El Complejo de tormentas de América del Norte de diciembre de 2014 fue una poderosa tormenta de invierno, a la que algunos se refieren como la «Tormenta de la década» de California. Impulsada por un río atmosférico que se originó sobre las aguas tropicales del Océano Pacífico, la tormenta dejó caer 8 pulgadas de lluvia en 24 horas, tuvo ráfagas de viento de 139 millas por hora y dejó a 150,000 hogares sin electricidad en el Área de la Bahía de San Francisco.
escribiendo en Condiciones meteorológicas y climáticas extremas esta semana, los investigadores describieron los impactos potenciales del cambio climático en las tormentas extremas en el área de la Bahía de San Francisco, entre ellas el Complejo de Tormentas de América del Norte de diciembre de 2014.
Al volver a simular cinco de las tormentas más poderosas que han azotado el área, determinaron que, en condiciones futuras, algunos de estos eventos extremos generarían entre un 26 y un 37 % más de lluvia, incluso más de lo que se predice simplemente teniendo en cuenta la capacidad del aire para transportar más agua. en condiciones más cálidas.
Sin embargo, encontraron que estos aumentos no ocurrirían con todas las tormentas, solo aquellas que incluyen un río atmosférico acompañado por un ciclón extratropical.
La investigación, financiada por la Ciudad y el Condado de San Francisco y en asociación con agencias que incluyen la Comisión de Servicios Públicos de San Francisco, el Puerto de San Francisco y el Aeropuerto Internacional de San Francisco, ayudará a la región a planificar su infraestructura futura con mitigación y sostenibilidad. en mente.
«Tener este nivel de detalle cambia las reglas del juego», dijo Dennis Herrera, gerente general de la Comisión de Servicios Públicos de San Francisco, que fue la agencia municipal líder en el estudio. «Estos datos innovadores nos ayudarán a desarrollar herramientas para permitir que nuestro puerto, aeropuerto, servicios públicos y la ciudad en general se adapten a nuestro clima cambiante y tormentas cada vez más extremas».
Estos primeros pronósticos de su tipo para la ciudad fueron posibles gracias a la supercomputadora Stampede2 en el Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC) y el sistema Cori en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación de Energía (NERSC), dos de los más poderosos supercomputadoras del mundo, con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Energía, respectivamente.
Retrospectiva con el futuro en mente
Ciertas facetas de nuestro clima futuro están bien establecidas: temperaturas más altas, aumento del nivel del mar, pérdida de especies. Pero, ¿cómo afectarán las mayores concentraciones de gases de efecto invernadero y el aire y los océanos más cálidos al clima extremo, como huracanes, tornados y fuertes lluvias? ¿Y dónde precisamente serán mayores estos cambios y bajo qué condiciones?
Pronosticar los peligros naturales del futuro es la misión de Christina Patricola, profesora adjunta de Ciencias Geológicas y Atmosféricas en la Universidad Estatal de Iowa y autora principal del Condiciones meteorológicas y climáticas extremas papel. Su investigación ayuda a cuantificar y comprender los riesgos que enfrentamos de los peligros naturales en el futuro.
El uso de supercomputadoras permitió a Patricola modelar la región con una resolución de 3 kilómetros. Los científicos creen que este nivel de detalle es necesario para capturar la dinámica de los sistemas de tormentas, como huracanes y ríos atmosféricos, y para predecir su impacto en un área urbana.
Para cada una de las tormentas históricas, Patricola y sus colaboradores ejecutaron conjuntos de 10 miembros, simulaciones independientes y ligeramente diferentes, con una resolución de 3 kilómetros, un proceso llamado «retrospectiva» (en lugar de pronóstico). Luego ajustaron las concentraciones de gases de efecto invernadero y las temperaturas de la superficie del mar para predecir cómo se verían estas tormentas históricas en los climas futuros proyectados de 2050 y 2100.
Patricola llama a estos experimentos de «historia»: modelos de computadora que pretenden ser instructivos para pensar cómo podrían verse los eventos de tormenta históricamente impactantes en un mundo más cálido. Centrarse en eventos que se sabía que tenían un impacto en las operaciones de la ciudad proporciona un contexto útil para comprender los impactos potenciales de los eventos si ocurrieran bajo condiciones climáticas futuras.
El estudio no aborda los cambios en la frecuencia de las tormentas extremas en el futuro y, por lo tanto, no puede abordar cómo cambiarán las precipitaciones en general, dijo. (Otra pregunta apremiante para los planificadores de California). Pero pueden ayudar a los tomadores de decisiones a comprender las tendencias en la intensidad de las tormentas en el peor de los casos y tomar decisiones informadas.
En la costa oeste, gran parte de la precipitación que cae está asociada con los ríos atmosféricos (AR), que transportan una cantidad sustancial de humedad en una banda estrecha, explicó Patricola. Algunas de las tormentas que observaron presentaban solo AR. Otros tenían AR al mismo tiempo que sistemas de baja presión conocidos como ciclones extratropicales (ETC).
«Encontramos algo muy interesante», dijo. «La precipitación aumentó sustancialmente para eventos con un río atmosférico y un ciclón juntos, mientras que los cambios de precipitación fueron débiles o negativos cuando solo había un río atmosférico».
Ella cree que la diferencia radica en el mecanismo de elevación. En general, las fuertes precipitaciones requieren aire húmedo para ascender. Mientras que las tormentas con solo AR mostraron un aumento futuro en la humedad atmosférica, las tormentas con AR y ETC mostraron un aumento futuro en la humedad atmosférica y el aire ascendente. Investigaciones adicionales explorarán esta relación.
Ciencia climática de alto rendimiento
Patricola ha utilizado las supercomputadoras TACC para modelar el clima y el clima desde 2010, cuando era estudiante de posgrado en la Universidad de Cornell y trabajaba con el destacado científico climático Kerry Cook (ahora en la Universidad de Texas en Austin). Ella recuerda que sus primeros modelos tenían una resolución horizontal de 90 km, 30 veces menos resuelta que la actual, y se consideraban de última generación en ese momento.
«Fue de gran ayuda contar con los recursos de TACC y NERSC para estas simulaciones», dijo. «Estamos interesados en los totales de precipitación extrema y las tasas de lluvia por hora. Tuvimos que ir a una resolución alta de 3 km para hacer estas predicciones. Y a medida que aumentamos la resolución, aumenta el gasto computacional».
Patricola ha utilizado la metodología que desarrolló para comprender otros fenómenos, como cómo pueden cambiar los ciclones tropicales en el futuro. Ella y su colaborador Michael Wehner informaron sobre estos cambios en un 2018 Naturaleza papel. «Si un huracán como Katrina ocurriera a fines del siglo XXI, ¿cómo podría ser? ¿Más lluvia, vientos más fuertes? Nuestro método se puede usar para cualquier tipo de sistema meteorológico que se pueda predecir».
En la próxima fase del proyecto de San Francisco, Patricola trabajará con el personal de la ciudad y sus colaboradores para comprender qué significan los cambios climáticos en términos de operaciones de la ciudad.
«Este proyecto es relativamente único y uno de los proyectos iniciales como este, trabajando en colaboración muy estrecha entre las agencias de la ciudad y los científicos del clima», dijo. «Puede servir como un buen ejemplo de lo que la ciencia del clima puede hacer para brindar la mejor información posible a las ciudades mientras se preparan para el futuro».
