El péndulo que empujan las ráfagas de viento ✛

Original: "Realistic ENSO Dynamics Requires a Damped Nonlinear Recharge Oscillator"
arXiv:2506.11206 · 2025-06-12 · CC BY 4.0 · 3 min
Para entender los caprichos de El Niño y La Niña, los científicos han construido un modelo de péndulo con fricción y empujones aleatorios.

Imagina un péndulo colgado en una habitación con corrientes de aire. A veces una ráfaga lo empuja con más fuerza, otras con menos. Si el péndulo apenas se frena, oscilará durante mucho tiempo de forma regular. Pero si la fricción es grande, cada empujón se disipa rápido y el movimiento se vuelve entrecortado: un vaivén brusco, luego un largo bamboleo. Así se comporta la zona tropical del Pacífico cuando el calor de El Niño da paso al frío de La Niña.

El Niño es la fase cálida, en la que el este del Pacífico se calienta más de lo normal. La Niña es la fase fría, cuando allí hace un frío anómalo.

Durante mucho tiempo, los climatólogos debatieron qué tipo de péndulo describe mejor este fenómeno: uno auto sostenido, que oscila sin necesidad de empujones externos, o uno amortiguado, que necesita ráfagas constantes. La respuesta es clave para los pronósticos: de cómo el océano pasa de una fase a otra depende cuándo esperar sequías o inundaciones. Los autores del nuevo trabajo no se limitaron a ajustar el modelo a los datos, como se hacía antes. Probaron miles de combinaciones de parámetros y ejecutaron cada una en una simulación por ordenador de 30 000 años.

Resultó que el péndulo auto sostenido no sirve: produce una distribución de temperaturas demasiado "plana", sin picos bruscos. En cambio, un péndulo muy amortiguado, que pierde casi toda su energía en 20 meses, reproduce todo como debe ser. Lo empujan ráfagas de viento aleatorias, y esas ráfagas se intensifican cuando el océano ya está cálido. Es como si la corriente de aire soplara más fuerte justo cuando el péndulo está inclinado hacia un lado.

Pero la fricción y los empujones aleatorios no bastan. Para que el péndulo se comporte como el océano real, hacen falta dos pequeñas "asimetrías". Una hace que la fase cálida sea más corta pero más intensa, y la fría, más larga pero más débil. La segunda asimetría actúa como un muelle que, tras un fuerte vaivén, devuelve lentamente el péndulo a su posición, reteniéndolo en la fase fría. Esta segunda asimetría se había pasado por alto durante mucho tiempo, y sin ella el modelo no podía explicar por qué La Niña a veces dura dos años seguidos.

El resultado es un modelo sencillo que reproduce por primera vez todas las principales rarezas de El Niño y La Niña: su distinta intensidad, su distinta duración e incluso la frecuencia con la que una fase sucede a la otra. Ahora este modelo puede usarse como referencia para comprobar modelos climáticos más complejos. Si un modelo grande no reproduce el comportamiento del péndulo simple, algo falla en su descripción del océano.

El péndulo en la habitación con corrientes de aire ha resultado ser una metáfora sorprendentemente precisa de un fenómeno climático que afecta al tiempo en todo el mundo. Y ahora, cuando una ráfaga de viento lo empuja con demasiada fuerza, entendemos mejor qué esperar de la próxima temporada.

En los últimos 50 años se han observado solo unos 10 El Niño fuertes, mientras que en los experimentos numéricos de este trabajo se generaron alrededor de 5000 en 30 000 años de modelo.

\frac{dT_E}{dt} = R T_E + F_1 h + b_T T_E^2 - c_T T_E^3 + \sigma_T \xi_T (1 + B H(T_E) T_E)
La tasa de cambio de la temperatura está determinada por la retroalimentación lineal de Bjerknes, la influencia del contenido de calor, las no linealidades cuadrática y cúbica, y un ruido que se amplifica en la fase cálida.
\frac{dh}{dt} = -\varepsilon h - F_2 T_E - b_h T_E^2 + \sigma_h \xi_h
El contenido de calor relaja hacia el equilibrio, responde a la temperatura y experimenta un efecto no lineal que intensifica la descarga después de El Niño.
\theta = \frac{1}{2} \arctan\left( \frac{-(\hat{R}+\hat{\varepsilon})}{\hat{F}_1 - \hat{F}_2} \right)
La pendiente de la trayectoria de fases temperatura-contenido de calor está determinada por el signo de la suma de los coeficientes de retroalimentación y amortiguamiento, lo que explica las diferencias entre las elecciones de la variable de contenido de calor.
Científicos
Ludwig BoltzmannHenri PoincaréJohn von NeumannJosiah Willard Gibbs
Conceptos
recharge oscillator model ENSO El Niño-Southern Oscillation El Niño index Jin-Timmermann model Multivariate ENSO Index La Niña spring predictability barrier Southern Oscillation ERSST relative ONI TAO/TRITON moorings equatorial wave propagation Warm water volume natural variability NOAA CPC North Equatorial Countercurrent Indian Ocean capacitor effect