Qué son los modelos climáticos y cómo pueden mejorarse

Una de las críticas más habituales de los negacionistas del cambio climático y de los enemigos de la ciencia en general se centra en cuestionar la validez de los modelos matemáticos que nos sirven para prever el clima del futuro.  Para enfrentarnos a este tipo de ideas es importante saber que son exactamente los modelos climáticos, como trabajan con ellos los científicos y que problemas presentan. Una nota publicada en la revista Science esta semana habla precisamente de ello.

Los modelos climáticos no son sino conjuntos de ecuaciones en los que se representa matemáticamente la relación entre los distintos factores que determinan la circulación de la atmósfera. Cada uno de estos factores viene representado por un parámetro. Si sustituimos estos parámetros con datos reales y "simulamos" los procesos que representa el modelo en la computadora obtendremos una predicción acerca de cómo será el clima tras un cierto número de años.

Gracias a los modelos matemáticos los científicos e ingenieros han sido capaces de predecir el resultado de innumerables procesos naturales e industriales con bastante exactitud. Por lo que no hay razón alguna para desconfiar de lo que los modelos climáticos por el mero hecho de ser modelos. Sin embargo, la Ciencia funciona a partir del reconocimiento de los errores y la mejora constante, y los modelos también plantean algunos problemas.

Los modelos climáticos con los que más se trabaja actualmente se basan en el "Modelo General de Circulación" (GCM según sus siglas en inglés), desarrollado hace más de 15 años. Este modelo no es sino una descripción con ecuaciones matemáticas de los principales procesos que determinan la circulación atmosférica, y en concreto, el transporte del calor que se genera en el Ecuador hacia los polos. El GCM ha sido validado en muchísimas ocasiones, sin embargo, aún no es capaz de describir adecuadamente algunos procesos básicos como la formación de nubes. Estos procesos son muy importantes para explicar la dinámica de la troposfera (la parte de la atmósfera más cercana a la superficie terrestre) y por tanto, para mejorar las predicciones acerca del clima del futuro.

Durante la última década se ha tratado de mejorar el modelo original acoplando al mismo nuevas ecuaciones que explican nuevos procesos. Así, los GCM se han transformado en "Modelos Climáticos Globales" y estos en "Modelos del Sistema Terrestre" una vez que han incorporado los ciclos asociados de los principales nutrientes químicos.

Sin embargo, la transformación de los modelos originales en modelos más complejos, lejos de disminuir la incertidumbre en las predicciones, la ha multiplicado. Por otra parte, la dificultad de los modelos originales para predecir ciertos procesos con exactitud dificulta la predicción de muchos otros. Por ejemplo, si no entendemos de forma adecuada el control de las precipitaciones terrestres en las zonas tropicales tampoco vamos a poder predecir en su totalidad el ciclo del carbono. Si no podemos predecir con exactitud la magnitud del cambio climático en el Ártico tampoco podremos predecir la magnitud del derretimiento del permafrost y los efectos de este en la biogeoquímica de los suelos.

Para evaluar las capacidades predictivas de los modelos climáticos los científicos a menudo prueban estos en con datos hipotéticos pertenecientes a planetas mucho más sencillos que aquel en el que vivimos. Uno de estos planetas, por ejemplo, se compone tan sólo de océanos y en él, por tanto, las complejas interacciones entre la atmósfera, la biosfera y los procesos químicos que se dan en el mundo real son inexistentes. A pesar de ello, con algunos de estos mundos virtuales los modelos climáticos muestran errores similares a los que habitualmente vemos cuando se aplican al mundo real. Estas fuentes de error son especialmente importantes en los trópicos, en donde las relaciones entre la circulación atmosférica y el agua de los océanos son mayores.

Para los próximos años, en vez de desarrollar modelos cada vez más complejos que incluyan un enorme número de procesos necesitaríamos volver por un tiempo a los modelos más básicos y elaborar nuevas versiones de los mismos en las cuales se representen mejor las interacciones entre la dinámica de los océanos y la atmosfera.

Los modelos climáticos son la mejor herramienta que tenemos para predecir el clima global, y las predicciones de los mismos, según han ido mejorando, apuntan siempre hacia el mismo sitio; un aumento de la temperatura media global, una reducción de las precipitaciones y en general, un clima más impredecible y cambiante.

Sin embargo, los modelos climáticos tienen problemas, y ser conscientes de los mismos es los mejor que podemos hacer para defenderlos.

(1) Stevens and Bony 2013. What are climate models missing? Science 340: 1053-1054.