Sigo con la serie de breves basados en las investigaciones del Dr. Ole Humlum[1], recientemente presentadas. Este que leen es el sexto[2] y último. Y no es tan breve, pues el análisis de las nubes no suele ser presentado con frecuencia y hay que hacerlo. Voy a comentar lo que ha presentado el Dr. Humlum en relación con la cubierta nubosa y su importancia en el clima.
Empecemos por lo esencial: ¿Qué son las nubes? Son masas visibles de gotas condensadas o de cristales congelados flotando en la atmósfera sobre la superficie de la Tierra. La sustancia condensante es generalmente vapor de agua, que forma pequeñas gotas o cristales de hielo de 0,01 mm de diámetro. Cuando se agrupan miles de millones de gotas o cristales, se hacen visibles como nubes.
Éstas se forman cuando se alcanza el punto de rocío del agua en presencia de núcleos de condensación[3] en la troposfera[4]. Las nubes densas tienen una alta reflectancia (del 70% al 95%) en todo el rango visible de longitudes de onda: por eso parecen blancas cuando se ven desde arriba[5]. Las gotas de la nube tienden a dispersar la luz y eso hace que la intensidad de la radiación solar disminuya con la profundidad en la nube.
La función de las nubes en el clima es extraordinariamente importante. Si todas las nubes desaparecieran de repente, la Tierra ganaría aproximadamente 17 W/m2 de radiación solar, con el calentamiento consiguiente[6]. En el periodo 1982-2019 se observó una disminución de la cobertura nubosa del 64 % al 61 %. Esto implicó que la Tierra recibió una radiación solar significativamente superior, cosa que podría ser la principal explicación del aumento observado de temperatura, unos 0,7°C, durante este periodo.
Quizá el colorido gráfico al pie les ayude en la comprensión del fenómeno. Explica la relación entre las nubes altas y bajas y sus consecuencias sobre la radiación incidente y la reflejada.
Las nubes bajas tienden a tener un efecto neto de enfriamiento sobre el clima global, porque suelen ser densas y reflejan gran parte de la radiación de onda corta entrante (nubes a la derecha del gráfico). Además, debido a su baja altitud y a la resultante elevada temperatura, emiten grandes cantidades de radiación de onda larga hacia el espacio y niveles superiores de la atmósfera. Por el contrario, las nubes altas (a la izquierda) tienden a tener un efecto neto de calentamiento, pues, debido a su gran altitud y a la baja temperatura resultante, emiten poca radiación de onda larga hacia el espacio. Además, suelen ser finas y reflejan poco de la radiación de onda corta entrante.
Dicho de otra forma, la capa de nubes desempeña un papel importante en la regulación de la cantidad de energía que llega a la Tierra desde el Sol, así como de la cantidad de energía que la Tierra refleja y emite de vuelta al espacio. Al mismo tiempo, las nubes atrapan el calor que irradia la superficie terrestre, impidiendo que la energía escape al espacio[7]. Los cambios en la cobertura de nubes modifican el equilibrio del balance energético de la Tierra, permitiendo que llegue más energía a la Tierra o que se escape más energía al espacio de la que tiene lugar ahora. Cualquier cambio de este tipo altera la temperatura del aire y los patrones meteorológicos.
Hemos mencionado dos de los elementos que más intervienen en las variaciones de temperatura de la atmósfera terrestre. Uno es el vapor de agua. El otro, las radiaciones cósmicas. Hablemos del primero.
El vapor de agua es el gas de efecto invernadero más importante[8]. Es interesante señalar que el calentamiento global registrado desde 1978 aparentemente terminó en 1998[9], a la par con la disminución escalonada del contenido de vapor de agua atmosférico.
Veamos dos gráficos conjuntos que resultan de interés, referidos a la cobertura nubosa global y a la temperatura del aire en la baja troposfera[10]. El panel superior muestra la capa de nubes entre 1980 y 2020[11]. En el panel inferior se aprecian las anomalías de las temperaturas globales desde 1979, según la Universidad de Alabama en Huntsville[12], EE. UU. Las medias móviles simples son de 37 meses, referidas al período 1991/2020[13].
Se patentiza una fuerte correlación inversa entre capa de nubes y temperatura de la atmósfera. A mayor densidad nubosa, menor temperatura.
Al hablar de nubes es necesario hacerlo también del albedo. El albedo de las nubes es una medida de su reflectividad. A mayor albedo, más reflejan las nubes la radiación solar incidente. Sus márgenes varían entre algo menos del 10% hasta casi el 95% ya mencionado, dependiendo del tamaño de las gotas, el contenido de agua (según se halle en estado líquido o en forma de hielo), el grosor de la nube y el ángulo del sol en el cenit. En general, cuanto más pequeñas son las gotas y mayor es el contenido de agua, mayor es el albedo.
El albedo general de la Tierra es del 30%, lo que significa que aproximadamente el 30% de la radiación de onda corta procedente del Sol es reflejada de vuelta al espacio.
Veamos ahora un diagrama de dispersión que muestra la cobertura global mensual total de nubes frente a la temperatura global mensual del aire superficial, desde julio de 1983 hasta diciembre de 2009. Altos valores de la cobertura nubosa global se asocian con bajas temperaturas globales, demostrando el efecto de enfriamiento de las nubes. A través de un modelo de ajuste lineal sencillo se aprecia que un aumento del 1% en la cobertura global de nubes se corresponde con una disminución global de la temperatura de unos 0,07 °C. Desde un punto de vista estadístico simple, este modelo explica aproximadamente el 28% de la dispersión observada de la temperatura del aire superficial en el diagrama. La temperatura global del aire superficial se calculó añadiendo 15˚ C[14] a los datos de anomalías de temperatura de HadCRUT3[15]. La asociación entre nubes bajas y temperaturas globales es similar, como se puede ver[16]. Las fuentes de los datos están aquí[17].
Las variaciones en la radiación solar están reconocidas como un factor fundamental en el sistema climático. Pueden influir directa o indirectamente en la cantidad de nubes. De hecho, se cree que la principal causa de los intervalos fríos durante la Pequeña Edad de Hielo (1300-1850) fue la reducción de la radiación solar[18]. Este era el segundo factor relevante de entre los mencionados antes. Si el primero era el vapor de agua, el segundo es el flujo de rayos cósmicos, que varía inversamente con el ciclo solar[19]. Svensmark y Christensen sugieren que los rayos cósmicos estimulan la formación de nubes bajas, que explican variaciones del orden del 3% en la cobertura nubosa total durante el ciclo solar. Un 3% de cambio en la capa de nubes se corresponde con un cambio radiativo neto de unos 0,5 W/m[20]. Puesto que las nubes tienen un efecto de enfriamiento neto en la atmósfera, esto implicaría[21] que la reducción de rayos cósmicos incidentes en la Tierra durante el Siglo XX[22] podría haber sido responsable de una parte notable del calentamiento registrado[23].
Esta hipótesis ha sido criticada en 2002 y 2004[24], pero en 2007, el experimento SKY ha demostrado que los rayos cósmicos sí producen núcleos de condensación de nubes[25].
La hipótesis final comprensiva es que los rayos cósmicos contribuyen notablemente al balance nuboso: a más rayos cósmicos más nubes bajas y menor temperatura. Los ciclos solares contribuyen a incrementar las emisiones de energía solar, que bloquean la entrada de rayos cósmicos, reducen las nubes y aumentan la temperatura. Voilá.
[1] El lector puede verificarlo en https://www.climate4you.com/, cuyo CV y publicaciones pueden ser consultados aquí https://www.mn.uio.no/geo/english/people/emeriti/olehum/index.html
[2] El primero, referido a las temperaturas de los últimos 10 años, se puede encontrar aquí https://joseramonferrandis.es/datos-de-interes-i/. El segundo, que habla de la extensión nevada en el hemisferio norte durante los últimos 50 años, aquí https://joseramonferrandis.es/datos-de-interes-ii/ El tercero, sobre precipitaciones, se puede ver aquí https://joseramonferrandis.es/datos-de-interes-iii/ El cuarto, dedicado al hielo marino, está aquí https://joseramonferrandis.es/datos-de-interes-iv/ El quinto, referido al nivel del mar, es éste https://joseramonferrandis.es/datos-de-interes-v/
[3] Los núcleos de condensación de la nube, o NCN, son pequeñas partículas sólidas o líquidas (de unos 0,0002 mm de diámetro) alrededor de las cuales se agrupan las gotas de la nube. El agua necesita una superficie no gaseosa para pasar de vapor a líquido. Si no hay NCN presentes, el vapor de agua puede superenfriarse por debajo de 0°C antes de que se formen gotas espontáneamente. Existen muchos tipos diferentes de partículas atmosféricas que pueden actuar como NCN: polvo, arcilla, hollín, carbono negro/hollín procedente de incendios forestales u otros, sal marina (de las olas), sulfato procedente de actividad volcánica, fitoplancton o núcleos formados por radiación cósmica.
[4] La troposfera son los 10-15 km de la atmósfera más próximos a la superficie terrestre.
[5] Dependiendo del grosor de la nube y de la densidad de las gotas de agua, las nubes pueden parecer grises u oscuras cuando se ven desde abajo.
[6] Si se retiraran todas las nubes, el albedo global se reduciría en torno a un 15%, y el monto de energía de onda corta disponible para calentar el planeta aumentaría de 239 W/m2 hasta 288 W/m2 (Hartmann 1994). Por otro lado, la radiación de onda larga emitida por la Tierra al espacio llegaría a los 266 W/m2, en lugar de los actuales 234 W/m2 (Hartmann 1994). El efeto neto de retirar las nubes sería un incremento de radiación de unos 17 W/m2. Consecuentemente, la cubierta global de nubes tiene un claro efecto de enfriamiento del planeta, como las observaciones han demostrado.
[7] Eso permite la vida en la Tierra, que si no, estaría a – 17˚ C.
[8] He tratado el asunto varias veces en este blog, pero la información más completa se encuentra aquí https://www.unioneditorial.net/crimen-de-estado-id-uel000707
[9] Los más cafeteros recordarán “La Pausa”, ese período de 18 años (1998/2016) en el que no se registró calentamiento alguno en la atmósfera, a pesar de que el CO2 crecía exactamente al mismo ritmo.
[10] O sea, pegado a la tierra.
[11] Satellite Application Facility on Climate Monitoring
[12] https://www.uah.edu/science/departments/atmospheric-earth-science
[13] Para acceder a los datos sobre las nubes, aquí: Climate Explorer > Cloud Cover > EUMETSAT CM-SAF 0.26o cloud fraction. Para la UAH, aquí.
[14] Nadie conoce la temperatura real del aire superficial de la Tierra, pero esto presumiblemente representa una aproximación útil. Se redondea para facilitar el tratamiento.
[15] HadCRUT3 por Hadley Centre y la Climate Research Unit de la Universidad East Anglia. HadCRUT3 es un conjunto de datos históricos globales de anomalías de la temperatura superficial. Combina registros de la atmósfera terrestre y la superficie marina desde enero de 1850. Fue desarrollado por esos dos organismos y la Oficina Meteorológica del Reino Unido. https://www.metoffice.gov.uk/hadobs/hadcrut3/
[16] https://www.climate4you.com/ClimateAndClouds.htm#LowCloudCoverVersusGlobalSurfaceTemperature
[17] The International Satellite Cloud Climatology Project and University of East Anglia‘s Climatic Research Unit
[18] Lean and Rind 1998; Shindell et al. 2001
[19] Svensmark and Friis-Christensen (1997)
[20]Que se pueden comparar con las estimaciones del informe de evaluación IPCC 2007 de 1,6 W/m2 de efecto agregado de las variables del clima entre 1750 y 2006, incluido el CO2 generado por la quema de hidrocarburos.
[23] Desde 1983, la cubierta de nubes bajas se ha reducido (ver aquí) del 29% al 25%. La de nubes altas es parecida (aquí).
