tierra también puede ayudar a acotar la ECS si se dispone de suficiente información. Descubrimos que los dos periodos más informativos fueron el último máximo glacial (hace unos 20 000 años), que fue unos 3 °C a 7 °C más frío que hoy, y un periodo cálido del Plioceno medio (unos 1 °C a 3 °C más cálido que hoy), que se produjo hace aproximadamente tres millones de años. Los límites del enfriamiento durante el último máximo glacial constituyen la mejor evidencia individual de que los valores elevados de la ECS son poco probables.
Estas restricciones de la sensibilidad climática de equilibrio se vuelven más sólidas cuando las líneas de evidencia se tratan conjuntamente, lo que permite que la evidencia combinada empiece a descartar valores altos y bajos de la ECS…
Descarte de valores altos de la ECS: Si el valor real de la ECS fuera superior a 4,5 °C, las retroalimentaciones de las nubes tendrían que ser mucho más amplificadoras de lo que sugieren los datos de satélite. Las futuras retroalimentaciones también tendrían que ser mucho más amplificadoras de lo que han sido durante el periodo histórico. Además, los cambios en las capas de hielo de la Tierra y la deposición de polvo en las condiciones secas del último máximo glacial tendrían que haberse sobrestimado gravemente.
Descarte de valores bajos de la ECS: Si el valor real de la ECS fuera inferior a 1,5 °C, habría que descubrir un proceso de retroalimentación de las nubes con un fuerte efecto refrigerante hasta ahora no previsto. Además, los aerosoles tendrían que haber contribuido con un efecto refrigerante casi nulo o incluso con un efecto calentador sobre el clima durante el periodo histórico. Asimismo, el calentamiento estimado durante el Plioceno medio tendría que haber sido sobrestimado.
Consideramos la probabilidad de que todas las líneas de evidencia fueran erróneas mediante la realización de una serie de pruebas estadísticas. Nuestras pruebas también evaluaron la dependencia de determinadas piezas de evidencia. Estas pruebas nos permitieron fijar el rango final de la ECS que se presenta en el artículo, pero solo después de mucho cálculo matemático y de debates por videoconferencia.
El gráfico siguiente muestra los resultados de cada línea de evidencia por separado, donde cada recuadro indica el rango de probabilidad del 50 % de la sensibilidad climática efectiva.
El rango de probabilidad del 50 % de la sensibilidad climática efectiva calculado a partir de cada línea de evidencia de forma independiente. Téngase en cuenta que el límite superior de la estimación basada solo en datos históricos está mal acotado y es >8 °C. Gráfico elaborado por Carbon Brief con Highcharts, a partir de la figura 20 de Sherwood et al. (2020).
Comparación con los modelos
En la figura anterior de este artículo se mostraba que algunos modelos CMIP6 están fuera de los rangos de la ECS indicados en el artículo, tanto en el extremo alto como en el bajo.
Nuestro trabajo sugiere que los modelos con una ECS fuera de nuestro rango es poco probable que sean representativos de la verdadera ECS y, por tanto, cabe esperar que sobrestimen o subestimen el cambio futuro de temperatura.
Sin embargo, nuestro estudio no es definitivo y todavía hay margen en la estadística para valores en el extremo alto de la ECS, en particular, ya que este extremo está menos bien acotado que nuestro extremo inferior. Por tanto, nuestro trabajo no puede descartar de forma concluyente estos modelos de extremo alto.
Además, otros estudios han constatado que, en muchos aspectos, las simulaciones con valores elevados de la ECS mejoran. Por ello, sigue siendo una medida precautoria útil incluir estos modelos de sensibilidad climática de equilibrio elevada al evaluar los riesgos futuros.
