Mediterráneo: más cálido y más salino

*Equipos Escenarios y Vanimedat-2

• Enrique Álvarez-Fanjul, Roland Aznar, Elena Padorno, Marcos G. Sotillo, Marta Gómez, Begoña Pérez. Puertos del Estado, Madrid.
• Ernesto Rodríguez-Camino, J.M. Rodríguez-González, Juan Carlos Sánchez Perrino, Justo Conde. Agencia Estatal de Meteorología (Aemet), Madrid.
• Damià Gomis, Marta Marcos, Gabriel Jordà, Francesc M. Calafat. Imedea (Universitat de les Illes Balears - CSIC), Mallorca.
• Samuel Somot. Météo-France, Toulouse, Francia.
• Mikis Tsimplis. National Oceanography Center, Southampton, Reino Unido.

Los océanos constituyen el 71% de la superficie de la Tierra. Esta considerable masa de agua influye de manera decisiva sobre el complejo sistema climático terrestre. El comportamiento climático del océano dista mucho de ser estable, a pesar de presentar ciertos patrones recurrentes.

En escalas largas de tiempo, la variabilidad de las características climáticas oceánicas puede incidir de forma significativa y directa en las actividades humanas desempeñadas en su entorno: determinadas tendencias de variables oceánicas, tales como variaciones de la temperatura o la salinidad, podrían traducirse en efectos dañinos para los frágiles ecosistemas marinos y afectarían de manera indirecta a tareas vinculadas a ellos como la pesca; el anteriormente mencionado incremento del nivel del mar conllevaría, por ejemplo, la necesaria adaptación y reordenación de todas las infraestructuras costeras.

En este sentido, el incremento gradual del nivel del mar global a lo largo del siglo XX viene refrendado por los últimos informes científicos. Tal y como muestra dicha figura, se estima que seguirá aumentando incluso con mayor rapidez durante el presente siglo, en la que se representa la evolución en el pasado y el rango de proyecciones estimadas para el siglo XXI del nivel medio del mar. La figura 1 muestra la serie temporal del nivel medio del mar global (con respecto a la media de 1980 a 1999) en el pasado y proyectado en el futuro, obtenida del informe sobre cambio climático del IPCC (2007). Para el periodo anterior a 1870, no se dispone de medidas globales del nivel del mar. El sombreado gris muestra la incertidumbre en la variación estimada del nivel del mar en ese periodo. La línea roja es una reconstrucción del nivel del mar global a partir de mareógrafos y el sombreado rojo representa el rango de variaciones. La línea verde muestra el nivel medio del mar global observado a partir de datos de altimetría procedentes de satélites. El sombreado azul representa el rango de las proyecciones simuladas bajo hipótesis de emisiones de gases de efecto invernadero a lo largo del siglo XXI, relativo a la media de 1980 a 1999.

A nivel global, el aumento del nivel del mar se debe fundamentalmente a dos factores:

La fusión de los hielos continentales, localizados en Groenlandia, Antártida y los glaciares de las grandes cordilleras, que puede aportar una considerable masa de agua dulce a los océanos.

La dilatación térmica del volumen de agua debida a la disminución de la densidad por aumento de la temperatura.

La figura 2 sintetiza las distintas contribuciones a la tasa de variación anual del nivel del mar en todo el planeta, estimadas mediante modelos numéricos para el periodo 1993-2003, junto con la suma total de dichas aportaciones. La anchura de las barras sombreadas representa la incertidumbre asociada a las distintas estimaciones. Tal y como se observa, los mayores incrementos anuales producidos entre 1993 y 2003 son causados principalmente por la expansión térmica del volumen de agua, seguido del aporte de agua por fusión de los glaciares. De acuerdo con estos resultados, el nivel del mar a escala planetaria se ha incrementado en 2,8 ± 0,6 milímetros por año a lo largo de este periodo.

Las mencionadas tasas de incremento del nivel del mar han sido computadas a escala global, sin embargo, las variaciones locales pueden ser aún más importantes, debido a cambios locales en la circulación marina. En concreto, los cambios en la salinidad y temperatura del mar, que se traducen automáticamente en variaciones en la densidad, pueden influir de manera significativa en la circulación de las masas de agua en el océano. Las aguas más densas en capas superficiales tienden a hundirse hacia niveles más profundos, proceso que da lugar a la llamada circulación termohalina, de ahí que los cambios de densidad puedan alterar dicha circulación y, por ende, variar el nivel del mar a escala local.

Es necesario, por lo tanto, realizar trabajos de regionalización consistentes en la simulación del clima del océano particularizada para las zonas geográficas de interés, con el fin de analizar la variabilidad climática a escalas locales.

Como vemos, los fenómenos físicos involucrados son complejos y las implicaciones importantes. Por todo ello, conocer de forma adecuada los mecanismos que rigen el comportamiento climático del océano en escalas largas de tiempo supone un desafío además de una necesidad.

El conocimiento del medio físico marino se realiza desde dos perspectivas distintas y complementarias entre sí. Por un lado, el método más directo consiste en registrar los fenómenos y variables observados en una zona y en un instante o periodo dados. Las técnicas basadas en la observación constituyen, sin duda, los procedimientos más fiables y precisos para determinar el estado del océano y su evolución a lo largo del tiempo. Sin embargo, existen ciertos factores que limitan la obtención de datos procedentes de observaciones. En primer lugar, el coste económico necesario para mantener toda la infraestructura requerida es muy elevado. A ello hay que añadir la escasez de estaciones de observación situadas en aguas abiertas —bien sea por los motivos económicos antes aludidos o por las dificultades logísticas que ello entraña— y la corta duración de los registros históricos de datos existentes. La dispersión de los puntos de observación y la limitada disponibilidad de datos en el tiempo suponen un problema a la hora de caracterizar adecuadamente el estado del océano. Es necesario, por tanto, recurrir a otros métodos para aumentar tanto espacial como temporalmente la densidad de información referente a las variables físicas del océano.

Dicha tarea puede llevarse a cabo mediante el uso de modelos numéricos climáticos de océano, que permiten además estudiar la dinámica oceánica a largo plazo y proyectar su evolución futura, supliendo así la incapacidad de los instrumentos de medir en el futuro. En líneas generales, la modelización numérica se lleva a cabo mediante complejos programas informáticos que simulan el modelo conceptual de un sistema dado. En el caso que nos ocupa, el océano constituye el sistema mencionado y el modelo numérico resuelve, de la forma más ajustada posible, el sistema de ecuaciones que rige la física del mismo. De este modo, la resolución de dichas ecuaciones permite obtener estimaciones de la evolución a lo largo del tiempo de variables oceánicas tales como la temperatura, salinidad y corrientes, en la superficie y a distintos niveles de profundidad. Durante los últimos años, el campo de la simulación numérica ha evolucionado de manera sustancial, debido fundamentalmente a los avances tecnológicos registrados en supercomputación, que resultan indispensables para calcular el elevadísimo número de operaciones aritméticas necesarias.

Entre otros objetivos, las simulaciones numéricas permiten estudiar las proyecciones climáticas marinas en el futuro, simulando la física del océano bajo determinadas hipótesis atmosféricas de cambio climático. Como ya se ha señalado anteriormente, el océano forma parte intrínseca del sistema climático terrestre y está, por tanto, directamente influenciado por las condiciones atmosféricas imperantes. En este sentido, hay cada vez más evidencias científicas que permiten relacionar el comportamiento de la atmósfera con las emisiones de gases de efecto invernadero.

El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (comúnmente conocido por sus siglas en inglés, IPCC), es el encargado de revisar y evaluar la información científica, técnica y socio-económica relevante para el conocimiento del cambio climático, y establece una serie de hipótesis de emisiones de gases de efecto invernadero a lo largo del siglo XXI denominadas escenarios.

Los escenarios de emisiones se determinan en función de la evolución socio-económica del planeta y de las posibles medidas que se propongan para limitar los efectos del cambio climático durante las próximas décadas. Entre los escenarios que suelen estudiarse habitualmente se encuentra el A2, que supone un aumento constante de la población, cambios tecnológicos fragmentados y un desarrollo económico restringido a escala regional, siendo, por tanto, de los más pesimistas entre los existentes. Otro escenario usado con asiduidad es el A1B, menos extremo que el anterior y basado en suposiciones más optimistas de la evolución socio-económica mundial, según el cual se estima un rápido aumento de las emisiones globales de CO₂ en la primera mitad del siglo XXI, para llegar a un máximo alrededor de 2050 y disminuir posteriormente.

Los modelos globales proporcionan resultados referentes a la evolución del estado de los océanos del planeta en su conjunto. Sin embargo, estos modelos no pueden resolver con la suficiente precisión los fenómenos físicos que suelen acontecer a escala más local, ni la variabilidad con que se manifiestan. Por ello, se recurre al uso de modelos de océano regionales para simular las condiciones oceánicas de zonas específicas a mayor resolución.

En los últimos años, Puertos del Estado ha abierto nuevas líneas de estudio en el campo de la modelización climática oceánica. Para ello, se ha establecido una estrecha colaboración con algunos de los centros de investigación más destacados en este campo como son Météo-France en Francia, el National Oceanography Center de Southampton (Nocs) en el Reino Unido, y el Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (Imedea) y la Agencia Estatal de Meteorología (Aemet) en España. Fruto de esta colaboración, se han realizado hasta la fecha una serie de simulaciones con las que se han reproducido las características climáticas del mar Mediterráneo en la segunda mitad del siglo XX y se ha estimado su evolución futura a lo largo del siglo XXI. Este último caso se ha llevado a cabo partiendo de la hipótesis de escenario de cambio climático A2 y se ha centrado en el estudio de la temperatura, salinidad y corrientes del Mediterráneo. El modelo empleado permite resolver las ecuaciones que rigen la física del océano en una malla de puntos tridimensional que cubre todo el mar Mediterráneo y parte del Atlántico nororiental en superficie y en profundidad, a una escala horizontal de 1/8º, equivalente a unos 10 kilómetros aproximadamente.

Como se ha señalado con anterioridad, para poder usar los modelos numéricos es imprescindible contar con unos recursos informáticos con gran capacidad de cálculo. En este sentido, Puertos del Estado ha adquirido recientemente un nuevo supercomputador de 328 núcleos de cálculo, con el que se han llevado a cabo las citadas simulaciones (Figura 3). Antes de analizar los resultados de las proyecciones futuras, ha sido necesario comprobar la fiabilidad de las simulaciones, comparando los resultados obtenidos mediante ellas para el periodo 1970 a 1999 con los valores observados en la realidad. Dichas observaciones provienen de medidas realizadas in situ y de teledetección, es decir, procedentes de satélite.

En nuestro caso, se ha comprobado que el modelo de circulación oceánica empleado reproduce correctamente los patrones existentes en el Mediterráneo, entre los cuales se incluyen los de temperatura y salinidad superficial del mar.

De acuerdo con la simulación realizada, se observa que la temperatura en la superficie del Mediterráneo, promediada para los últimos 30 años del siglo XX, aumenta a medida que nos acercamos al sureste, variando desde 16 °C de media en el golfo de León y norte de los mares Adriático y Egeo hasta 21 °C en el entorno de las costas egipcias, israelíes y libanesas (Figura 4). La salinidad superficial —cuya medida es el psu, de las siglas en inglés Practical Salinity Unit, equivalente a un gramo de sal disuelto en un litro de agua— también ha sido corroborada con medidas de observaciones.

De los resultados simulados para el periodo 1970-1999 se observa un incremento gradual de la misma conforme nos desplazamos hacia el Mediterráneo oriental, de 36 psu en el mar de Alborán a 39 psu al sur de Turquía, al tiempo que se aprecia el significativo aporte de agua más dulce procedente del mar Negro en aguas del Egeo, junto con los provenientes de los principales ríos de la cuenca, tales como el Ródano, Po o Ebro (Figura 5).

Una vez verificada la fiabilidad de la simulación, se han analizado los resultados obtenidos para todo el siglo XXI. En primer lugar, se ha computado la tendencia estimada para la temperatura y la salinidad superficial entre los años 2000 y 2099. En ambos casos, se aprecia un incremento generalizado de los valores en toda la cuenca mediterránea durante el siglo XXI, en caso de cumplirse las emisiones de gases de efecto invernadero pronosticadas por el escenario A2. La temperatura superficial del mar Mediterráneo aumentaría 2,5 °C en promedio, pasando de 19,3 °C de temperatura media en 2000, a 21,8 °C en 2099.

Las tendencias de temperatura son positivas en toda la cuenca mediterránea, con valores siempre superiores a 0,02 °C/año (Figura 6). En concreto, la serie de temperaturas medias mensuales y anuales de 1960 a 2099 para el conjunto del mar Mediterráneo muestra un aumento constante, al tiempo que se evidencia una aceleración del proceso a partir del año 2000 (Figura 7).

En cuanto a la salinidad superficial, se observa también un aumento prácticamente generalizado en todo el dominio, vinculado al incremento de evaporación en toda la zona, siendo mayor cuanto más al este y más débil en el mar de Alborán (Figura 8).

Bajo la hipótesis del escenario A2, la salinidad del norte del Egeo aumentaría considerablemente, posiblemente ligado a un menor aporte de aguas más dulces del mar Negro durante ese periodo. Se ha particularizado el análisis de la temperatura y salinidad en el Mediterráneo a distintas profundidades (de 0 a 150 metros de profundidad, de 150 a 600 y de 600 hasta el fondo) y por zonas (golfo de León, mar Adriático, mar Egeo y cuenca levantina). A nivel general, se constata un mayor incremento de la temperatura en la capa superficial (Figura 9), mientras que el comportamiento de la salinidad es más dispar y depende de las regiones estudiadas.

Como ya se ha mencionado, las variaciones en temperatura y salinidad tienen efectos directos en la densidad del agua, que es el factor clave de la circulación termohalina. Por tanto, cualquier cambio de la temperatura o salinidad, y por consiguiente de la densidad, puede repercutir en la circulación termohalina. En la simulación analizada se ha observado que las aguas densas tienden a hundirse menos a lo largo del siglo XXI, en las zonas en las que tradicionalmente se produce dicha actividad. Este fenómeno puede, de este modo, modificar sustancialmente el patrón de circulación de las masas de agua, lo que generaría, por ejemplo, variaciones a escala local en el nivel del mar.

Los cambios de densidad se traducen también en el denominado efecto estérico, que se manifiesta en forma de contracción o dilatación de la columna de agua. De los resultados obtenidos en la simulación, se desprende que en el conjunto del Mediterráneo la columna de agua se contraería a lo largo del siglo XXI, pues la contracción debida al aumento de salinidad sobrepasaría la dilatación debida al aumento de temperatura. Sin embargo, a este hipotético descenso del nivel del mar debido exclusivamente a las variaciones de densidad, es preciso añadirle el efecto de la presión atmosférica (aunque con escaso impacto en términos relativos) y, especialmente, el incremento de masa derivado de la fusión de hielos continentales, un proceso sobre el que pesan muchas incertidumbres y que las últimas estimaciones sitúan entre +0,4 y +2,0 centímetros por década (IPCC, 2007). De este modo, computando el total de las contribuciones, las tendencias de nivel del mar Mediterráneo se situarían entre 0,0 y +1,6 centímetros por década de media, si se cumpliesen las proyecciones pesimistas del escenario de cambio climático A2, valores ligeramente inferiores a los estimados a nivel global por el IPCC (Figura 10). La figura 10 presenta los rangos estimados del aumento del nivel del mar por fusión de hielos (sombreado azul) y del aumento del nivel total del mar Mediterráneo (sombreado verde).

A la vanguardia europea en simulaciones climáticas

Si bien en los últimos años se ha avanzado sustancialmente en el conocimiento de la física del entorno marino, siguen existiendo aún algunos interrogantes al respecto. Por ello, las simulaciones climáticas constituyen una herramienta fundamental para profundizar en su estudio. En concreto, Puertos del Estado ha llevado a cabo en los últimos años diversos proyectos destinados a simular el clima del medio marino a nivel regional, centrando el estudio en las aguas mediterráneas.

Esta estrategia permite analizar los fenómenos locales que los modelos numéricos globales no pueden simular correctamente. Los resultados obtenidos para el mar Mediterráneo a lo largo del siglo XXI, bajo la hipótesis del escenario A2 de emisiones de gases de efecto invernadero, manifiestan ciertas diferencias en las estimaciones de las variables oceanográficas con respecto a las deducidas de los modelos globales, en particular las relativas al nivel del mar. Según los resultados presentados, el incremento del nivel del mar Mediterráneo sería inferior al estimado para el resto de océanos, dado que se amortiguaría parcialmente por la contracción del volumen de agua a nivel regional debido al aumento de salinidad. Este hecho reafirma la necesidad de realizar estudios específicos en zonas geográficas delimitadas, por medio de modelos numéricos de océano regionales, mediante los cuales se aumenta la resolución del área de estudio y se reproducen de forma más ajustada los fenómenos locales. No obstante, existen aún incertidumbres en la cuantificación de las variaciones, por lo que es conveniente extender el número de simulaciones y modelos empleados con el objetivo de reducir el rango de error.

En los últimos meses, Puertos del Estado ha iniciado nuevos proyectos prosiguiendo en esa línea. En el marco del convenio firmado entre Puertos del Estado y Aemet, se están realizando dos simulaciones con las que se pretende reproducir las condiciones climáticas del mar Mediterráneo y del resto de aguas que rodean la península ibérica desde 1961 hasta 2010. Asimismo, está previsto llevar a cabo simulaciones aplicando el escenario de cambio climático A1B, de 2000 a 2050. En paralelo, el proyecto Vanimedat-2, fruto de la colaboración de Puertos del Estado con el Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (Imedea) de Baleares e iniciado recientemente, tiene como objetivo ampliar el abanico de resultados con la realización de simulaciones complementarias de cambio climático para todo el siglo XXI. Estos experimentos permitirán generar una completa base de datos de alta resolución que abarcará los citados periodos y dominio geográfico, almacenando en ella las principales variables oceanográficas, con el fin de ofrecer productos útiles para que usuarios potenciales lleven a cabo estudios de índole más específica.

Con los proyectos llevados a cabo hasta la fecha y los que se encuentran en fase de ejecución en la actualidad, Puertos del Estado, en colaboración con Aemet e Imedea, se sitúa a la vanguardia en el campo de las simulaciones climáticas oceánicas en Europa.