El Cambio Climático y su Impacto en los Valores Extremos

Para hacer frente a este problema, se iniciaron en los 90 negociaciones internacionales para limitar las emisiones de dióxido de carbono y metano.

El cambio climático es uno de los desafíos globales que a los que se enfrenta la sociedad hoy en día y al que se enfrentará en el futuro. Del cambio climático se esperan consecuencias sociales, económicas y ambientales. Para hacer frente a este problema, se iniciaron en los 90 negociaciones internacionales para limitar las emisiones de dióxido de carbono y metano. Las Naciones Unidas y la Organización Meteorológica Mundial establecieron el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) con el fin de dar asesoramiento científico sobre las causas, los impactos y las estrategias de adaptación y mitigación. Aquí se hace un breve resumen acerca de los enfoques actuales de la evaluación del impacto del cambio climático, haciendo hincapié en los eventos extremos naturales, como son las sequías o las olas de calor. Por último, se exponen las consecuencias potenciales del cambio climático en el ciclo hidrológico en España.

[Malaak Kallache, IMDEA Agua]

La Existencia del Cambio Climático

Desde hace varias décadas, la humanidad se ha dado cuenta de su capacidad para cambiar las condiciones ambientales, incluso a escala global. La aparición y la estabilización del agujero de ozono puede servir como un ejemplo de la interacción entre la ecosfera y la antroposfera a escala global. Ya en la decáda de 1860, científicos como Tyndall [1861] reconocieron el efecto invernadero de la tierra. Luego, durante las décadas de 1980 y 1990, una conciencia científica comenzó a surgir exponiendo que la emisión de “gases de efecto invernadero” (básicamente dióxido de carbono y metano) a la atmósfera estaba dando lugar a un aumento de la temperatura global. Este efecto se denomina hoy en día “calentamiento global” o “cambio climático” y se ha demostrado de muchas maneras por la Ciencia [véase, por ejemplo, el IPCC 2001, IPCC, 2007]. Desde hace varias décadas la preocupación por el cambio climático y sus impactos potencialmente críticos ha despertado la atención internacional. Un hito en las negociaciones internacionales fue la firma del protocolo de Kyoto en 1997. Sin embargo, tras el fracaso de la Cumbre del Clima de la ONU en Copenhague 2009 (COP15), parece que estamos lejos de determinar una estrategia común global para mitigar el cambio climático. En Copenhague no pudieron ser adoptados compromisos vinculantes en cuanto a emisiones de CO₂, a pesar de que la gran mayoría de los países estaban de acuerdo.

Origen y Impacto del Cambio Climático

Hoy en día la detección y atribución del cambio climático así como su impacto sobre la sociedad y la naturaleza, forman ya parte de la investigación científica. Es más, el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) fue establecido por las Naciones Unidas y la Organización Meteorológica Mundial con el fin de examinar las pruebas de los efectos antropogénicos en el cambio climático. Esta institución también trabaja en la formulación de posibles escenarios de emisiones de gases de efecto invernadero, con el fin de predecir futuros cambios climáticos. Se espera que el próximo informe de evaluación del IPCC vea la luz en 2013/2014 (véase www.ipcc.ch). Los informes científicos de evaluación del IPCC [IPCC, 2007] muestran que es muy probable que la mayor parte del aumento observado en las temperaturas medias mundiales desde mediados del siglo XX se deba al aumento observado en las concentraciones gases de efecto invernadero de origen antropogénico, es decir, el aumento de la temperatura probablemente esté causado por el hombre. Sólo una pequeña parte de los científicos pone este resultado en duda. Sin embargo, el debate público es mucho más controvertido, impulsado por grupos con intereses políticos o económicos [cf. RealClimate, 2011]. Cuando pasamos de la pregunta “¿Existe el cambio climático provocado por el hombre o no?” a preguntas como “¿Cómo será el cambio climático en el futuro?” o “¿Cómo nos podemos enfrentar a este desafío?”, deben ser contempladas muchas más incertidumbres, decisiones subjetivas e intereses. Así pues, estas cuestiones tienen también importantes componentes políticos y sociales, y no solamente científicos.

Estudios actuales sugieren graves consecuencias del cambio político a nivel social, económico y ambiental [cf. Stern, 2006]. Aunque el cambio climático va unido con un aumento muy lento de la temperatura, éste podría causar un cambio en los valores extremos de diferentes variables climáticas e hidrológicas (como olas de calor, inundaciones o fuertes precipitaciones). Es una creencia generalizada que el cambio climático conduce a un aumento de la frecuencia y magnitud de eventos climáticos severos. Esto es confirmado por un gran número de registros meteorológicos (por ejemplo, eventos con las temperaturas más altas, con las precipitaciones más intentas o con las sequías más largas) que han sido superados en las últimas dos décadas [FOE 1997]. El IPCC afirma que “pequeñas variaciones en los valores medios del clima o en la variabilidad climática pueden producir cambios relativamente grandes en la frecuencia de los eventos extremos”, reconociendo que cambios sustanciales en el comportamiento extremo no son impensables desde una perspectiva científica [IPCC 2001]. Así pues, la preocupación no es tanto por el aumento de la temperatura media de aproximadamente 0,74 ºC que se ha producido desde 1906, sino sobre todo por la futura evolución del clima.

Futuro Desarrollo

La cantidad de emisiones de dióxido de carbono (CO₂) en el futuro dependerá del desarrollo de la sociedad, por ejemplo, de sus hábitos de consumo o su capacidad de innovación de nuevas tecnologías. Para hacer frente a esta incertidumbre, varios escenarios han sido diseñados para describir la posible evolución del medio ambiente y de la sociedad en el futuro. Es el caso del Informe especial sobre escenarios de emisiones (IE-EE) del IPPCC, que contempla especialmente los cambios en las emisiones y en las concentraciones de gases de efecto invernadero y de aerosoles, ver Nakicenovic et al., [2000]). Las cuatro principales líneas evolutivas que describen los escenarios combinan dos conjuntos de tendencias divergentes: una conjunto varía entre grandes valores económicos y grandes valores ambientales, mientras que el otro conjunto varía entre la creciente globalización y regionalización. Las líneas evolutivas se resumen del modo siguiente:

A1: Un mundo futuro de rápido crecimiento económico, con la población mundial alcanzando su máximo a mediados de siglo y disminuyendo posteriormente, y con la rápida introducción de nuevas tecnologías más eficientes.

A2: Un mundo muy heterogéneo con un continuo incremento de la población mundial y con un  crecimiento económico orientado regionalmente y más fragmentado y lento que en las otras líneas evolutivas.

B1: Un mundo convergente con la misma población global que en la línea evolutiva A1, pero con cambios rápidos en las estructuras económicas que lleven hacia una economía de servicios y de la información, con reducciones en el consumo de materiales, y la introducción de tecnologías limpias y eficientes en relación con los recursos.

B2: Un mundo en el que destacan las soluciones locales a la sostenibilidad económica, social y ambiental, con una población en continuo crecimiento (pero menor que en A2) y con un desarrollo económico intermedio.

Las proyecciones realizadas con estos grupos de escenarios principales, estiman que el calentamiento medio del aire superficial al final de este siglo iría desde los 1.8ºC en un escenario de bajas emisiones (B1) hasta los 4.0ºC para el escenario de altas emisiones (A1FI, sub-escenario de A1) [IPCC, 2007]. Sin embargo, estas cifras están sujetas a debate científico y es posible que varíen en el próximo informe del IPCC en 2013.

Para períodos futuros no hay observaciones disponibles. Por lo tanto, el impacto del cambio climático en futuros períodos de tiempo comúnmente se explora por medio de proyecciones  de modelos de circulación general (MCG) [véase, por ejemplo, Baettig et al., 2007]. Estos modelos dinámicos tienen la finalidadad de simular el cambio del clima debido a las cambio en condiciones de las zonas límite (por ejemplo, la temperatura de la superficie del mar). Típicamente combinan un componente atmosférico y un componente marino. La superficie del mar es la interfaz: Aquí se producen las transferencias del agua (evaporación/ precipitación) y de momentum. Un acoplamiento exacto de la rápida atmósfera en el lento océano (con larga memoria) es esencial para simular los sistemas atmosféricos a gran escala, por ejemplo, el Niño – Oscilación Sur (ENOS). Varios grupos de científicos han desarrollado diferentes modelos MCG, que pueden dar resultados divergentes, pero entre los que no puede identificarse hasta ahora un mejor modelo. Los resultados de las distintas simulaciones son evaluados y presentados en grandes proyectos de intercomparación de modelos [véase, por ejemplo CMIP5, 2008]. Para los estudios de análisis del cambio climático, estos modelos se ejecutan bajo condiciones actuales (aquí se utiliza comúnmente el control 20C3M, lo que se traduce en un aumento de los gases de efecto invernadero y de los aerosoles de sulfato, tal y como ha ocurrido en el siglo XX) y bajo escenarios que representan supuestos acerca de la posible evolución del medio ambiente y de la sociedad. Por lo general, un estudio ejecutará el mismo modelo varias veces, trabajará con diferentes modelos MCG y bajo diferentes escenarios, con la finalidad de obtener una estimación de la variabilidad de los resultados debido a la incertidumbre sobre los parámetros iniciales, sobre el modelo y sobre las condiciones futuras. La variables climáticas a una escala regional más detallada, son generadas por modelos climáticos regionales (MCR) [cf., por ejemplo, Rummukainen, 2010], y por modelos hidrológicos cuando las variables hidrológicas son examinadas [cf., Por ejemplo, Jones et al., 2006]. Los productos de los modelos son cuadriculados. Proporcionan, por ejemplo, la precipitación total de una región con la forma de un rectángulo.  Los MCR pueden proporcionar información con resoluciones tan buenas como pueden ser los 50 o 25 km. Sin embargo, este tipo de información normalmente no se puede utilizar directamente para estudios de impacto local. Para comparar los resultados de los modelos, que representan celdas de una cuadrícula, y las observaciones, derivadas de las estaciones (localizaciones de puntos), tienen que ser llevados a un mismo nivel. Esto se realiza bien mediante la regionalización de las observaciones, o bien mediante la reducción de escala de los resultados de los modelos. Se han propuesto distintas maneras para reducir la escala, tanto para valores valores medios [Fowler et al., 2007] como para valores extremos [cf. Friederichs and Hense, 2007; Benestad, 2009; Cannon, 2010].

Análisis de los Valores Extremos

El análisis de los valores extremos desempeña un papel importante en los estudios del cambio climático y de la gestión de los recursos hídricos, como por ejemplo, en el diseño de construcciones destinadas a la protección frente a inundaciones, como presas y diques. Este análisis se puede hacer con observaciones o con resultados a partir de modelos (con reducción de escala). Los índices son un instrumento frecuentemente utilizado para describir las características de los fenómenos climáticos extremos y su cambio [Beniston et al, 2004; Baettig et al, 2007]. Comúnmente los índices resumen los datos que están por encima de un cierto umbral, como por ejemplo el número de días al año en el que la temperatura en un lugar determinado supera los 30°C, o “el año más caloroso en 20 años”. Sin embargo, en muchas aplicaciones los eventos extremos son poco frecuentes, como ocurre con las inundaciones o las tormentas. En estos casos, la evaluación de eventos muy extremos ya no puede basarse en el recuento de evento, y hay que basarse en estudios estadísticos de los valores extremos (EVT) [cf. Embrechts et al., 1997]. Los EVT se ocupan de eventos poco frecuentes, y por eso una distribución teórica (la distribución generalizada del valor extremo [GEV] o la distribución de Pareto generalizada) es la que se ajusta a estos eventos. Los resultados se obtienen a partir de este modelo estadístico. Mediante el adecuado uso de técnicas de estimación de parámetros es posible conseguir una evaluación de la incertidumbre de los indicadores estadísticos derivados, como los cuantiles y la tasa de incidencia. La estimación de periodos de retorno para inundaciones que se repiten cada 100 años es un importante ejemplo y es útil en la gestión del agua. Los EVT han evolucionado constantemente desde el fundamental trabajo de Gumbel [1958] [cf. Coles, 2001;. Katz et al, 2005], jugando un papel importante en los estudios de evaluación de riesgos.

Impactos del Cambio Climático en los Valores Extremos

Es probable que los cambios en los valores climáticos e hidrológicos extremos debidos al cambio climático tendrán el mayor impacto en la sociedad en el futuro [Tebaldi et al, 2006; Alexander et al, 2009]. Los cambios en los patrones de circulación atmosférica pueden aumentar el riesgo de precipitaciones e inundaciones extremas [Frei et al., 2000; IPCC, 2001]. Esto se debe a que la capacidad de la atmósfera para retener el agua crece con el aumento de temperatura. Se han observado mayores y más intensas precipitaciones [cf. Osborn y col., 2000; Kundzewicz y Schellnhuber, 2004]. Se espera que esta tendencia continúe. Muchos estudios han hecho notar, por ejemplo, tendencias al alza tanto en las precipitaciones medias como en los altos cuantiles de precipitación en el hemisferio norte, y los modelos climáticos sugieren que estas tendencias continuarán con el aumento del efecto invernadero [Fowler et al., 2010]. Al mismo tiempo, se prevé (probablemente) un aumento en la proporción de la superficie de la tierra con sequía extrema, además de una tendencia a la sequía en el interior de los continentes durante el verano, especialmente en las zonas subtropicales y en latitudes bajas y medias [cf. Bates et al., 2008]. También hay gran confianza en que la frecuencia y magnitud de muchos de los eventos extremos relacionados con el clima  (por ejemplo, las olas de calor o la intensidad de los ciclones tropicales) se incrementarán con un aumento de la temperatura de menos de 2°C por encima de los niveles de 1990, y que este aumento y los daños relacionados serán mayores a temperaturas más altas [Schär et al, 2004;. del IPCC, 2007].

Consecuencias en el Ciclo Hidrológico en España

Los impactos sobre el ciclo hidrológico no sólo dependen de la temperatura, sino también del tipo de suelo y del uso de la tierra. La evaluación de estos impactos es, pues, un tema de investigación actual y plantea incertidumbres. En el sur de Europa se prevé un creciente estrés hídrico, es decir, precipitacion y escorrentía anual decreciente [IPCC, 2007]. Sin embargo, los cambios varían considerablemente de una temporada a otra y entre regiones, dependiendo de diferencias en los patrones de circulación atmosférica y en la carga de vapor de agua. El Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente (MIMAM) prevé en su evaluación de las consecuencias del cambio climático en España [cf. Iglesias et al., 2005] una reducción de la escorrentía de 5% a 14% para el año 2030, teniendo en cuenta dos escenarios (uno con 1ºC de incremento de la temperatura media anual, y otro en el que además haya una disminución de la precipitación del 5%). Las cuencas más afectadas son las de Guadiana, Canarias, Segura, Júcar, Guadalquivir, y Sur y Baleares.

References

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