Un aumento de las olas de calor es uno de los impactos más extendidos del calentamiento global que ya se experimentan hoy, con eventos frecuentes en América del Norte y Europa en los últimos años, a menudo acompañados de sequía.
La ola de calor europea del verano de 2018 fue excepcional y excepcionalmente perjudicial, debido a su duración, que se extendió durante todo el verano hasta principios de otoño en muchas regiones, casi sin interrupción por el alivio de temperaturas más moderadas.
En una nueva investigación, publicada hoy (19 de agosto) en Nature Climate Change, demostramos que el calentamiento global hará más probable este tipo de fenómenos meteorológicos extremos persistentes, incluidas las olas de calor más largas, las sequías y los periodos de lluvias prolongados. Este efecto se suma al aumento de las temperaturas medias.
Esta combinación de mayor persistencia e intensificación de los extremos meteorológicos, debido a veranos generalmente más calurosos y a la intensificación de los eventos de precipitación intensa, aumenta los riesgos potenciales en el futuro.
Sin embargo, también demostramos que la mayor parte de este aumento de la persistencia y de los riesgos relacionados podría evitarse limitando el calentamiento global a 1,5 °C.
Intensificación del calor
En 2018, Europa sufrió un evento de calor y sequía particularmente grave y duradero que se extendió durante todo el verano, lo que habría sido «prácticamente imposible» sin el cambio climático.
Este año, dos olas de calor europeas consecutivas en junio y julio batieron récords de temperatura por amplios márgenes, aunque fueron más breves que el evento de 2018.
El estrés persistente causado por el calor y el tiempo seco durante la ola de calor de 2018 tuvo graves repercusiones en el medio ambiente, aunque las temperaturas no fueron extremas durante todo ese tiempo.
Al final del verano, se registraron pérdidas del 15 % en la producción de trigo en Alemania. Además, los niveles del río Rin fueron demasiado bajos para proporcionar agua de refrigeración suficiente a las centrales eléctricas o suficiente profundidad en sus vías navegables para el tráfico fluvial.
El déficit hídrico resultante se ha prolongado hasta bien entrado 2019 en algunas zonas de Europa Central. Esto está provocando la continuación de las condiciones de calor y sequía, con graves repercusiones en los bosques por el aumento de los riesgos de incendios y plagas.
Existe un debate en curso sobre las distintas contribuciones a la intensificación observada de las olas de calor. En primer lugar, está el simple efecto del calentamiento: el aumento de las temperaturas medias provoca más días calurosos y, con ello, aumenta tanto la frecuencia como la duración de las olas de calor.
En segundo lugar, efectos locales como la «retroalimentación de la humedad del suelo» también podrían contribuir a olas de calor más intensas. Esto ocurre cuando los suelos se secan a medida que aumentan las temperaturas, lo que reduce el enfriamiento por evaporación durante los periodos cálidos y amplifica el calentamiento local.
Además, los cambios en la circulación atmosférica pueden contribuir a condiciones más favorables para las olas de calor en algunos lugares. Se ha observado que las «trayectorias de tormentas» estivales en el hemisferio norte ya se han debilitado, y se prevé que cambien aún más. Dado que las tormentas estivales traen periodos de aire húmedo y frío que interrumpen las olas de calor y las sequías, este movimiento más lento puede favorecer periodos cálidos y secos más prolongados.
Si bien el efecto directo del calentamiento sobre la aparición de olas de calor es indiscutible, por sí solo no puede explicar el aumento tan rápido de las olas de calor observado en una región como Europa. Esto significa que otros mecanismos también deben desempeñar un papel.
Hasta ahora, sin embargo, no está claro si las retroalimentaciones de la humedad del suelo o los cambios en la circulación son el factor más importante. En nuestro nuevo estudio, hemos empleado un enfoque novedoso, centrado específicamente en la persistencia de los extremos y en sus posibles causas.
Clima persistente
Con este fin, analizamos la persistencia de condiciones meteorológicas específicas. Por ejemplo, observamos cómo los días cálidos se agrupan a lo largo del hemisferio norte.
En concreto, nos interesa la probabilidad de que un periodo cálido persista durante más de, digamos, dos semanas, y si esta probabilidad de superación cambia con el calentamiento global.
Para comprobarlo, utilizamos un gran «conjunto», o colección, de simulaciones de modelos climáticos del proyecto HAPPI para analizar la persistencia meteorológica local en un mundo 2 °C y 1,5 °C más cálido, los niveles de temperatura citados en el objetivo de temperatura a largo plazo del Acuerdo de París. Después comparamos estos resultados con las condiciones climáticas actuales, que ya son alrededor de 1 °C más cálidas que los niveles preindustriales.
Para excluir del estudio el efecto directo del calentamiento climático sobre las olas de calor, definimos los días «cálidos» como aquellos más cálidos que la media estival de cada escenario (de modo que siempre hay un 50 % de días cálidos y un 50 % de días fríos).
También analizamos los cambios en la persistencia de los periodos secos y lluviosos. A diferencia de la persistencia cálida, utilizamos umbrales fijos para definir los días con lluvia (precipitación superior a 5 mm) o secos (precipitación inferior a 1 mm).
De forma similar a la temperatura, los cambios en la persistencia de las precipitaciones pueden deberse a cambios en la circulación atmosférica, retroalimentaciones o termodinámica simple. Por ejemplo, una atmósfera más cálida puede contener más agua, lo que conduce a eventos de precipitación más intensos y, por tanto, a más días de lluvia intensa según nuestra métrica.
Para ilustrar la importancia práctica de las métricas de persistencia que estudiamos, las siguientes figuras muestran dos ejemplos de periodos con calor prolongado, sequedad, combinación de «seco-cálido» y lluvia, relacionados con fenómenos meteorológicos extremos en Berlín en el verano de 2018 (izquierda) y en París en 2016 (derecha).
En cada figura, el gráfico superior muestra las temperaturas (línea gris) y las temperaturas en relación con la media diaria (anomalías, línea roja). El gráfico central muestra la precipitación, con los días lluviosos resaltados en azul y los días secos en naranja. El gráfico inferior muestra los periodos persistentes con calor por encima de la media (barras rojas), los periodos secos o seco-cálidos prolongados (naranja y morado) y los periodos lluviosos (azul).
Los periodos prolongados de calor, sequedad y seco-cálido durante los meses de primavera y verano de 2018 son evidentes en la figura de Berlín (izquierda), mientras que en el caso de París (derecha) la inundación del Sena de 2016, marcada con una línea vertical, sigue claramente a varios periodos lluviosos persistentes.
Extremos prolongados
Nuestros resultados muestran que se prevé que los periodos cálidos estivales sean más persistentes en las latitudes medias del hemisferio norte, como Europa o América del Norte, en el escenario de 2 °C en comparación con un clima actual con aproximadamente 1 °C de calentamiento.
En relación con la ola de calor de 2018 en Europa, la probabilidad de encontrar un periodo cálido de tres semanas en Europa Central en cualquier año dado aumentaría relativamente un 4 %. Este aumento, pequeño pero significativo, implica que los días «cálidos» por encima de la media se agruparán durante periodos más largos en el futuro.
Este aumento también se suma al impacto en la duración de las olas de calor que ya se espera por la contribución termodinámica del calentamiento global en su conjunto, y que podría identificarse observando los días que superan un único umbral fijo de temperatura en todas las condiciones climáticas.
Constatamos que también se prevé que los periodos secos y lluviosos se alarguen si el calentamiento alcanza los 2 °C. En el centro y el este de América del Norte, por ejemplo, se prevé que dos semanas sin lluvia sean alrededor de un 13 % más probables, y en Europa Central la probabilidad de encontrar siete días consecutivos de precipitación intensa aumenta relativamente alrededor de un 18 %.
También analizamos los periodos compuestos de calor y sequedad, y comprobamos que su persistencia aumenta hasta un 20 % en el este de América del Norte.
La siguiente figura resume nuestros resultados, que muestran que en muchas zonas del hemisferio norte los fenómenos meteorológicos extremos persistentes serán más probables (tonos morados) si el calentamiento alcanza los 2 °C.
Para cada región, los recuadros muestran el cambio relativo en la probabilidad de periodos persistentes cálidos (cuadrante superior izquierdo), secos (superior derecho), seco-cálidos (inferior izquierdo) o lluviosos (inferior derecho). El sombreado morado indica una mayor probabilidad de hasta un 50 %, mientras que el sombreado verde indica una menor probabilidad.
Cuando se pudieron identificar los mecanismos responsables del cambio en la probabilidad, estos se indican con símbolos para las trayectorias de tormentas, la humedad del suelo o la frecuencia de días lluviosos.
Trayectorias de tormentas
Nuestros resultados sugieren que una desaceleración estival de la «corriente en chorro» desempeña un papel importante en la prolongación de la persistencia de los periodos secos y cálidos, como muestra el gráfico anterior. La corriente en chorro es una franja de aire de movimiento rápido, situada en lo alto de la atmósfera, que dirige los patrones meteorológicos y las trayectorias de las tormentas.
Constatamos que los periodos cálidos y secos tienden a persistir más en los meses con baja actividad de trayectorias de tormentas. En las regiones afectadas por la trayectoria de tormentas del Atlántico Norte, el aumento de la persistencia de la sequedad y el calor puede vincularse con la disminución de la actividad de estas trayectorias. En algunas regiones, también podría contribuir a un aumento de la persistencia de las lluvias.
El hecho de que una atmósfera más cálida pueda contener más agua explica en parte el aumento de la persistencia de las lluvias previsto en las latitudes altas, como el noreste de Europa. Sin embargo, en la mayoría de las zonas de latitudes medias constatamos que este efecto desempeña solo un papel menor, y en regiones como Europa Central la persistencia de las lluvias aumenta aunque disminuya el número de días lluviosos.
Constatamos que las retroalimentaciones de la humedad del suelo son importantes en algunas regiones. Por ejemplo, identificamos una disminución de la humedad del suelo en el Mediterráneo como factor determinante de periodos secos más largos en la región en el futuro.
Esto no significa que las retroalimentaciones de la humedad del suelo no contribuyan a los fenómenos meteorológicos extremos en otras regiones; a menudo sí lo hacen. Sin embargo, no hemos podido identificar claramente este mecanismo como factor determinante de un aumento de la persistencia, separado de otras contribuciones.
En conjunto, nuestros resultados sugieren que el calentamiento global provocará condiciones meteorológicas locales más persistentes en los veranos del hemisferio norte. Promediados en las latitudes medias y en muchas regiones concretas, se prevé que los extremos de calor, sequedad y lluvia sean más persistentes si el calentamiento alcanza los 2 °C por encima de las temperaturas preindustriales.
Sumado a la intensificación que ya se espera por temperaturas estivales generalmente más altas y precipitaciones más intensas a medida que el mundo se calienta, este aumento de la persistencia eleva los riesgos potenciales de los futuros fenómenos meteorológicos extremos.
En cambio, nuestros resultados muestran que la mayor parte de los aumentos de la persistencia, junto con los riesgos relacionados, podrían evitarse si el mundo se mantiene por debajo del límite de 1,5 °C del Acuerdo de París.
