El océano Pacífico, de diez mil kilómetros de ancho, respira: el agua cálida se desplaza hacia el este, la fría retrocede, y esa inhalación y exhalación se repite cada pocos años. Un modelo que describa esa respiración requiere semanas de cálculo incluso en una supercomputadora. Pero en un nuevo estudio, los científicos han demostrado que toda esa sinfonía puede transmitirse con solo cuatro notas.

La idea es simple: si miramos el océano como una orquesta, la mayoría de los instrumentos tocan al unísono y solo unos pocos marcan la melodía. Los investigadores tomaron un modelo de El Niño de cinco ecuaciones que describen las ondas que viajan a lo largo del ecuador y la temperatura de la superficie del agua. Dividieron el océano en 168 segmentos y registraron cómo cambia el estado del sistema a lo largo del tiempo. Luego, mediante el método de descomposición ortogonal propia (POD), extrajeron cuatro modos principales: esas notas que contienen la mayor parte de la energía. Resultó que esos cuatro modos son suficientes para reconstruir tanto las ondas de Kelvin que se desplazan hacia el este como las ondas de Rossby que van hacia el oeste, y también las variaciones de temperatura frente a las costas de Sudamérica.

El truco clave es que los coeficientes temporales son comunes a todos los componentes del sistema, mientras que los perfiles espaciales son específicos de cada componente. Es como si el director marcara un ritmo único y cada grupo de instrumentos tocara su propia parte. Las ecuaciones del modelo se proyectaron sobre esos modos mediante el método de Galerkin, obteniendo cuatro ecuaciones diferenciales ordinarias en lugar del sistema original de ecuaciones en derivadas parciales. Los cálculos se aceleran cientos de veces y la física permanece intacta: todavía se pueden analizar las bifurcaciones y la sensibilidad.

Antes no estaba claro si era posible comprimir tanto un modelo no lineal acoplado con condiciones de frontera especiales, donde las ondas se reflejan en las costas del Pacífico. Ahora se ha obtenido la respuesta: se puede, y con margen. El método abre el camino a versiones estocásticas del modelo, donde el ruido refleja la incertidumbre de las observaciones, y a filtros de orden reducido para la asimilación de datos en tiempo real.

Y de nuevo oímos esas cuatro notas. No suenan más fuerte que las demás, pero en ellas se comprime toda la sinfonía del océano. El pronóstico de El Niño, que antes requería semanas, ahora puede completarse en horas. Y esto no es solo una aceleración de los cálculos, sino una nueva forma de escuchar la respiración del planeta.