Un prolongado periodo de calor húmedo, seguido de intensas tormentas eléctricas, es un patrón meteorológico que históricamente se ha observado principalmente en regiones tropicales. Sin embargo, el cambio climático está haciendo que las olas de calor húmedo y las tormentas extremas sean cada vez más comunes en zonas tradicionalmente templadas, como el medio oeste de los Estados Unidos, donde se han registrado episodios inusuales de altas temperaturas y humedad en los últimos veranos.
Científicos del MIT han identificado una condición clave en la atmósfera que determina cuán calurosa y húmeda puede llegar a ser una región de media latitud y qué tan intensas pueden volverse las tormentas relacionadas. Los resultados podrían ayudar a los climatólogos a evaluar el riesgo de olas de calor húmedo y tormentas extremas a medida que el mundo sigue calentándose.
Investigación sobre Inversiones Atmosféricas
En un estudio publicado recientemente en la revista Science Advances, el equipo del MIT informa que la máxima intensidad de calor húmedo y tormentas en una región está limitada por la fuerza de una “inversión atmosférica”, un fenómeno meteorológico donde una capa de aire cálido se asienta sobre aire más frío.
Las inversiones son conocidas por actuar como una manta atmosférica que atrapa contaminantes a nivel del suelo. Ahora, los investigadores del MIT han descubierto que estas inversiones también atrapan y acumulan calor y humedad en la superficie, especialmente en regiones de media latitud. Cuanto más persistente sea una inversión, más calor y humedad puede acumularse en la superficie, lo que puede llevar a olas de calor húmedo más opresivas y duraderas.
Efectos del Cambio Climático
Cuando finalmente se debilita una inversión, la energía térmica acumulada se libera como convección, lo que puede agitar el aire caliente y húmedo en intensas tormentas eléctricas y fuertes lluvias. Este efecto es especialmente relevante para las regiones de media latitud, donde las inversiones atmosféricas son comunes. En Estados Unidos, áreas al este de las Montañas Rocosas suelen experimentar este tipo de inversiones.
A medida que el cambio climático calienta aún más la atmósfera, los investigadores sospechan que estas inversiones podrían volverse más persistentes y difíciles de romper. Esto podría traducirse en olas de calor húmedo más frecuentes y tormentas más intensas para lugares no acostumbrados a tales fenómenos climáticos extremos.
“Nuestro análisis muestra que las regiones del este y medio oeste de EE.UU., así como algunas áreas del este asiático, podrían convertirse en nuevos puntos críticos para el calor húmedo en el futuro”, afirma Funing Li, autor del estudio y postdoctorado en el Departamento de Ciencias Terrestres, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT.
Dinamismo del Aire
La atmósfera generalmente se enfría con la altitud. En estas condiciones típicas, cuando una ola de calor atraviesa una región, calienta el aire cerca del suelo. Dado que el aire caliente es más ligero que el aire frío, eventualmente ascenderá, similar a un globo aerostático, provocando que el aire frío descienda. Este movimiento ascendente y descendente genera convección, como burbujas en agua hirviendo. Cuando el aire caliente alcanza altitudes más frías, se condensa en gotas que caen como lluvia durante una tormenta eléctrica.
Para su nuevo estudio, Li y Tamarin-Brodsky se preguntaron: ¿Qué se necesita para hacer que el aire en la superficie convecte y finalmente termine con una ola de calor? Es decir: ¿qué establece el límite para cuán caliente puede llegar a ser una región antes de que el aire comience a convectar y eventualmente llueva?
Límite Energético
El equipo abordó esta cuestión desde un enfoque energético. El calor es energía que puede considerarse en dos formas: la energía proveniente del calor seco (es decir, temperatura) y la energía derivada del calor latente o húmedo. Los científicos razonaron que para un determinado “parcel” o porción de aire existe una cantidad específica de humedad que, al condensarse, contribuye a la energía total de ese parcel aéreo. Dependiendo de cuánta energía tenga dicho parcel aéreo, podría comenzar a convectar, ascender y eventualmente llover.
A medida que avanzaban en su análisis, los investigadores descubrieron que la cantidad máxima de energía húmeda —el nivel más alto de calor y humedad— está determinada por la presencia y fortaleza de una inversión atmosférica. En situaciones donde hay capas atmosféricas invertidas (cuando una capa de aire cálido o ligero se asienta sobre aire frío o pesado cerca del suelo), el aire debe acumular más calor y humedad para generar suficiente energía antes de poder elevarse y romper dicha capa inversa.
Persistencia e Implicaciones Futuras
"Esta creciente inversión tiene dos efectos: olas severas de calor húmedo más frecuentes y menos pero más extremas tormentas convectivas", señala Tamarin-Brodsky. Las inversiones atmosféricas pueden formarse por diversas razones; por ejemplo, durante la noche cuando la superficie calentada durante el día enfría al irradiar calor hacia el espacio.
"Las Grandes Llanuras y el Medio Oeste han tenido muchas inversiones históricamente debido a las Montañas Rocosas", explica Li. "Las montañas actúan como una fuente eficiente de calor elevado". A medida que avanza hacia un clima futuro para estas regiones, pueden experimentar tanto tormentas severas como olas extremas de calor húmedo.
Esta investigación forma parte del Desafío Climático Global del MIT sobre Climas Extremos. El apoyo fue proporcionado por Schmidt Sciences.
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