Física Atmosférica y Oceánica physics.ao-ph

En la costa de la Tierra de la Reina Maud se alzan dos núcleos de hielo, como dos sismógrafos en la misma orilla. Uno, FK17, fue perforado en la cresta del abultamiento de hielo de Lokerryggen; el otro, TIR18, en la cresta de Hammarryggen. Los separa un centenar de kilómetros, pero captan distintos temblores del clima. Uno escucha el océano Pacífico; el otro, el Atlántico y el Índico.

El clima se parece a una orquesta sin director: cada músico escucha a los demás con retraso y la partitura cambia en pleno concierto. El océano, la atmósfera, el hielo y la tierra intercambian energía continuamente, y la más mínima falla en un instrumento puede convertirse en un cambio de toda la melodía.

Un intérprete en negociaciones importantes al principio solo repite las palabras, pero poco a poco empieza a anticipar lo que dirá su interlocutor. El nuevo modelo meteorológico funciona de manera similar: la física le da el esqueleto, y el aprendizaje automático aprende de los errores y rellena los vacíos.

En el verano de 2023, los termómetros de todo el mundo marcaron cifras que ni los pronósticos más atrevidos esperaban. La temperatura media del planeta subió 1,48 °C por encima del nivel preindustrial, y ese salto de 0,17 °C rompió el récord anterior como si el clima hubiera cambiado de marcha de repente.

El océano Pacífico frente a las costas de Perú se calienta y el mapa meteorológico habitual del planeta se desajusta: en algunos lugares hay sequía, en otros inundaciones. Esto es El Niño, y le cuesta a la economía mundial billones de dólares. Los científicos saben predecirlo desde hace tiempo, pero ahora, por primera vez, están probando si se puede debilitar mientras se desarrolla.

Dos bailarines están uno frente al otro, pero no se ven las caras. Uno es la atmósfera, rápida y ruidosa, que olvida sus pasos a las dos semanas. El otro es el océano, lento y pesado, que recuerda cada roce durante meses. Para que el baile funcione, necesitan aprender a guiarse mutuamente, mirando solo las manos del compañero.

Un pintor que retrata el océano no se limita a dos colores: el cálido y el frío. Del mismo modo, los climatólogos que estudian el El Niño hablan cada vez más de toda una paleta de matices. El El Niño es una corriente cálida frente a las costas de Perú que, cada pocos años, altera el clima en todo el planeta. Su contraparte, la La Niña, trae frío.

El ciclo del carbono se parece a la respiración del planeta. Los bosques y los océanos inhalan dióxido de carbono, mientras que la industria y los incendios naturales lo exhalan. En 2023, esa inhalación se volvió entrecortada y breve.

Imagina a un intérprete en una sala enorme: no solo oye a su vecino, sino también los susurros en el rincón más lejano, y con esos fragmentos reconstruye toda la conversación. Así funciona la red neuronal CAS-Canglong: capta las conexiones entre presión, viento y calor en todo el planeta, y con ellas predice cómo será el océano dentro de tres meses.

Las corrientes oceánicas se entrelazan como una telaraña pegajosa: cada perturbación deja una huella que no desaparece al instante. Los climatólogos solían tratar los empujones aleatorios en esa telaraña como invisibles y sin memoria, pero una nueva investigación muestra que el ruido tiene memoria, y esa memoria refuerza los vínculos entre nodos distantes.

Imagina una orquesta que toca sin director. Cada grupo de instrumentos entra en su momento: primero las maderas marcan el tema, luego se suman las cuerdas, y a veces un percusionista inesperado toma el protagonismo.

En una sala de reuniones, el intérprete no solo escucha a quien habla, sino todo el murmullo de voces, captando quién mira a quién y quién se calla antes de una réplica importante. Así lee SEA-ViT el océano: no ve puntos aislados con boyas, sino todo el campo de corrientes a la vez, como una conversación única del agua.

El océano respira, y en ese respirar, como en un columpio, se mecen los huracanes. En los últimos setenta años, cientos de ciclones tropicales han cruzado el Atlántico Norte, y no todos se han comportado igual. Hubo décadas que trajeron a las costas una ráfaga de tormentas destructivas, y otras de calma.

Cada temporada de huracanes en el Atlántico se parece a un juego de dados en el que el número de puntos obtenidos depende de tres grandes fuerzas climáticas: El Niño, la temperatura del océano en la 'cuna de los huracanes' y la oscilación del Atlántico Norte.

El Pacífico tropical respira con dos ritmos. Uno dura varios años: el agua frente a las costas de Perú se calienta y se enfría, y los pescadores lo llaman El Niño. El otro ritmo es rápido: cada mes y medio, sobre el agua cálida de los océanos Índico y Pacífico nace una gigantesca ola de nubes que avanza hacia el este a velocidad de corredor y se disipa frente a Sudamérica.

La orquesta interpreta la sinfonía del clima. Cada violín, cada instrumento de viento lleva su propia parte: son los modos de Kolmogórov, los ritmos naturales del sistema. De repente, un trueno irrumpe en la sala: un salto brusco, como una ráfaga de viento o un aguacero. Antes solo sabíamos escuchar el sonido suave, pero no descifrar esos acordes. En un nuevo trabajo, los matemáticos han completado la partitura.

Un timonel experimentado guía el barco con un mapa contrastado, pero en aguas desconocidas el mapa miente. El grumete, que durante años ha observado cómo se equivoca el timonel, aprende a anticipar dónde fallará el mapa. Juntos trazan un rumbo más preciso que cada uno por separado.

En invierno, sobre el hemisferio norte, el aire no se mueve al azar, sino que pasa varios días en el mismo patrón antes de reorganizarse. Estos patrones se asemejan a las habitaciones de un laberinto: el sistema entra, se detiene y luego encuentra la puerta a otra habitación.

El océano Pacífico es una gigantesca red de terminaciones nerviosas que avisa de un ataque de la enfermedad un año antes de que ocurra. En 2023-2024, El Niño, la fase cálida de la oscilación climática del Pacífico, elevó la temperatura global a alturas récord.

Sobre las aguas cálidas de los océanos Índico y Pacífico, cada uno o dos meses nace una ola gigante de aire húmedo. Avanza hacia el este a paso de peatón, unos cinco metros por segundo, y arrastra tras de sí franjas de aguaceros y sequías. Los meteorólogos la llaman oscilación de Madden-Julian MJO.

Un intérprete en una negociación solo escucha las palabras ya dichas, pero aun así adivina la siguiente frase. Así funciona el nuevo método de predicción de El Niño: no mira hacia el futuro, sino que se basa únicamente en el pasado, como un oyente honesto. El Niño-Oscilación del Sur (ENOS) es la principal oscilación climática interanual en el Pacífico tropical.

En la sala deliberan cincuenta sabios, y cada uno observa el océano a su manera. Uno atiende a la temperatura de la superficie, otro al viento, un tercero a cómo se oculta el calor en las profundidades. Sus juicios a menudo se contradicen, pero hay un decano que sabe en quién confiar más.

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.

La mancha cálida frente a las costas de Perú no aparece todos los años, pero cuando lo hace, las lluvias inundan los desiertos y en Australia arden los incendios. Este es El Niño, un fenómeno que los modelos climáticos reproducen con dificultad. Los modelos simples calculan bien la frecuencia con que ocurre, pero pierden detalles espaciales.

Un intérprete en una sala de reuniones no solo escucha las palabras, sino también las entonaciones, las pausas y los gestos. Con esas señales, adivina hacia dónde se dirigirá la conversación.

El océano Pacífico respira. Cada pocos años, su 'pulmón' cálido del oeste exhala hacia el este, y entonces, desde Perú hasta Indonesia, cambian las lluvias, las sequías y los huracanes. A esa respiración se la llama El Niño-Oscilación del Sur, o ENOS.

Un intérprete en negociaciones importantes no solo traduce palabras rápidamente, sino que se asegura de que el significado no se pierda. Así es CAMulator: toma el complejo modelo climático CAM6 y lo traduce al lenguaje de una red neuronal que trabaja cientos de veces más rápido, sin perder la esencia física.

Entre julio de 2023 y julio de 2024, la atmósfera terrestre acumuló dióxido de carbono a una velocidad de 3,66 partes por millón al año. Es el ritmo más rápido desde 1979. La causa no es que las fábricas y los autos hayan empezado de repente a emitir más CO₂. Los pulmones del planeta, los bosques y los suelos, inhalaron menos.

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.

En un columpio uno puede sentarse y balancearse, o simplemente dejarse llevar de un lado a otro. El océano Pacífico hace ambas cosas. Cada pocos años, el agua cálida frente a las costas de Perú da paso a agua fría, y las precipitaciones, los vientos y ecosistemas enteros en medio planeta se reconfiguran.

En mayo de 2024, los termómetros en Jalisco parecían haber perdido la cabeza: en una de las estaciones, el 10 de mayo se registraron 38,4 °C, casi repitiendo el máximo histórico de 1994. Hacía tanto calor que incluso las plantas de agave, acostumbradas al bochorno, ralentizaban su crecimiento.

El océano Pacífico tropical vive en dos ritmos. El primero es rápido: una ola de tormentas que nace sobre el océano Índico, corre hacia el este y se apaga frente a las costas de América en un mes o dos. El segundo es lento: cada varios años, la superficie del océano se calienta tanto que cambia el clima en todo el planeta. Eso es El Niño.

En los trópicos de la Tierra opera un relevo invisible: una onda de lluvias y vientos intensos, que los meteorólogos llaman oscilación de Madden-Julian, avanza hacia el este a unos cinco metros por segundo. La mayoría de los corredores se agotan pronto, pero los maratonistas excepcionales llevan la antorcha a través de todo el océano Pacífico.

Un traductor que aprendió la gramática del viento, no solo el vocabulario. El viento sopla sobre el océano Pacífico y el agua le responde con olas, corrientes y afloramientos de profundidades frías. A la red neuronal KIST-Ocean se le enseñó no solo a recordar cómo se veía el océano ayer, sino a comprender por qué mañana será así.

En verano, en el mar de China Meridional se puede observar un fenómeno curioso: en el norte el agua se calienta, mientras que en el sur, al mismo tiempo, se enfría. Al año siguiente ocurre lo contrario. No es casualidad, sino un balancín persistente que el océano mece cada verano.

En una sala con 80 asesores, cada uno grita lo suyo, y si simplemente escuchas a todos y tomas el promedio, obtienes un batiburrillo. Lo mismo ocurre con los pronósticos de El Niño: el modelo produce 80 futuros posibles, pero no todos son igualmente útiles. Unos fallan menos, otros más, y otros hablan de algo completamente distinto.

El océano zumba como una sala abarrotada: en un rincón discuten sobre décadas, en otro sobre años, en un tercero sobre el cambio de estaciones. Antes, para desentrañar esas voces, los climatólogos usaban filtros que ellos mismos ajustaban: dejaban pasar solo las ondas lentas o solo las rápidas.

Durante 36 días, el ciclón tropical Freddy azotó el océano Índico: el más longevo registrado en la historia. Los meteorólogos lo siguieron con satélites, aviones y estaciones terrestres. Pero un detalle se les escapaba a todos los instrumentos: la densidad exacta del aire en el corazón del vórtice. Y es precisamente eso lo que determina hacia dónde girará el ciclón mañana.

Un equipo de cuarenta meteorólogos prepara un pronóstico de El Niño con dos años de anticipación. Cada uno trabaja con el mismo modelo, pero con datos iniciales y configuraciones ligeramente diferentes, por lo que sus respuestas divergen. Normalmente, los centros de pronóstico promedian las cuarenta opiniones, asumiendo que cada miembro es igualmente útil.

Una orquesta de dos músicos toca la misma partitura, pero cada uno solo oye su propia línea. La atmósfera y el océano en un modelo climático se parecen a ese dúo: intercambian calor y humedad cada pocas horas, pero hasta hace poco sus gemelos de redes neuronales no sabían mantener un ritmo común.