¿Hay cambios en los huracanes del Atlántico en un mundo más cálido?

¿Podemos detectar un cambio en los huracanes del Atlántico hoy debido al cambio climático causado por el hombre? Esta pregunta aparece cada año en un mundo cada vez más cálido.

Christopher W. Landsea es el Jefe de la Rama de Análisis y Pronóstico Tropical en el Centro Nacional de Huracanes (NHC) del Servicio Meteorológico Nacional (NWS) en Miami, FL. Tom Knutson es científico sénior en el Laboratorio de Dinámica de Fluidos Geofísicos (GDFL) de la NOAA en Princeton, Nueva Jersey. La siguiente discusión representa únicamente las opiniones de los autores y no representa ninguna posición oficial de NHC, NWS, GFDL o NOAA en general.

También está disponible una hoja informativa sobre el estado de la ciencia de la NOAA sobre "los huracanes y el tiempo del Atlántico ", que ha sido revisada por la NOAA.

Mejora en el método de observación

El verano pasado, uno de nosotros (Chris) coescribió una publicación del blog Inside the Eye del Centro Nacional de Huracanes sobre la temporada de huracanes de 2020 y si realmente "rompió récords" como parecía. También hablamos sobre cómo una aparente duplicación en el número de tormentas tropicales y huracanes en el Atlántico durante el siglo pasado es más probable que se deba a una mejor tecnología de observación que a aumentos reales en las tormentas del cambio climático natural o provocado por el hombre.

Del mismo modo, creemos que un mejor seguimiento de tormentas tropicales desempeñó un papel importante en el aumento de lo que cuenta como condiciones promedio o "normales" de 12 a 14 tormentas con nombre, ya que el Centro Nacional de Huracanes cambió su referencia de 1981-2010 a 1991-2020.

Los satélites y otros avances tecnológicos permiten que el Centro Nacional de Huracanes observe y diagnostique con precisión tormentas con nombre más débiles y de corta duración de lo que se había hecho anteriormente.

En esta publicación de blog, abordamos la pregunta más general de si los científicos pueden detectar algún cambio significativo en la actividad observada de huracanes en el Atlántico debido al cambio climático provocado por el hombre. Esto implica un análisis cuidadoso de las observaciones, la calidad de los datos y los resultados del modelo.

Cambios observados a largo plazo en los huracanes del Atlántico

Como se discutió en la publicación de blog anterior, al buscar evidencia de cambio climático en registros anteriores de huracanes y tormentas tropicales, uno debe tener en cuenta los sistemas tropicales "faltantes" que ocurrieron en el pasado pero que no se registraron debido a la falta de imágenes satelitales. Por ejemplo, la figura a continuación, de un nuevo estudio realizado por los autores y colegas ( Vecchi et al. en Nature Communications de 2021 ), brinda la mejor estimación de cuántos huracanes ocurrieron sobre el Océano Atlántico Norte, el Mar Caribe y el Golfo de México. hasta la década de 1850, incluida una estimación de las tormentas "perdidas".

La línea roja en la figura anterior es el número estimado de huracanes "perdidos" de Vecchi et al. (2021) , con el sombreado rojo que muestra la incertidumbre en esas estimaciones. La línea azul es el número total de huracanes (tanto observados como perdidos estimados) en un promedio centrado de 15 años, derivado de los años 1851-2019, con el sombreado azul que muestra la incertidumbre. Los sombreados de gris claro y oscuro antes de 1900 advierten que este enfoque es más incierto durante el siglo XIX que en el siglo XX para estimar el número total de huracanes por año.

El gráfico muestra períodos claramente ocupados y tranquilos: mayor número de huracanes a fines del siglo XIX, mediados del siglo XX y desde mediados de la década de 1990 en adelante, pero menor número a principios del siglo XX y en la década de 1970 a principios de la década de 1990. También vale la pena señalar que no hay una tendencia significativa al alza en el número total estimado de huracanes. Chris también demostró (en el Boletín de la Sociedad Meteorológica , BAMS, Estadounidense de 2015 ) que la cantidad de huracanes que afectan a los EE. UU. (sin necesidad de ajustes) no muestra una tendencia significativa desde 1900, de acuerdo con Vecchi et al. reconstrucciones estimadas de toda la cuenca y con series temporales actualizadas de huracanes y huracanes importantes en EE. UU.

Existe una buena comprensión de las condiciones ambientales que acompañan a estos cambios de década en década en la actividad de los huracanes. Por ejemplo, la siguiente descripción de un artículo de 2007 en el Boletín de la Sociedad Meteorológica Estadounidense por Jim Kossin y Dan Vimont muestra condiciones de temporada de huracanes "activas" a la izquierda versus "tranquilas" a la derecha. Los lugares donde comienzan los ciclones tropicales se superponen en mapas de diferencia de la temperatura promedio del océano (colores) y la cizalladura del viento (líneas). Las cruces muestran los puntos de partida de todas las tormentas que alcanzaron al menos la fuerza de una tormenta tropical. Las cruces en un círculo muestran los puntos de partida de las tormentas que alcanzaron la fuerza de un “gran huracán”, con vientos máximos de al menos 111 mph (178 kph).

Se puede ver que las temporadas activas de huracanes corresponden a aguas más cálidas (sombreadas de amarillo a rojo) y menos cizalladura del viento (líneas de contorno punteadas) de 5 ºN a 25 ºN, mientras que los años tranquilos tienen condiciones opuestas a lo largo del mismo cinturón de latitud. Además, las temporadas altas también han reducido la presión superficial y una atmósfera más húmeda e inestable propicia para el desarrollo de tormentas eléctricas; los años tranquilos muestran presiones más altas y una atmósfera más seca y estable. Consulte también otros artículos relacionados sobre el tema de Phil Klotzbach y Bill Gray en Journal of Climate de 2008 y Shuo Li y sus colegas en Journal of Climate de 2021.

Causas de las oscilaciones multidecenales (años 50-80) de huracanes en el Atlántico

Estas variaciones multidecadales en las tormentas tropicales y los huracanes del Atlántico están vinculadas a un fenómeno, que originalmente se creía que era de origen principalmente natural, llamado Variabilidad multidecadal del Atlántico (AMV, en sus siglas en inglés) (consulte el artículo de Stan Goldenberg, Chris Landsea y colegas en Science de 2001 ). El científico climático de la NOAA, Rong Zhang, dirigió una revisión exhaustiva reciente (en Reviews of Geophysics de 2019 ) del papel de la circulación del Océano Atlántico 2en el AMV.

Los autores citaron evidencia de que la circulación del Océano Atlántico es un impulsor crucial del AMV, incluidas las fluctuaciones multidecadales en huracanes y otros fenómenos en el Atlántico y las regiones circundantes. Los siguientes gráficos de Zhang et al. El documento de revisión de 2019 muestra la serie temporal AMV observada (arriba) y el patrón de temperatura del océano asociado (abajo). Se puede ver una gran similitud con la serie temporal de huracanes reconstruida arriba 3.

Sin embargo, la causa subyacente del AMV sigue siendo algo controvertida en la ciencia del clima. Existe desacuerdo entre los científicos del clima con respecto a la contribución relativa de las emisiones de aerosoles artificiales 4 , la actividad volcánica y la variabilidad natural de la circulación oceánica hacia el AMV 5 observado .

En términos de aerosoles, la idea es que las partículas diminutas y altamente reflectantes de la contaminación (procedentes de los vehículos, las centrales eléctricas y la industria) habrían enfriado el Atlántico y suprimido la actividad de los huracanes entre principios y mediados del siglo XX. A medida que las políticas y leyes para reducir la contaminación del aire se afianzaron en Europa Occidental, Gran Bretaña y los Estados Unidos en la década de 1970, la contaminación por aerosoles disminuyó, lo que permitió que la actividad de los huracanes en el Atlántico se recuperara.

El Quinto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático concluyó que existe una confianza media en que la reducción del forzamiento de aerosoles (en otras palabras, menos contaminación por aerosoles) contribuyó al aumento observado en la actividad de los ciclones tropicales en el Atlántico desde la década de 1970, pero el informe no estima cuán grande podría ser la influencia.

En 2020, un colega de Tom en GFDL, Hiro Murakami, y otros utilizaron modelos para explorar las causas del patrón global observado de cambio en la frecuencia de las tormentas tropicales desde 1980 (Fig. 4, panel superior). Sus modelos, que incluían influencias naturales y artificiales, producen una representación bastante buena del patrón global de la tendencia observada.

Para la cuenca del Atlántico, concluyeron que las influencias externas, en particular la disminución de los aerosoles artificiales y las erupciones volcánicas, probablemente desempeñaron un papel importante en el aumento de la frecuencia de las tormentas tropicales desde 1980. Dunstone et al. informaron un hallazgo similar para el Atlántico. (2013) usando un modelo diferente.

El gráfico anterior respalda la hipótesis de que el aumento observado en los ciclones tropicales del Atlántico entre 1980 y 2020 (curva negra) se debió en parte a la respuesta a influencias externas (curva roja). El aumento temporal de la curva roja (tormentas simuladas por el modelo) durante este período se debió a los efectos de la disminución de los aerosoles.

Los aerosoles habían tendido a suprimir la frecuencia de las tormentas tropicales del Atlántico en el modelo durante el siglo XX antes de la década de 1980, pero la frecuencia de los ciclones tropicales aumentó temporalmente desde aproximadamente 1980 hasta 2020 en el modelo de Murakami et al. debido a la disminución de las emisiones de aerosoles en América del Norte. y Europa Mientras tanto, tanto Murakami et al. y Dunstone et al. encuentran que el aumento de los gases de efecto invernadero condujo a una tendencia decreciente en la frecuencia de las tormentas tropicales del Atlántico durante el siglo XXsiglo en su modelo, reforzado en ocasiones por la influencia del aumento de los aerosoles.

Estos estudios son contribuciones importantes al debate sobre este tema, pero la variabilidad climática natural complica la detección segura de tales influencias relacionadas con los aerosoles. Necesitamos una mejor comprensión de las contribuciones relativas de la variabilidad natural, los aerosoles y el aumento de los gases de efecto invernadero al AMV y los aumentos en las métricas de actividad de huracanes desde 1980.

El desafío de encontrar una huella digital humana

La importancia de esta distinción entre las causas potenciales de AMV para futuras proyecciones de huracanes es clara: si el fuerte forzamiento de aerosoles y volcanes hechos por el hombre fueron responsables de la mayor parte del "período de calma" de la actividad de los grandes huracanes en el Atlántico desde la década de 1970 hasta principios de la década de 1990, entonces es posible que no se produzca un retorno a este régimen más “tranquilo” en las próximas décadas. Pero si el "período tranquilo" de la década de 1970 hasta principios de la década de 1990 (así como el período tranquilo anterior de principios del siglo XX) fue causado principalmente por la variabilidad climática interna, uno esperaría volver a condiciones relativamente "tranquilas" en las próximas décadas a medida que el clima oscila entre períodos de huracanes en el Atlántico más activos e inactivos. Esta es una pregunta de investigación importante que aún no tiene una respuesta clara.

Otra consecuencia importante del AMV observado es su influencia en la detección y atribución de la influencia humana en la actividad de huracanes en el Atlántico. En primer lugar, tenga en cuenta que la serie temporal de reconstrucción de huracanes discutida anteriormente muestra un claro aumento desde 1980 hasta 2015 más o menos, pero la tendencia a más largo plazo es relativamente plana durante el siglo XX.

Las temperaturas de la superficie global y las temperaturas de la superficie del mar del Atlántico tropical han aumentado desde 1900 (alrededor de +1,3 ˚C [+2,3 ˚F] y +1,0 ˚C [+1,8 ˚F], respectivamente), a diferencia de los recuentos de huracanes reconstruidos o los huracanes que tocaron tierra en EE. UU. .

Finalmente, varios estudios han encontrado que varias métricas de huracanes en el Atlántico, incluidas las intensidades máximas de huracanes, el número de huracanes, el número de huracanes principales y la energía ciclónica acumulada, han aumentado desde alrededor de 1980.

Sin embargo, en una evaluación del cambio climático de ciclones tropicales de 2019, la mayoría de los autores concluyeron que los aumentos recientes de la actividad de huracanes mencionados anteriormente no calificaban como influencias detectables hechas por el hombre (es decir, claramente distinguibles de la variabilidad natural). Se informó que otra métrica de huracanes, la fracción de huracanes del Atlántico que se intensifican rápidamente, ha aumentado desde alrededor de 1980 (Bhatia et al. 2019), y encontraron que este cambio era muy inusual en comparación con la variabilidad natural simulada de un modelo climático, mientras que su signo era consistente con el cambio esperado del forzamiento causado por el hombre. Aun así, sin embargo, su confianza se vio limitada por la incertidumbre sobre qué tan bien el modelo climático único utilizado representaba la variabilidad natural del mundo real en la región del Atlántico.

Para las precipitaciones relacionadas con huracanes, el informe más reciente del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático ( IPCC AR6 ) concluyó: “Los estudios de atribución de eventos y la comprensión física indican que el cambio climático inducido por el hombre aumenta las fuertes precipitaciones asociadas con los ciclones tropicales (nivel de confianza alto), pero los datos las limitaciones inhiben la detección clara de tendencias pasadas a escala global”.

Los totales de precipitaciones extremas de varios días del huracán Harvey fueron un caso interesante para la cuenca del Atlántico, con al menos dos estudios ( van Oldenborgh et al. 2017 ; Risser y Wehner 2017) concluyendo que en el este de Texas, las precipitaciones extremas observadas habían aumentado debido a la influencia humana. Sin embargo, aún no se ha identificado con certeza una influencia humana detectable en las lluvias relacionadas con los huracanes en particular en las series de tiempo observadas a largo plazo específicamente de las lluvias de huracanes. Los cálculos del modelo (p. ej., Patricola y Wehner 2018 ; Reed et al. 2022 ) sugieren que es probable que haya alguna influencia humana, incluso si aún no se ha detectado en las observaciones a largo plazo.

¿Por qué es tan difícil detectar la influencia del hombre (especialmente la influencia de los gases de efecto invernadero) en las métricas de actividad de huracanes observadas en el Atlántico?

Esto se debe en parte a que los registros confiables para una serie de métricas, especialmente las métricas relacionadas con la intensidad de toda la cuenca, son relativamente cortos, y muchos solo están disponibles y son confiables para el análisis de tendencias desde aproximadamente 1980. Además, las tendencias durante períodos tan cortos han sido demostrado que no es representativo del comportamiento de la tendencia a más largo plazo.

Para los casos de métricas donde tenemos registros más largos y relativamente confiables, la fuerte variabilidad multidecadal inhibe la detección de tendencias. En otras palabras, la fuerte variabilidad multidecadal del Atlántico, ya sea debido a la variabilidad climática interna o cambios en el forzamiento volcánico o de aerosoles, oscurece e impide una detección clara de una tendencia a escala de un siglo del tipo que uno podría esperar debido al calentamiento del efecto de los gases efecto invernadero. Mientras tanto, como se mencionó anteriormente, la ciencia aún no está resuelta sobre las contribuciones relativas de los cambios en los aerosoles artificiales frente a la variabilidad natural en el reciente aumento de la actividad de los huracanes en la cuenca del Atlántico.

Un período temporal de disminución de las emisiones de aerosoles artificiales probablemente contribuyó, junto con la variabilidad natural, al aumento de la actividad de huracanes en el Atlántico desde 1980, aunque su contribución relativa sigue siendo incierta.

Puedes encontrar más detalles, links, pie de notas, etc., del artículo originario, aquí.

Chris Landsea y Tom Knutson

NOAA