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Ambiente

El clima en versión 2.0

Un programa integra fenómenos de la atmósfera, los océanos y la superficie terrestre

NASASe encuentra en desarrollo en el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe) un ambicioso programa informático para el modelado del clima, coordinado por el climatólogo Carlos Nobre. Este programa integra en Brasil por primera vez las informaciones sobre el flujo de humedad, el calor y el dióxido de carbono presente en la atmósfera, en los océanos y en la superficie terrestre global. Para utilizar tal programa de modelado del clima global y generar escenarios de cambios climáticos, por ejemplo, se le adquirió por un valor de 50 millones de reales (15 millones de la FAPESP y 35 millones del Ministerio de Ciencia y Tecnología) una supercomputadora a la compañía norteamericana Cray, capaz de realizar 224 billones de operaciones por segundo. La nueva supercomputadora llegó en octubre a Brasil en 84 cajas, y este mismo mes estará enteramente montada en el campus del Inpe de la localidad de Cachoeira Paulista, en la zona de Vale do Paraíba, interior de São Paulo. La capacidad de procesamiento de la nueva computadora es 50 veces mayor que la de la computadora en uso en el Centro de Pronóstico del Tiempo y Estudios Climáticos (CPTEC) del Inpe.

La nueva máquina contendrá un programa llamado oficialmente Modelo Brasileño del Sistema Climático Global, cuya función principal será servir de base a las investigaciones relativas a los efectos de los cambios climáticos sobre las actividades humanas. De este modo, por tener la capacidad de proyectar escenarios climáticos plausibles dentro de 10 (con resolución espacial de hasta 10 x 10 km) ó 100 años (con resolución espacial de hasta 50 x 50 km), podrá servirles a los agricultores para planificar el diseño de la agricultura brasileña del futuro, a los economistas para anticipar el riesgo en sus negocios y a los gestores públicos, para adecuar el transporte y la ocupación de las ciudades y las zonas costeras.

Alerta
Esperamos que las conclusiones del nuevo modelo climático ayuden a disminuir los daños causados por los cambios climáticos. ¿Surgirán epidemias que podríamos evitar? ¿Necesitamos más centrales hidroeléctricas? ¿O debemos reforzar la producción de energía eólica o solar?, dice Paulo Nobre, investigador del Inpe y coordinador del modelo brasileño del sistema climático global. Los recientes episodios climáticos intensos constituyen un alerta, y refuerzan la necesidad de que todos hagamos proyecciones climáticas más confiables para evitar daños aún mayores. Se refiere a la sequía que perjudicó la cosecha de trigo en Río Grande do Sul a comienzos de año, que hizo retroceder el lecho de los ríos Amazonas y Negro como nunca antes y a las inundaciones como las de Pakistán, que dejaron 4 millones de personas sin casa.

La elaboración del nuevo programa de pronóstico climático involucra a unos 50 investigadores, movilizados por medio de la Red Brasileña de Investigación en Cambios Climáticos Globales Red Clima y del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología sobre Cambios Climáticos (INCT-MC), con sede en el Inpe. Los primeros resultados indican las dimensiones preocupantes de las alteraciones climáticas en curso en el país. Una versión preliminar del módulo de superficie, en elaboración en la Universidad Federal de Viçosa (UFV) y en el Inpe, demostró que el desmonte en la Amazonia y en el Cerrado puede hacer aumentar y después disminuir el volumen de agua de los principales ríos de una región debido a las alteraciones en la circulación de masas de aire en la baja atmósfera; el caudal del río Araguaia, por ejemplo, aumentó un 25% (lea “Tierra seca, ríos crecidos”, en Pesquisa FAPESP, nº 164, octubre de 2009). Paulo Nobre y otros investigadores del Inpe, con una versión intermedia del nuevo modelo climático, alimentado con datos de los últimos 20 años de variación climática en el continente y en los océanos, demostraron que la pérdida hipotética de toda la Selva Amazónica reduciría la cantidad de lluvias sobre la Amazonia en razón del aumento de frecuencia del fenómeno El Niño en el Pacífico ecuatorial.

El proyecto del modelo brasileño del sistema climático global involucra una intensa colaboración internacional. Un ejemplo de ello es el programa que evalúa el impacto del humo de las quemas sobre el clima, desarrollado por Karla Longo y Saulo Freitas, del Inpe, y el que aborda el fuego forestal, producto del trabajo conjunto de un equipo del Inpe y otro del Hadley Centre, de Gran Bretaña. Una versión preliminar de los módulos que evalúan el impacto de las plumas de humo y de las quemas forestales en Brasil sobre el clima global se encuentra en fase de pruebas en el modelo del sistema climático del Hadley Centre. Según Nobre, esos dos programas representarán el aporte científico brasileño original a la formulación de los escenarios de cambios climáticos que el Panel Intergubernamental sobre Cambios Climáticos (IPCC), la institución científica mundial de mayor peso en el área, pretende presentar en 2014. Los climatólogos de Sudáfrica también están desarrollando un modelo computacional de la atmósfera global, que utilizará el módulo de superficie desarrollado por la UFV y el Inpe, comenta Nobre. No es la primera vez que los climatólogos brasileños crean programas con propósitos audaces. En 2007, un equipo del Inpe coordinado por José Marengo concluyó un modelo climático regional que detalló las informaciones de modelos globales y mostró una elevación de la temperatura media anual y un aumento de la intensidad de las lluvias en América Latina (lea “Un Brasil más caliente”, Pesquisa FAPESP nº 130, diciembre de 2006).

FABIO COLOMBINIDentro de tres años, cuando el nuevo modelo climático global esté listo, Brasil entrará al restringido grupo de países aptos para operar con información de primera mano sobre el comportamiento del clima en su propio territorio y verificar de qué modo lo que sucede aquí repercute en el mundo, conciliando fenómenos locales y globales. Por ahora, pocos países Estados Unidos, el Reino Unido, Alemania, Francia, Japón, Canadá y Australia cuentan con sus propios modelos climáticos, vistos como estratégicos, pues facilitan la detección de problemas locales tales como la formación de tempestades, sequías o lluvias intensas. No podemos esperar que científicos de otros países resuelvan nuestros problemas, afirma Marcos Heil Costa, docente de la UFV que coordina el desarrollo del módulo de superficie. En Brasil, dice, los impactos de las alteraciones en el uso del suelo, como por ejemplo la deforestación de la Amazonia y del Cerrado, pueden ser más intensos que los ocasionados por la elevación de los niveles de anhídrido carbónico en la atmósfera.

En su carácter de uno los proyectos del Programa FAPESP de Investigación sobre Cambios Climáticas Globales, el modelo computacional climático brasileño agrupará tres módulos distintos, que analizan los fenómenos climáticos que suceden en la atmósfera, en el océa¬no y en la superficie terrestre. Según Nobre, una parte del nuevo programa, que reúne el componente atmosférico del modelo global del CPTEC y el oceánico del modelo oceánico (MOM4) del Geo¬physical Fluid Dynamics Laboratory, de la Agencia Nacional Atmosférica y Oceánica (NOAA) de Estados Unidos, está funcionando ya en la supercomputadora NEC del Inpe, que suministra los pronósticos globales de la temperatura de la superficie del mar y de los vientos, como El Niño en el océano Pacífico, con meses de antelación. Pronto este módulo computacional que une los pronósticos del clima en la atmósfera y en los océanos empezará a funcionar en la supercomputadora Cray del Inpe, que entrará en actividad a comienzos de 2011 en Cachoeira Paulista.

Programas libres
Pero ese es tan sólo el comienzo. El núcleo océano-atmósfera debe paulatinamente integrarse a las otras partes del programa, que abordan los impactos de la vegetación, los incendios forestales, los ríos, el ciclo de carbono en la superficie y el hielo marino sobre el clima en Brasil y en el mundo. Hace tres años ninguno de nosotros creía que se podría hacer en Brasil un modelo computacional capaz de funcionar en máquinas de alto desempeño, con centenares de procesadores trabajando integrados al mismo tiempo, dice Costa. El intenso noticiario sobre los probables impactos de los cambios climáticos alertó a los órganos públicos y movilizó a los investigadores alrededor de un proyecto pionero.

Pero el nuevo programa del clima no salió de la nada. La versión 1.0, adaptada a partir de un programa sobre el clima en la atmósfera, ya funcionaba en las computadoras del CPTEC. Los programas complementarios para la versión 2.0 ya estaban listos o casi, y se elaboraron en el Inpe, como en el caso del modelo de química atmosférica y aerosoles, o fueron entregados sin costo por instituciones como la Nasa, la agencia espacial de Estados Unidos, el Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR), el Instituto Woods Hole de Oceanografía y las universidades Princeton y de Wisconsin, también de Estados Unidos. Asociaciones con el Instituto Indio de Ciencias (IISc) y el Consejo para la Investigación Científica e Industrial (CSIR), de Sudáfrica también forman parte del proyecto. Pero, por supuesto, los programas por sí solos no bastaban, si los investigadores no supiesen operarlos. Además de organizar los grupos y pactar direcciones comunes, era necesario adecuar los programas a las necesidades brasileñas y entender y a veces ajustar las ecuaciones matemáticas que rigen las informaciones e indican la intensidad de la lluvia en el norte o en el sur del país, por ejemplo.

Un traductor del tiempo
Otro reto consistía en crear metodologías adecuadas para aprovechar las bases de datos ya listas, como la del Programa de Gran Escala de la Biosfera-Atmósfera de la Amazonia (LBA), un programa internacional de investigación que tuvo inicio a finales de los años 1990, y de la red de investigación con boyas ancladas en el océano Atlántico tropical (Pirata), iniciado en 1998 en asociación entre el Inpe y la Dirección de Hidrología y Navegación con la NOAA de EE.UU. y el IRD y el MetéoFrance, de Francia. Algo igualmente difícil para cualquier grupo de investigación: integrar las informaciones de grupos que trabajaban con enfoques distintos, poniendo énfasis en la vegetación, los océanos, los ríos o las acciones humanas, como la deforestación y la producción agropecuaria, y en escalas geográficas distintas, con una visión más global o más detallada, de acuerdo con las propias necesidades.

NOAAUn programa que interactúa con los otros programas, llamado acoplador de flujos, resolvió ese problema. El acoplador de flujos es como un traductor online que informa el cálculo de lluvia concluido por el módulo atmosférico al programa de superficie. El programa de superficie a su vez procesará esa información, que apuntará que los ríos crecerán, y luego le avisará al programa oceánico que viene más agua llegando, explica Nobre. De este modo, cada módulo puede tener una cierta independencia de escala y de lenguaje de programación, siempre y cuando pueda interactuar con el acoplador de flujos. Este abordaje diluyó las diferencias entre las partes del modelo computacional climático. Hasta hace algunas décadas, la ciencia del clima no miraba hacia el océano, que es mucho más difícil estudiarlo que la atmósfera, además de ser muy grande, dice Edmo Campos, investigador del Instituto Oceanográfico (IO) de la Universidad de São Paulo (USP) que coordina un grupo de la USP que colabora con el desarrollo del módulo de pronóstico oceánico. Los océanos tardan más que la atmósfera o el continente para calentarse y enfriarse. No registran variaciones tan bruscas de temperatura, pero después la liberación de calor también puede tardar más.

Los programas de pronóstico climático en los océanos llegan en buena hora, pues diversos estudios indican que la temperatura de las aguas del Atlántico Sur, que baña el litoral sur y sudeste de Brasil, está subiendo. Una de las razones, confirmada por el programa del equipo de la USP, es que el Atlántico está recibiendo más agua caliente del océano Índico, debido a los cambios en la circulación de los vientos. Aguas más calientes en el Atlántico Sur aumentan el riesgo de lluvias torrenciales como las de abril de 2010 y de huracanes como el Catarina. Fenómeno rarísimo en Brasil, el Catarina llegó en marzo de 2004, después de formar olas de cinco metros de altura en alta mar, destruyendo 100 mil casas y plantaciones de arroz y banana en 40 municipios de Santa Catarina y Río Grande do Sul.

Pero no bastan solamente programas de computadora para evitar tragedias como ésa. Antes de que el Catarina llegase al continente, el personal del NOAA avisó que la presión estaba muy baja y el ojo del huracán se estaba formando, pero no había manera de confirmarlo. Fallamos en el pronóstico y no teníamos ningún instrumento de monitoreo de la región. En rigor, aún no lo tenemos, afirma Campos. Según él, para sanar este déficit, un equipo del INCT para Cambios Climáticos está trabajando con los ingenieros de una empresa de Río de Janeiro en el montaje de una boya de fibra de vidrio de tres metros de diámetro que será anclada con ruedas de tren a 300 kilómetros de la costa de Santa Catarina en una lámina de agua de 4.000 metros de profundidad, en junio o julio de 2011, para hacer un seguimiento de la variación de temperatura y la salinidad de la capa superior del océano y de variables atmosféricas (viento, temperatura, presión, humedad y radiación solar) a la superficie.

La integración de programas sobre el clima en la atmósfera, en los océanos y en la superficie terrestre aportará una visión más completa de las relaciones de los fenómenos climáticos en Brasil y en el planeta. En septiembre, en una charla en la Feria de Agronegocios de la localidad Londrina, mostré de qué manera el desmonte de la Amazonia podría aumentar la variabilidad climática en el estado Paraná, comenta Nobre. Después pregunté si no deberíamos incluir el costo del mantenimiento de la Selva Amazónica en cada saco cosechado en Paraná. En aquel momento yo no estaba defendiendo a la Amazonia, sino la producción de alimentos, amenazada por las inundaciones y sequías más intensas.

El agua del Amazonas
Es necesario despejar las dudas sobre los problemas conceptuales. Uno de ellos: en la computadora, una línea llamada termoclima, que separa aguas calientes y frías de acuerdo con la profundidad, indica que hay más agua fría en el medio del mar, no en los bordes, como se ve en la realidad. Los modelos oceánicos quizá estén fallando al reproducir la estructura térmica real de los océanos, entre otros motivos porque no consideran la descarga de agua dulce, y más fría, de los ríos Amazonas, Orinoco, São Francisco y de la Plata, cuyo efecto examinaremos ahora con atención, dice Nobre. Un estudio reciente de la revista Science demostró que la descarga de agua del Amazonas aumenta 10 veces el consumo de CO2 en la región del Atlántico cercana a la desembocadura, porque la actividad biológica inducida por los nutrientes carga¬dos por las aguas fluviales absorbe más CO2. No imaginábamos ese efecto ni ese volumen. Pensábamos únicamente en el efecto térmico para el balance de CO2 entre la atmósfera y el mar.

Paulo Nobre espera que la cantidad de usuarios del programa de pronóstico climático crezca rápidamente. La posibilidad de que cada módulo pueda funcionar también en computadoras comunes incluso en notebooks, con algún esfuerzo y su distribución gratuita, con el manual de instrucciones, facilitará su amplio uso. Nuestro objetivo es preparar a centenas de personas para trabajar con esos programas en Brasil, dice Costa. Quizá logremos crear un cuadro de expertos del mismo nivel que en otros países, pues se trata de un proyecto estratégico para el país. Estamos actualmente en donde otros grupos estaban hace 10 años, pero dentro de algunos años pretendemos estar equiparados con los países que tienen modelos del sistema climático global propios.

El proyecto
Brazilian model of the global climate system (nº 09/50528-6); Modalidad Proyecto Temático PFPMCG/Pronex FAPESP; Coordinador Carlos Afonso Nobre Inpe; Inversiones R$ 579.200,0 y R$ 176.628,0

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