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Simulando las nubes
Ecotropía
(Barcelona).
Los
modelos de circulación general que se utilizan para la predicción meteorológica
o para los estudios climáticos consisten en conjuntos de ecuaciones
diferenciales acopladas para las variables de estado atmosféricas: la presión,
la temperatura, la velocidad del viento y la presión de vapor de agua. Estas
ecuaciones permiten la predicción de la evolución del estado de la atmósfera o
del clima en el sentido que cada ecuación tiene una derivada temporal que nos
permite aproximarnos al estado futuro de la atmósfera y del sistema climático a
partir del estado presente. Las ecuaciones se resuelven en una red espacial
relativamente tupida, típicamente de centenares de kilómetros de tamaño y entre
10 y 40 capas en la dirección vertical. Si bien estos modelos globales tienen
una resolución espacial aceptable, ya que el número de celdas en todo el globo
es muy grande y el intervalo temporal que se utiliza es del orden de treinta
minutos, requieren ingentes recursos informáticos. Sin embargo, cuando se
requiere información regional más precisa, el tamaño de la celda es demasiado
grande y debe recurrirse a otras técnicas.
El
tamaño de la celda es demasiado grande también para incorporar unos fenómenos
atmosféricos tan importantes como son las nubes. En efecto, si por ejemplo la
presión de vapor de agua predicha en una celda en un determinado instante de
tiempo excede a la presión de vapor de saturación, puede deducirse que se
produce condensación, es decir, se está formando una nube. Los modelos, en
cambio, no pueden reproducir la nube. Usan algunas parametrizaciones
estadísticas, es decir, simplificaciones estadísticas de los procesos físicos
que se dan en la nube y, por consiguiente, de sus propiedades.
En un
artículo publicado en la revista
Physics
Today [enero del 2003; 56 (1): 38-44], Thomas P. Ackerman y Gerald M.
Stokes explican los aspectos más significativos del programa Atmospheric Radiation Measurement
(ARM) puesto en marcha hace 10 años con el objetivo de
mejorar la comprensión del efecto de la radiación en los distintos tipos de
nubes y su correspondiente efecto en las predicciones meteorológicas y climatológicas.
El
programa de puesta a punto del equipamiento usado en el programa ARM ha
incluido avances en los radares meteorológicos destinados a determinar las
características de las nubes, la mejora
de la espectroscopía de alta resolución, el desarrollo de un sistema continuo Raman lidar (el
lidar es como un radar excepto que determina la reflexión por los componentes
atmosféricos de la luz visible, infrarroja y ultravioleta y utiliza la
dispersión Raman* inelástica de la luz del láser para identificar las especies
moleculares) para determinar la concentración del vapor de agua y el uso
de ingenios aeroespaciales no tripulados que permiten determinar las
características de la atmósfera.
Entre
algunos resultados recientes que Ackerman y Stokes explican en su artículo de
revisión cabe destacar la determinación, con bastante precisión, de la
concentración y del espectro de tamaños de los cristales de hielo que forman
los cirros. Estas nubes, que se forman en la alta troposfera a altitudes de 5 a
16 km, reflejan menos la radiación solar de lo que lo hacen las nubes bajas y,
en cambio, absorben de forma eficiente radiación terrestre procedente de las
capas bajas de la atmósfera y de la superficie terrestre. El conocimiento
preciso de las propiedades de los cirros es importante para los modelos
climáticos, ya que la capacidad de absorción de esas nubes es un elemento
imprescindible en el balance energético de la atmósfera. A partir de los datos
obtenidos de los instrumentos desarrollados en el programa ARM, los autores
explican como se ha conseguido con una combinación de interferometría
infrarroja y de radar, determinar con precisión la composición de los cirros en
los trópicos y relacionarla con propiedades atmosféricas, pudiéndose elaborar
relaciones empíricas que, a su vez, serán la base de parametrizaciones a
incorporar en los modelos meteorológicos, pero, principalmente, en los modelos
climáticos y que mejoran su rendimiento. Así, con este esfuerzo experimental,
se consigue mejorar una componente que, desde hace tiempo, se consideraba muy
importante en el desarrollo de la visión prospectiva de la evolución de la
atmósfera.
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