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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

Inteligencia Artificial y modelos matemáticos pueden predecir cuándo caerá un rayo

Un equipo de investigadores de la École Polytechnique Fédérale de Lausana (Suiza) ha ideado una fórmula para predecir cuándo caerá un rayo, con la ayuda de la inteligencia artificial.

Mediante datos meteorológicos estándar y aprendizaje automático, los científicos crearon un sistema relativamente simple que puede predecir la caída de un rayo de gran tamaño entre 10 y 30 minutos, antes del evento, dentro de un radio de 30 kilómetros.

La predicción usa valores de observación y modelos matemáticos. Los investigadores también colocaron los datos sobre rayos que habían caído en el pasado para construir un algoritmo y así facilitar las predicciones con mayor precisión.

Leer más:

https://www.elimparcial.com/tecnologia/Inteligencia-Artificial-puede-predecir-cuando-caera-un-rayo-20191124-0057.html

Investigadores de la Universidad de Jaén aplican ecuaciones matemáticas para predecir la calidad del aceite de oliva virgen extra

Investigadores del grupo Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad de Jaén han elaborado nuevos modelos matemáticos basados en ecuaciones para predecir la calidad del aceite de oliva virgen extra y optimizar su proceso de elaboración.

Este equipo ha obtenido diversos modelos matemáticos que permiten predecir la calidad final del aceite a partir de la variación de diversos factores tecnológicos y agronómicos implicados en su producción.

Los modelos se basan en tratamientos estadísticos que permiten, mediante la modificación de ciertos aspectos técnicos de la producción del aceite, predecir el efecto en el aceite resultante, ya sea enriqueciendo o reduciendo la presencia de determinados compuestos fenólicos con capacidad antioxidante o inflamatoria.

Los factores tecnológicos que contempla este conjunto de ecuaciones matemáticas son los siguientes: el tamaño de la criba del molino de martillo que muele la aceituna, el tiempo y la temperatura de batido para la pasta molida de aceituna, y las dosis de coadyuvante tecnológico que se utilizan para mejorar el rendimiento de la aceituna.

Estos nuevos modelos son no sólo un instrumento para predecir la calidad del aceite de oliva, sino también sirven para facilitar la automatización de su producción en las almazaras.

Los investigadores de la Universidad de Jaén que participan en este proyecto (Modelado y optimización del proceso de elaboración de aceites de oliva para la mejora de sus características organolépticas), financiado por la Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa de la Junta de Andalucía, son Diego Fernández, Juan Vilar, Cristóbal Cara, Antonia de Torres y Manuel Moya y Francisco Espínola.

Fuente:

https://www.europapress.es/andalucia/noticia-investigadores-uja-aplican-ecuaciones-matematicas-predecir-calidad-aceite-oliva-virgen-extra-20181210143804.html

Modelo matemático confirma la estructura geológica de una región de Marte

Un equipo de la Universidad de Huelva ha confirmado las características geológicas de Ulysses Fossae, una extensión de Marte situada en la parte occidental de Tharsis, el mayor conjunto volcánico del sistema solar. El estudio se ha efectuado a través de modelos matemáticos que sólo se habían utilizado para examinar estructuras de la Tierra.

El trabajo ha analizado las características de la geometría y del desarrollo de una estructura de deformación, que afecta a una parte muy interesante de la corteza de Marte, desde el punto de vista científico.  Sus fallas, recuerdan a otras estructuras terrestres, como el Rift, de África oriental, donde se originó la especie humana y que abarca una gran estructura de extensión, por la cual se está partiendo y separando la placa africana en dos.

Los objetivos principales del estudio se centran en conseguir un mapa exhaustivo donde se especifiquen las fracturas y las fallas de Ulysses Fossae, un rift muy peculiar por la forma en la que separan los bloques de la corteza del planeta Marte. El trabajo se ha presentado en el artículo Evaluating transtension on Mars: The case of Ulysses Fossae, Tharsis, publicado en la revista Journal of Structural Geology.

De Marte se ha investigado sobre todo si existe agua y vida, su atmósfera y su superficie. Sin embargo, una de sus cuestiones más desconocidas y menos estudiadas es su proceso de cambio y, en concreto, los movimientos su litosfera.

Este tipo de investigaciones están en una etapa muy incipiente. Además de aumentar la frontera del conocimiento y de entender mejor nuestro planeta, los trabajos que se realizan de estas estructuras desde la Universidad de Huelva, de tipo más analítico, pueden aplicarse a otros campos, como el comercial. Por ejemplo, la deformación o movimiento de fallas del Rift africano da lugar a que existan canales de movimiento de fluidos que, con frecuencia, dan lugar a mineralizaciones.

Leer más:

Modelos matemáticos y 40 ensayos: así se elaboró el calendario de la Superliga argentina

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Para elaborar el programa de partidos, la Liga argentina de fútbol trabajó con el Instituto de Cálculo de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires y contó con matemáticos expertos en el modelado de datos.

La Superliga consultó a los clubes sobre las restricciones que tenían de cara al torneo. Les preguntó si no podían jugar en su estadio en determinadas fechas y si tenían alguna preferencia de horario para los partidos que jugaran como visitantes. Todos los clubes respondieron y, con esos datos el Instituto de Cálculo de la Universidad de Buenos Aires modeló el calendario.

Así, quedaron equipos con 13 partidos de local y 12 de visitante y otros con 12 partidos de local y 13 de visitante.

La Superliga también confirmó que el 14 de abril comenzará la Copa de la Liga entre los 26 equipos de primera división. Quienes terminen entre el primer y el sexto puesto se clasificarán automáticamente para los octavos de final. Los otros 20 equipos jugarán a partido de ida y vuelta y los emparejamientos estarán determinados por su situación durante la temporada.

Fuente:

https://www.lanacion.com.ar/2154555-modelos-matematicos-y-40-ensayos-los-detalles-de-como-se-ideo-el-fixture-de-la-superliga

Bioingeniería y modelos matemáticos para combatir los efectos del cambio climático

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Investigadores de la Universidad Pompeu Fabra han diseñado nuevas estrategias de modificación de organismos que ayudarán a contrarrestar el impacto humano sobre la Tierra.

Lo han hecho publicando un artículo en la revista Royal Society OpenScience, en el cual proponen modelos matemáticos para desarrollar estrategias para contribuir a la conservación de los ecosistemas mediante la biología sintética.

Los investigadores plantean modificar genéticamente una especie de microorganismo determinada, que ya se encuentra presente en el contexto ecológico.

Han estudiado la situación de los ecosistemas semidesérticos, donde el aumento de temperatura provocará una transición hacia el estado desértico.

Por otro lado, han explorado una estrategia para afrontar la acumulación de residuos como el plástico en los ecosistemas acuáticos. Un microorganismo modificado utilizaría los restos de plástico en los océanos como sustrato y los destruiría.

En definitiva, los investigadores proponen los primeros pasos hacia una teoría de dinámica de poblaciones general para comprender cómo los organismos modificados con bioingeniería se comportarían en los ecosistemas.

Fuente:

https://www.agenciasinc.es/Noticias/Bioingenieria-para-combatir-los-efectos-del-cambio-climatico

http://rsos.royalsocietypublishing.org/content/5/7/180121

Matemáticos de la Universidad de Córdoba investigan para ahorrar en el consumo en refrigeración

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Unos investigadores de la Universidad de Córdoba, especialistas en ingeniería automática, desarrollan modelos matemáticos que permiten reducir el consumo eléctrico de los sistemas de refrigeración.

Han elaborado un método que permite que los sistemas de refrigeración desarrollen su máxima potencia con el menor consumo energético posible. Este equipo, coordinado por el profesor Francisco Vázquez, ha logrado dicho método mediante la creación de modelos matemáticos que permiten diseñar sistemas de refrigeración a la carta.

Los modelos desarrollados proporcionan referencias sobre variables manipulables en equipos de refrigeración, que se combinan y se realizan múltiples simulaciones con los modelos matemáticos desarrollados.

En esta investigación se ha diseñado una planta piloto de uso experimental, que hace las veces de frigorífico de gran potencia.

El estudio ha sido publicado en la revista Applied Thermal Engineering y destaca que la aplicación de este método basado en modelos matemáticos tiene dos ventajas fundamentales. Una es que permite reproducir modelos de diferentes cargas usando una misma planta y otro, emular las condiciones atmosféricas que se deseen de manera artificial.

Fuente y más información:

http://www.diariocordoba.com/noticias/cordobalocal/matematicos-uco-investigan-ahorrar-consumo-refrigeracion_1172536.html

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