El papel de la variabilidad debida a los ciclos oceánicos en el calentamiento global es un debate de larga data en la ciencia climática.
La comunidad científica coincide de manera abrumadora en que las actividades humanas son responsables del aumento observado de las temperaturas durante el último medio siglo. Sin embargo, las influencias relativas de los impulsores naturales del cambio climático –como las erupciones volcánicas, los ciclos oceánicos y el sol– sobre las fases más cálidas y más frías superpuestas a la tendencia de calentamiento a largo plazo siguen siendo un área de investigación activa.
En un artículo publicado en la Journal of Climate, encontramos que la combinación de forzamientos climáticos humanos y naturales forzamientos climáticos – aumento del CO2 atmosférico y de otros gases de efecto invernadero, volcanes, actividad solar y aerosoles – puede explicar prácticamente todo el cambio a largo plazo en el registro de temperaturas de los últimos 150 años.
Si bien las subidas y bajadas de un año a otro están relacionadas con el fenómeno El Niño-Oscilación del Sur (ENSO), encontramos que la variabilidad debida a los ciclos oceánicos de acción lenta no es necesaria para explicar los cambios a más largo plazo en el registro histórico de temperaturas.
El modelo coincide con el calentamiento observado
El “periodo temprano de calentamiento” entre 1915 y 1945 lleva mucho tiempo planteando un desafío para los científicos. Estudios previos han sugerido que alrededor de la mitad del calentamiento observado durante este periodo es atribuible a factores “externos” al clima, como las emisiones de gases de efecto invernadero de origen humano, las erupciones volcánicas y la variabilidad de la producción solar. La mitad restante se atribuye a factores “internos”, es decir, fluctuaciones naturales dentro del propio sistema climático. Esto ha dado lugar a propuestas de que podría haber ciclos oceánicos de largo plazo que operan en periodos de 60 a 70 años y que influyen en las temperaturas globales. Comúnmente se asocian con el índice de Variabilidad Multidecadal del Atlántico (AMV).
Nuestros hallazgos desafían esta visión predominante. Encontramos que prácticamente todos los cambios observados en las temperaturas medias globales de los últimos 170 años son causados por impulsores externos, lo que deja poco margen para una contribución oceánica interna “no forzada”. Esto significa que es improbable que los ciclos oceánicos con escalas temporales de 60-70 años sean un factor en la evolución observada de las temperaturas globales desde 1850. En cambio, factores externos, como los periodos de intensa actividad volcánica y la liberación de partículas de aerosol (contaminación atmosférica), han hecho que las temperaturas fluctúen.
Para determinar los efectos de los impulsores externos sobre las temperaturas globales, utilizamos un “modelo de respuesta impulsiva de dos cajas”, que transforma la estimación del forzamiento en una respuesta térmica asociada. Esto nos permite incluir tanto las respuestas climáticas rápidas como las lentas a los distintos impulsores, y refleja el papel que desempeña el océano al amortiguar el ritmo del calentamiento observado.
La siguiente figura muestra las temperaturas globales observadas (en negro) en comparación con el modelo que usa forzamientos climáticos (amarillo) y forzamientos climáticos que incluyen condiciones de ENSO (azul claro).
Temperaturas superficiales globales a partir de observaciones (datos de temperatura terrestre de Cowtan/Way combinados con datos de temperatura superficial del mar HadISST2 sobre el océano, en negro) y resultados del modelo solo con forzamientos (amarillo) y con forzamientos más ENSO (azul claro). Las anomalías de temperatura se expresan en relación con 1850-1879. Basado en la Figura 5 de Haustein et al 2019. Gráfico de CarbonBrief utilizando Highcharts.
En nuestro modelo, prácticamente todo (97-98 %) de los cambios a largo plazo en la temperatura puede explicarse por el forzamiento externo. Este enfoque utiliza una descripción más precisa de los procesos de retroalimentación de los aerosoles antropogénicos (efecto de calentamiento de la contaminación por carbono negro y efecto de enfriamiento de las partículas de sulfato procedentes de la combustión industrial) y elimina los sesgos en los registros de temperatura superficial del mar (SST) causados por un cambio en la forma en que se realizaban las mediciones durante la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo, incluso sin estos forzamientos y estimaciones observacionales actualizados, este enfoque capta una parte sustancial de la variabilidad de la temperatura global.
El modelo reproduce con eficacia las temperaturas tanto sobre tierra como sobre océano. La siguiente figura muestra los resultados del modelo para tierra (naranja) en comparación con las observaciones de temperatura terrestre (rojo), así como valores similares para las temperaturas superficiales del mar (azul oscuro para las observaciones, azul claro para los resultados del modelo).
Temperaturas superficiales globales de tierra y océano a partir de observaciones y resultados del modelo para forzamientos más ENSO (azul claro). Las anomalías de temperatura se expresan en relación con 1850-1879; las temperaturas oceánicas se han desplazado -0,3 °C para evitar solapamientos. Gráfico de CarbonBrief utilizando Highcharts.
Distintos componentes del calentamiento
El modelo también nos permite atribuir los cambios de temperatura a distintos forzamientos. La siguiente figura muestra un desglose de los distintos factores que contribuyen a las temperaturas superficiales globales, incluidos los forzamientos humanos (gases de efecto invernadero y aerosoles), los forzamientos naturales (volcanes y sol) y las variaciones a corto plazo debidas a ENSO. Los puntos negros muestran el registro de temperaturas observado y la línea gris muestra la simulación del modelo que incorpora todos los impulsores.
Temperaturas superficiales globales a partir de observaciones (negro) y resultados del modelo para todos los factores (gris), gases de efecto invernadero (rojo), aerosoles (azul oscuro), forzamientos naturales (azul claro) y la variabilidad a corto plazo debida a ENSO (amarillo). Las anomalías de temperatura se expresan en relación con 1850-1879. Gráfico de CarbonBrief utilizando Highcharts.
Son bastante similares a las figuras publicadas anteriormente por Carbon Brief en un artículo sobre por qué los científicos consideran que alrededor del 100 % del calentamiento observado se debe a los seres humanos, ya que el modelo utilizado en ese análisis era una versión anterior de la que aparece en nuestro nuevo artículo.
Comparaciones con los cambios paleoclimáticos
Además de las comparaciones con las temperaturas observadas entre 1850 y la actualidad, podemos extender el modelo a un pasado más remoto, hasta el año 1500, utilizando estimaciones de los forzamientos climáticos pasados. Los resultados pueden compararse con reconstrucciones de temperatura basadas en “indicadores climáticos”, que son registros climáticos derivados de fuentes como los anillos de los árboles, los núcleos de hielo y los sedimentos oceánicos.
La siguiente figura muestra los resultados cuando extendemos el modelo hasta 1500 (en rojo), en comparación tanto con un conjunto de datos de reanálisis paleoclimático (NTrend2015, en la línea naranja en negrita) como con registros individuales de indicadores (naranja). Se muestran las temperaturas del hemisferio norte, ya que es donde existe un gran número de reconstrucciones de temperatura paleoclimática.
Temperaturas superficiales del hemisferio norte a partir de observaciones (negro) y resultados del modelo para todos los factores (gris), junto con siete estimaciones paleoclimáticas diferentes basadas en indicadores. Gráfico de CarbonBrief utilizando Highcharts.
Durante el periodo comprendido entre 1500 y la actualidad, el modelo capta la mayor parte de la variabilidad multidecadal presente en los datos de indicadores. Esto refuerza nuestra confianza en que no faltan en el modelo grandes fuentes de variabilidad interna, al menos durante los últimos 500 años aproximadamente.
Calentamiento futuro
Aunque el sistema climático sigue influido por la variabilidad natural a corto plazo de los eventos de El Niño y La Niña, la idea de que los océanos han llevado al clima a periodos más fríos o más cálidos durante varias décadas en el pasado, y de que podrían hacerlo en el futuro, es improbable que sea correcta.
La mayoría de los modelos climáticos globales complejos respaldan firmemente la hipótesis de que los océanos tienen una capacidad limitada para alterar las temperaturas globales en escalas temporales multidecadales. Este estudio aporta un respaldo a esos resultados de los modelos.
Esto significa que cabe esperar que el calentamiento futuro esté impulsado principalmente por factores de forzamiento externos, como las emisiones de gases de efecto invernadero de origen humano, junto con la variabilidad asociada a ENSO.
Existen todavía algunas diferencias entre las simulaciones de modelos climáticos complejos pasadas y las observaciones. Sin embargo, sugerimos que estos modelos deberían utilizar una fecha de inicio anterior que incluya las fuertes erupciones volcánicas de comienzos del siglo XIX, que siguen afectando a las temperaturas globales a mediados y finales del siglo XIX y probablemente durante un periodo aún mayor, lo que a su vez ayudaría a mejorar la concordancia entre ambos. Los forzamientos climáticos actualizados, que se incluirán en el próximo proyecto de modelización CMIP6 – también ayudarán a resolver algunas de las discrepancias históricas.
