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El cambio climático en la costa: de la ciencia de datos a la adaptación

22 de Septiembre de 2021
La ciencia de datos permite incorporar herramientas en el estudio del cambio climático en el clima marítimo 
El impulso de las vocaciones científicas y tecnológicas entre las más jóvenes necesita de referentes femeninos que sirvan como inspiración. Mujeres como Paula Camus y Cristina Izaguirre que desde la Asociación de Mujeres Investigadoras y Tecnólogas (AMIT) buscan contribuir a acabar con la brecha de género en cualquier ámbito de la sociedad. Así, nos acercan una de sus investigaciones sobre la importancia de evaluar los riesgos climáticos en la costa a través de la ciencia de datos, una de las disciplinas STEM con gran proyección futura. Una especialidad más a la que podrán vincularse en un futuro cercano nuestras jóvenes del programa educativo Aquae STEM.

Son ya numerosos los años que venimos asistiendo a eventos extremos climáticos con graves consecuencias sobre los sistemas naturales y socioeconómicos de todo el globo. En junio de 2021, la ola de calor en el oeste de Canadá y Estados Unidos dejo récord de temperaturas y decenas de muertos. Solo un mes después, las lluvias torrenciales de Europa dejaban numerosos muertos y desaparecidos en Alemania y Bélgica, además de cuantiosos destrozos y, casi al mismo tiempo, las lluvias extremas producían inundaciones y desprendimientos de laderas que se cobraban cientos de vidas en diferentes puntos de Asia como India, China, Pakistán, Irán, Nepal, Uzbekistán o Bangladesh.

Sabemos que los eventos extremos forman parte de la variabilidad natural del sistema climático, pero hoy en día, gracias a la ciencia, también sabemos que el cambio climático contribuye al aumento de la intensidad, la frecuencia y la duración de esos eventos.

Ciencia de datos: una herramienta de análisis del cambio climático 

El último informe del Panel Intergubernamental de Cambio Climático (IPCC de sus siglas en inglés) afirma que el cambio climático actual está provocado por la acción del hombre (IPCC 2021). El análisis de miles de datos climáticos de distinta índole y naturaleza lo pone de manifiesto, y los principales expertos y científicos a nivel mundial suscriben la afirmación.

Para llegar a esta conclusión, las bases de datos climáticos generadas mediante modelos numéricos capaces de simular la dinámica del sistema climático atmósfera-océano (modelos del clima) han resultado esenciales. Estos datos numéricos, complementados con los observados (medidas procedentes de instrumentos como, por ejemplo, las boyas o los satélites) han permitido la disponibilidad de información a alta resolución temporal (horas), con cobertura global y abarcando periodos de tiempo de décadas. Esta cantidad de datos ha permitido llevar a cabo el análisis de la variabilidad espacial y temporal del clima y su evolución en el largo plazo.

En lo que se refiere a las proyecciones de cambio climático, el planteamiento es distinto. La comunidad científica decidió desarrollar una serie de escenarios globales de cambio en base a hipotéticas emisiones de gases de efecto invernadero en el futuro y evoluciones de la sociedad.

Las proyecciones son la respuesta del sistema climático a esos escenarios hipotéticos, obtenidas a partir de modelos del clima. Estas proyecciones se llevan a cabo periódicamente (cada cinco años aproximadamente) de forma coordinada, contando con la participación de decenas de centros internacionales de modelización numérica del clima, cada uno de los cuales aporta su propio modelo (IPCC 2021). Con ellas se ha podido profundizar en el conocimiento de la evolución del clima en el futuro y son la principal fuente de información para llevar a cabo estudios de impacto del cambio climático.

La ciencia de datos permite incorporar herramientas en el estudio del cambio climático en el clima marítimo 

Estas bases de datos de proyecciones de cambio climático suponen grandes volúmenes de información que necesitan ser analizados con nuevas técnicas matemático-estadísticas para extraer conocimiento. Para su aplicación en la evaluación del impacto del cambio climático en la costa es necesario disponer de variables climáticas marinas, como la altura de ola o el nivel del mar asociado a eventos extremos, que no proporcionan directamente los modelos climáticos globales y requieren de técnicas de regionalización (estrategias de modelización) basadas en modelos numéricos y/o estadísticos para la simulación de estas a partir de forzamientos atmosféricos y cobertura de hielo marítimo.

En este sentido, la Ciencia de Datos, un reciente campo inter-multidisciplinar que aglutina métodos y técnicas matemáticas y estadísticas para analizar y ayudar en la interpretación de grandes volúmenes de datos y aprender de ellos, abre la posibilidad de incorporar estas herramientas en el estudio del cambio climático en el clima marítimo y en la evaluación del impacto en la costa.

Las variables climáticas del sector portuario

En los últimos años, hemos venido desarrollando métodos estadísticos basados en la minería de datos para obtener proyecciones del oleaje a lo largo del siglo XXI bajo distintos escenarios de cambio climático, modelos del clima y para distintas escalas espaciales: desde la costa española con gran detalle hasta la escala global, gracias a requerir un menor esfuerzo computacional. Estos resultados permiten identificar patrones regionales de cambio, porque, aunque el cambio climático afecta a todo el planeta globalmente, existen variaciones espaciales.

Sin embargo, la caracterización del oleaje no se limita solo a la altura de ola, ya que su periodo y dirección de procedencia también determinan la severidad de los impactos costeros. Aunque la altura de ola disminuya, un aumento del periodo puede producir mayor alcance de la lámina de agua en costa durante eventos de inundación, y un giro del oleaje puede producir un cambio en el transporte litoral de sedimentos, con la consiguiente modificación de la línea de costa y erosión. Combinando el cambio de estas tres variables, se pudo observar que casi el 50% de las costas del mundo están en riesgo debido a cambios en el oleaje.

No hay que perder de vista que el oleaje no es el único factor climático que puede generar impactos en la costa. El viento, los huracanes o la precipitación son otras variables climáticas que pueden ser importantes dependiendo de la zona de estudio y el sistema a evaluar. Por ejemplo, el análisis del impacto de cambio climático sobre ecosistemas tan valiosos como los corales requiere considerar variables como la temperatura del agua, la acidificación, el oleaje o el aumento del nivel del mar.

La ciencia de datos permite incorporar herramientas en el estudio del cambio climático en el clima marítimo

Por tanto, en la evaluación de los impactos costeros se deben tener en cuenta múltiples factores climáticos, lo que implica la combinación de diversas bases de datos. Además, en el contexto del cambio climático, los impactos costeros potenciales, tales como la inundación, la erosión, la intrusión salina o el rebase sobre estructuras, junto con las políticas de gestión y adaptación al cambio climático dan lugar a diferentes riesgos, con consecuencias adversas que afectan a la población y los bienes socioeconómicos, así como a los ecosistemas y las especies.

Los riesgos son el resultado de las interacciones dinámicas entre los cambios en el clima descritos previamente y la exposición y vulnerabilidad de los sistemas humanos o ecológicos afectados por esos cambios. Al igual que la peligrosidad, la exposición y la vulnerabilidad pueden variar en el tiempo y el espacio debido a los cambios socioeconómicos y a la toma de medidas de adaptación y mitigación, por lo que aumenta el volumen de información a combinar y analizar. La Ciencia de Datos también puede facilitar la evaluación del riesgo del cambio climático en la costa.

Una aplicación de la Ciencia de Datos relevante para el sector portuario global y para el estado del arte ha sido la evaluación del riesgo de cambio climático sobre las operaciones en los puertos costeros más importantes del mundo, como piezas clave en la red del comercio internacional (Izaguirre et al. 2021).

Se han considerado diversos indicadores de impactos que permiten cuantificar el tiempo que dura la parada en la operación debido al efecto de fuertes vientos que dificultan las maniobras de carga y descarga, altas temperaturas que impiden trabajar a los operarios, intensas precipitaciones que reducen la visibilidad, agitación debido al oleaje que imposibilita las maniobras de aproximación de los barcos, aumento del nivel del mar que produce rebase sobre los diques e inunda los muelles e impactos de huracanes en zonas tropicales. Estos indicadores, junto con información acerca de la configuración de los puertos (exposición), su capacidad tecnológica a través de los servicios disponibles y la capacidad de recuperación y resiliencia (vulnerabilidad) han sido evaluados utilizando técnicas de minería de datos, para poder sintetizar todo este volumen de información.

Todas estas técnicas posibilitan la extracción de una serie de grupos que en su distribución espacial definen una serie de patrones regionales con determinado nivel de riesgo. A su vez, estas técnicas permiten identificar los factores climáticos más importantes que caracterizan cada uno de los patrones identificados. La evaluación del riesgo se ha realizado tanto para el clima presente como futuro para poder resaltar el efecto del cambio climático si no se toma ninguna medida de adaptación. Este tipo de estudios a escala global suponen un valor de referencia para la toma de decisiones y la idoneidad de realizar estudios de mucho más detalle que permitan plantear medidas de adaptación.

En la era del desarrollo tecnológico y el intercambio de información, como hemos visto, la Ciencia de Datos puede contribuir a aportar luz a un problema tan acuciante como es el impacto y el riesgo del cambio climático en la costa. La información procesada a partir del análisis de grandes cantidades de datos mediante técnicas numéricas y matemático-estadísticas supone una valiosa herramienta para que los gestores y políticos puedan tomar decisiones efectivas para hacer frente al cambio climático basadas en el conocimiento científico más avanzado.


Referencias:

IPCC, 2021: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J. B. R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press. In Press.

Izaguirre, C., Losada, I.J., Camus, P., Vigh, J.L., Stenek, V. (2021). Climate change risk to global port operations. Nature Climate Change, 11 (1), pp. 14-20.

ACERCA DEL AUTOR

Paula Camus y Cristina Izaguirre
Cristina Izaguirre es investigadora en la división de Geoscience, Energy and Maritime de la Comunidad del Pacifico (Fiji). Su trabajo se centra en evaluar los efectos del cambio climático sobre las islas y atolones coralinos del Pacifico y su impacto sobre los territorios y fronteras marítimas de los países insulares, proporcionando así asistencia técnica y científica a los países de la región. Paula Camus es investigadora en el Centro Nacional Oceanográfico (NOC) de la Universidad de Southampton (Reino Unido). Sus líneas de investigación se centran en el desarrollo de metodologías basadas en técnicas matemático-estadísticas y numéricas para la generación de bases de datos históricos y proyecciones de cambio climático, y para la evaluación de impactos y riesgos del cambio climático. En la actualidad, sus estudios se centran en la inundación costera producida por eventos compuestos.