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Cómo ayudan las matemáticas a entender el cambio climático

Estos días se está celebrando en Madrid la conferencia número 25 del Convenio de Cambio Climático de la ONU.

Los indicadores, basados en modelos matemáticos, nos dicen que debemos actuar si queremos que el planeta sea viable.

Debemos observar la naturaleza, trasladar nuestras observaciones a lenguaje matemático y formular hipótesis. Cuando hagamos esto tendremos un modelo de la naturaleza. Por ejemplo, si queremos estudiar el movimiento de un proyectil, podemos formular un modelo en el que la trayectoria descrita es una parábola:

El modelo nos sirve para cualquier objeto que deseemos lanzar.

Ahora nos interesan especialmente  las ecuaciones que describen el movimiento de las masas de aire y que dan lugar a los modelos de predicción meteorológica: las ecuaciones de Navier Stokes.

En el caso de los modelos climáticos la cuestión se complica bastante: por una parte, debemos decidir con qué escala de tiempo trabajamos.

Lo que sí podemos hacer es observar y, en ese sentido, tenemos datos para preocuparnos. Cuando observamos un aumento sustancial de la temperatura del planeta deberían encenderse las alarmas.

El gráfico de la imagen superior demuestra observa que en en los últimos 80 años la temperatura global ha subido un grado. Eso conlleva el aumento del nivel de los océanos, con la inundación de zonas costeras, pero también el acceso a materia vegetal que hasta ahora era inaccesible por estar congelado.

Los datos se estudian, se ajustan y se proponen ecuaciones que los reflejen. Se comprueba que las mediciones anteriores funcionan para el modelo que hemos realizado y con eso se supone que también van a predecir bien el comportamiento futuro. Esto se hace con ciertas cautelas: se piensa que la plantación de árboles ayuda a capturar CO2, pero ahora se está comprobando que los árboles no están capturando tanto dióxido de carbono como se esperaba.

En la década de 1960 Syukuro Manabe, investigador en la agencia estadounidense de la Atmósfera y el Océano (NOAA), elaboró un modelo informático según el cual, si se duplicaba la concentración de CO2 en la atmósfera, la temperatura global subiría dos grados (ya ha aumentado uno). Ese era el inicio de los modelos que predicen el cambio climático y en 2017 obtuvo el premio BBVA Fronteras del Conocimiento, junto a James Hansen, otro investigador que predijo el calentamiento global.

En un modelo climático se suele considerar la esfera terrestre rodeada de una malla en la que las celdas se constituyen por latitud y longitud, añadiendo además factores como la presión atmosférica y la altitud.

Los modelos, como tales no son únicos, pero sus hipótesis se basan en leyes de conservación. En el caso de modelos atmosféricos necesitamos imponer ecuaciones de conservación del momento, conservación de la masa, conservación del agua y una ecuación de estado. Con los modelos climáticos oceánicos ocurre algo similar, pero también hay que considerar, por ejemplo, la conservación de la salinidad.

Los condicionantes matemáticos conducen a modelos diferentes. Además de cambiar la resolución con la que se trabaja también podemos cambiar ligeramente las hipótesis de partida con las que establecemos las condiciones de contorno de las ecuaciones que intervienen en el modelo.

Leer más:

https://www.abc.es/ciencia/abci-como-ayudan-matematicas-entender-cambio-climatico-201912020059_noticia.html

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