Se describe como “ la misión de investigación más compleja » de la Agencia Espacial Europea (ESA) en ese día. Lanzado en órbita el 29 de mayo, el satélite EarthCARE delESA, diseñado en colaboración con la agencia espacial japonesa, cuenta con cuatro instrumentos de última generación. Durante al menos tres años, apuntarán a la atmósfera terrestre para examinar uno de los actores más importantes y misteriosos del clima: las nubes.
“ Varios satélites ya han estudiado las nubes en el pasado, pero, por primera vez, gracias a la combinación de nuestros instrumentos, mediremos todas sus características físicas al mismo tiempo. Esto es lo que interesa a los investigadores.explica Dominique Gillieron, jefe de proyectos de observación de la Tierra enESA, necesitan mejorar su modelado y probar sus modelos actuales. »
Porque las nubes desempeñan un papel absolutamente crucial en el sistema climático de la Tierra. Cubren aproximadamente dos tercios del planeta, creando una “ efecto sombrilla » gigantes: al reflejar parte de la radiación solar hacia el espacio, nos protegen de su energía y refrescan el clima. Si todas las nubes desaparecieran, la Tierra podría estar 5°C más caliente, según el Programa Mundial de Investigación del Clima.
Si la Tierra no tuviera nubes, la temperatura del globo ya sería varios grados más alta. Pero su acción no es sólo refrescante.
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La figura es antigua y debe tomarse con cautela, ya que comprender la física de las nubes es difícil. Pero da un orden de magnitud de la influencia decisiva de este último sobre la temperatura global. Para ser más precisos, los investigadores estiman la energía que recibimos del sol calculando la potencia de la radiación recibida, en vatios, por cada metro cuadrado de la superficie terrestre (anotado en W/m2). Las nubes enfrían así la Tierra unos 20 W/m2. Comparar con 4,5 W/m2que será el (ya enorme) excedente almacenado debido a los gases de efecto invernadero de aquí a 2100, en el escenario de calentamiento medio de 3°C.
Incertidumbres climáticas
Por tanto, la función refrescante de las nubes es crucial. Problema: ellos mismos se ven perturbados por el cambio climático. Cuanto más cálido es el clima, menos nubes lo enfrían. Los investigadores ahora saben con un alto grado de certeza, según el último informe del IPCC, que este circuito de retroalimentación amplifica el calentamiento causado por el hombre.
¿Cuánto empeorarán las nubes la situación? ? Esta sigue siendo una de las principales fuentes de incertidumbre climática para los científicos. El es “ probable » que el efecto global de las nubes añade 0,12 W/m2 a 0,72 W/m2 para cada grado de calentamiento, según el IPCC, pero ciertos fenómenos se benefician de un bajo grado de confianza. “ La diversidad de nubes, su tamaño, su espesor óptico, su altitud… todo ello contribuye a generar incertidumbre »explica Étienne Vignon, director de investigación CNRS en el Laboratorio de Meteorología Dinámica.
“ La diversidad de nubes, su tamaño, su espesor óptico, su altitud… todo ello contribuye a generar incertidumbre », explica Étienne Vignon, director de investigación en meteorología dinámica del CNRS.
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Para comprender los desafíos que enfrentan los científicos del clima, debemos sumergir la cabeza en las nubes por un momento. La atmósfera contiene permanentemente agua en forma de gas, en proporciones variables. Pero su capacidad para contenerla es limitada: cuando alcanza la saturación, el exceso de agua se condensa transformándose en pequeñas gotas de líquido o incluso cristales de hielo, sobre todo dependiendo de las condiciones de presión y temperatura. Estas gotas y cristales forman nubes.
Efecto sombrilla versus efecto invernadero
Sencillo ? Excepto que estas nubes no sólo tienen un efecto de sombrilla. También contribuyen al efecto invernadero, es decir, al calentamiento de la Tierra al absorber y emitir radiación infrarroja (ver gráfico a continuación). Efecto de sombrilla refrescante por un lado, efecto invernadero cálido por el otro, cuál de los dos efectos domina ? Depende de las nubes.
En particular, pueden contener una proporción variable de gotas de líquido y cristales de hielo, lo que tiene una influencia importante en latitudes templadas, ya que las gotas tienen un mayor poder reflectante. El tamaño de las gotas y la forma de los cristales también influyen.
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En los cúmulos, nubes cálidas y bajas a una altitud máxima de 2 o 3 km, a menudo muy espesas, domina el efecto de sombrilla refrescante. Por el contrario, los cirros, que flotan mucho más arriba en la troposfera, hasta 14 km, son muy delgados, bloquean mucho menos los rayos del sol y allí el efecto invernadero es dominante, por lo que su influencia climática es de calentamiento.
Bucles de retroalimentación climática
El cambio climático está alterando estos equilibrios en todas direcciones. El aumento de las temperaturas hará que los cirros aumenten de altitud, lo que reforzará sus características de calentamiento. Otros procesos pueden tener efectos opuestos. “ Con el calentamiento, esperamos tener menos hielo y una proporción cada vez mayor de gotas en las nubes en las regiones de latitudes medias, por lo tanto, un aumento en el efecto sombrilla y un efecto de enfriamiento. »subraya Étienne Vignon.
Por el contrario, el investigador también trabaja en la modelización de las nubes en el Océano Ártico y, allí, el circuito de retroalimentación podría empeorar el calentamiento. “ En otoño, el hielo marino se vuelve cada vez más pequeño, lo que provoca una mayor evaporación del océano y, por tanto, una mayor formación de nubes en altitudes bajas. Estos causan mucho efecto invernadero. », él dijo. Como en otoño hay poco sol en esta región, el efecto sombrilla no juega un papel importante. El efecto invernadero, por el contrario, acelera el derretimiento del hielo marino, acelerando aún más el calentamiento en un ciclo de retroalimentación nocivo.
Efecto invernadero desde abajo, efecto sombrilla desde arriba… Aunque no se conoce lo suficiente, la influencia de las nubes en el clima será decisiva.
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Estos dos efectos contradictorios siguen siendo poco comprendidos y difíciles de cuantificar. Sobre todo, representan sólo una pequeña parte de las interacciones climáticas que involucran a las nubes. A esto hay que añadir la evolución global de la nubosidad (a cada grado de calentamiento, la atmósfera puede contener 7 % más agua), la distribución de las nubes (el efecto sombrilla cubre más superficie con nubes muy dispersas que si están muy concentradas), la velocidad con la que estas nubes se transforman en lluvia y desaparecen, la dificultad para anticipar la presencia de estas nubes durante el día o la noche (en ausencia de sol, el efecto sombrilla está ausente y el efecto invernadero domina por la noche), etc.
“ En la Antártida, el efecto sombrilla no influye, ya que la superficie blanca y helada ya refleja muy bien el sol. Pero si el hielo se derrite y revela un suelo más oscuro, el efecto sombrilla de las nubes se vuelve mucho más importante.explica Christoph Kittel, investigador de climatología de la Universidad de Grenoble Alpes. Dependiendo de la proporción de hielo y agua líquida en la nube, las consecuencias también cambian completamente. Dependiendo del modelo de nubes que se utilice, el futuro del derretimiento global en la Antártida varía entre 50 % en el peor de los casos. Los puntos de inflexión son posibles, pero aún no se comprenden muy bien. »
Desafíos de modelado
Ésta es la otra dificultad con la que se topan los investigadores: más allá de la complejidad de las nubes, está la de modelarlas en sus ordenadores. “ Nuestros modelos funcionan muy bien y tenemos buenos indicios sobre la evolución media del clima. Pero siguen existiendo grandes disparidades entre los modelos, en particular en lo que respecta a las numerosas incertidumbres relacionadas con las nubes, y aún queda mucho trabajo científico por hacer sobre la parametrización. »señala Étienne Vignon.
De ahí el interés en continuar y perfeccionar las observaciones, como lo hace el satélite EarthCARE. Además de interesarse por la física de las nubes y su radiación térmica, los instrumentos delESA se centrará en el “ precursores de nubes ». Porque si el agua se condensa cuando la atmósfera está saturada, la formación de nubes se ve favorecida por la presencia de polvo, sal marina, combustibles fósiles, polen u otras partículas alrededor de las cuales se aglomerarán gotas y cristales.
Además del tipo de nube, también influirán en sus efectos los elementos externos naturales o artificiales que las componen.
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Sin embargo, la presencia de estos aerosoles en el aire se ve alterada por el cambio climático y añade una capa de complejidad a la comprensión del cambio climático. “ La evolución de las tormentas en el Sahara puede, por ejemplo, levantar más arena, la evolución de la vegetación o la floración temprana ligada al calentamiento pueden cambiar la distribución del polen, las tormentas marinas más frecuentes aportan sales a la atmósfera, sin hablar de contaminantes industriales y fósiles. combustibles »enumera Dominique Gilliéron.
“ ¿Estos cambios en los aerosoles promoverán la formación de cirros que aumentan el efecto invernadero o cúmulos con un efecto refrescante? ? » él pregunta. Es posible que los modelos hayan afinado su respuesta en tres o cuatro años, cuando el satélite haya completado su misión. Hasta entonces, queda una certeza en la que los climatólogos insisten incansablemente: cuantos más gases de efecto invernadero emitimos, más nos hundimos en las brumas de una perturbación catastrófica.
