Una mariposa bate sus alas en Brasil y desata un tornado en Texas. La frase, formulada por un meteorólogo estadounidense –Edward Lorenz– distaba bastante de pretender describir un mundo en el que todo estaba conectado con todo y en el que la más mínima acción de cualquiera podría tener consecuencias fantásticas en otra parte; más bien apuntaba a que, en un sistema complejo y caótico, como es el caso del clima, la información ligeramente diferente que se introduzca en el estado inicial arrojará resultados totalmente diferentes a medida que el tiempo transcurre. El desde entonces popular “efecto mariposa” no habla tanto de que todos estamos conectados de una forma mística, sino de que cuanto más detallada, concisa y completa sea la información que poseemos sobre un instante de un sistema complejo caótico tan nimia como el aleteo de un insecto a miles de kilómetros, más contundentes serán las predicciones que podemos hacer.
El artículo publicado en la revista Nature a fines de enero por investigadores del Imperial College de Londres y del Instituto de Investigación del Impacto Climático de Potsdam, Alemania, podría reflotar aquella idea del “efecto mariposa” de que todo está conectado con todo, siempre y cuando uno esté dispuesto a sacrificar parte de la poesía y cambie al insecto alado por las ondas de Rossby. Tras el análisis de información satelital obtenida por la Misión de Medición de Lluvia Tropical (TRMM, por su sigla en inglés), los autores descubrieron que los eventos de lluvia extrema de lugares tan distantes como Alemania e India estarían conectados.
Llueve fuerte en Alemania, cuidado en India
En el artículo, los científicos señalan que encontraron “patrones de sincronía de eventos de lluvias extremas al aplicar la metodología de las redes complejas a información satelital de alta resolución”. A la afirmación, tal vez más intuitiva, de que “los eventos de lluvias extremas del sistema de monzones del sur de Asia central, el este de Asia y de África están significativamente sincronizados”, los autores agregan que descubrieron “conexiones concisas entre las tormentas extratropicales del sur de Asia central, Europa y Norteamérica”.
Dado que vivimos en un país de gran variabilidad climática –en una semana podemos pasar de una ola de calor a lluvias que en unas horas superan el promedio mensual de precipitaciones–, el artículo de los investigadores de universalidades inglesas, alemanas y rusas adquiere un interés mayor. En este se señala que lluvias intensas en Europa precedieron por unos cinco días a lluvias extremas en India sin que lloviera de forma intensa en los países que están entre ambos, por lo que la conexión entre las zonas distantes se da a través de la atmósfera. Para explicar esta teleconexión entre lluvias extremas en regiones que están a más de 2.500 kilómetros de separación, y tras analizar las condiciones atmosféricas brindadas por la información satelital, los autores apuntan a “las ondas de Rossby como el mecanismo físico que subyace bajo los patrones de teleconexión”, al tiempo que señalan que debe enfatizarse el rol de estas ondas “en crear dependencias de eventos de lluvias extremas a escala global estables”, lo que permitiría aumentar “la predictibilidad de los peligros naturales asociados” a estos eventos.
Conexión local y complejidad
Fernando Arizmendi vino de Argentina a hacer su doctorado con Arturo Martí y Marcelo Barreiro, explorando teleconexiones atmosféricas por medio de redes complejas. Hoy trabaja en el Instituto Uruguayo de Meteorología (Inumet) y cuando lo llamamos para comentar el trabajo de sus colegas, las conexiones a distancia vuelven a aparecer: uno de los autores del artículo, el alemán Jürgen Kurths, tuvo que ver con su tesis de doctorado, ya que se enmarcaba dentro de un proyecto más grande llamado LINC (sigla que en inglés remite a Learning about Interacting Networks in Climate). “Kurths era uno de los seis investigadores principales, junto con Marcelo Barreiro, del proyecto en el que hice el doctorado y que también trataba de estudiar el clima a través de redes complejas” adelanta.
Para comprender el alcance del trabajo hay que introducirse un poco en la física. Arizmendi lo explica de forma sencilla: “Una rama de la física se dedica a los sistemas complejos. Hay varias formas de definir la complejidad, pero una es cuando emerge algún comportamiento coherente a través de interacciones individuales en un sistema de muchos agentes”. En este caso, explica, lo que se hace son “grillas que recorren todo el planeta, donde cada nodo está representado por una serie en el tiempo de una variable de interés. Entonces se puede determinar si hay un enlace entre distintos nodos a través de medidas de similitud estadística de estilo de la correlación. Si uno tiene correlación entre dos nodos pone un link entre esos dos puntos. En este trabajo en particular la idea es ver los patrones que se forman haciendo estos enlaces y mirando la sincronicidad de los eventos de lluvia extrema”.
Sobre las ondas de Rossby, responsables del fenómeno reportado por sus colegas, Arizmendi explica: “Cuando se observan imágenes del planeta desde el espacio se pueden ver remolinos de nubes gigantes, del orden de los 1.000 kilómetros de diámetro, que se asocian a sistemas de alta y baja presión. Esa dinámica entre los sistemas de alta y baja presión está gobernada por medio de las ondas de Rossby, ondas planetarias cuyo motor es el gradiente de las fuerzas de Coriolis, que es lo que hace que se propaguen, y que de alguna manera transmiten información de un lugar a otro”. Tal vez uno no haya escuchado sobre ondas de Rossby antes, pero seguro escuchó hablar del fenómeno del Niño o la Niña. “El Niño, con las anomalías de la temperatura superficial en el Pacífico ecuatorial, altera la circulación y genera un patrón de ondas de Rossby que viene desde el Pacífico hacia Sudamérica. Eso es lo que genera que en nuestro país haya un aumento de precipitaciones durante el Niño” explica el experto.
Si bien esta onda se conoce y estudia desde hace tiempo, para Fernando Arizmendi el trabajo publicado en Nature es relevante por varios motivos: “Si bien las ondas de Rossby explican por qué están tan sincronizados los eventos extremos de Europa y los del sur de Asia, el descubrimiento de que esos eventos extremos de precipitaciones están sincronizados es muy novedoso”. Es que para llegar a esa conclusión los investigadores trabajaron con una grilla con más de 500.000 nodos distribuidos por todo el planeta. “Al hacer estudios estadísticos y vincular similitudes en las dinámicas de los distintos puntos, es muy difícil distinguir conexiones reales y conexiones que se dan por azar. Ellos hicieron un estudio para detectar las conexiones que tienen un sentido físico y remover las conexiones espurias, una tarea muy valiosa en estos trabajos de redes complejas del clima” dice Arizmendi, y agrega: “En este campo es muy fácil tener conexiones sesgadas, por lo que su aporte metodológico es muy importante”. También señala que otro aspecto novedoso del trabajo es el plazo de diez días que se pusieron para ver si los eventos de lluvia intensa estaban sincronizados.
Para pronosticarte mejor
Los autores del artículo, tras descubrir estos patrones que conectan eventos de lluvias extremas en zonas alejadas, apuntan que por este camino se podrán hacer pronósticos mejores, tanto de tiempo como del clima. “En el ejemplo que ponen ellos encuentran que los eventos extremos de precipitaciones en Europa anteceden con cuatro o cinco días a los eventos extremos al sur de Asia central. Esa información es muy valiosa, porque eventualmente se pueden tomar medidas para mitigar las consecuencias” señala Fernando. “Estos trabajos ayudan a seguir puliendo los modelos que se vienen desarrollando desde hace décadas, reconociendo además el mejoramiento de la capacidad computacional o usando datos de satélite que no teníamos hasta hace relativamente poco tiempo”, agrega, y hace notar que para el trabajo utilizaron datos de satélite de gran precisión que comenzaron a obtenerse en 1998.
Dado que trabaja en el Inumet, seguro el argentino Arizmendi padeció alguna vez la crítica feroz de los uruguayos, que tendemos a no aceptar que el pronóstico del tiempo es una predicción que se basa en información parcial sobre fenómenos complejos. Confiesa que cuando dice donde trabaja, siempre recibe al menos alguna broma, aunque lo suyo pasa por otro lado: “En el Inumet trabajo con las tendencias climáticas, pronósticos a tres meses. Vengo desde la física y no estoy tan formado en las escalas de tiempo más cortas que están en juego con el pronóstico del tiempo habitual”. Sin embargo, Arizmendi reflexiona: “Es un poco cruel cómo se castiga a los pronósticos, porque Uruguay está en una zona de variabilidad natural muy alta y hay momentos en los que es muy difícil predecir qué va a suceder y en los que los modelos fallan”. Justamente trabajos como el publicado podrían ayudar a mejorar los modelos y, por ejemplo en nuestro país, evitar grandes perdidas en cultivos por eventos de tormentas extremas.
Le pregunto entonces si, aunque suene menos poético, más que en la mariposa de Brasil debemos fijarnos más en las ondas de Rossby si vamos a hablar de tormentas. “Sin duda que entender la dinámica de las ondas de Rossby ayuda a mejorar los modelos y por ende los pronósticos. De todas formas, la atmósfera sigue siendo caótica”, sentencia Arizmendi, que además aclara que en los pronósticos a menos de diez días, las condiciones iniciales son fundamentales, pero que cuando se pasa a escalas de tiempo más largas, “no es tan importante la condición inicial sino las condiciones de borde del problema”. Esas condiciones de borde, explica, son las temperaturas de los océanos. “Si uno entiende cómo van a estar las temperaturas de los océanos en los próximos meses, puede tener información sobre cómo va a ser la circulación de la atmósfera y puede estimar la temperatura y las precipitaciones de los próximos meses” resume. Por último, cuenta que los “investigadores del norte” acaban de comunicar que estamos ante un Niño débil. El Niño, para nosotros, son lluvias copiosas. Estamos avisados.
Artículo: “Complex networks reveal global pattern of extreme-rainfall teleconnections”.
Publicación: Nature (30 de enero, 2019)
Autores: Niklas Boers, Bedartha Goswami, Aljoscha Rheinwalt, Bodo Bookhagen, Brian Hoskins, Jürgen Kurths.