Se están detectando fuertes anomalías de frío en la estratosfera sobre el hemisferio sur como consecuencia del vapor de agua proveniente de la erupción del volcán Hunga Tonga ocurrida en enero. Un enfriamiento de esta escala no se ha observado en los registros satelitales modernos, por lo que este es un evento significativo.

Ahora bien, ¿cómo este enfriamiento puede afectar a este lado del planeta en el próximo invierno de 2022/2023?

Agua en la atmósfera

El volcán submarino Hunga Tonga en el Pacífico Sur entró en erupción violentamente el 15 de enero de 2022. Tonga produjo una columna volcánica masiva que llegó a alcanzar los 58 km, tocando la mesosfera. En las siguientes imágenes satelitales infrarrojas de la erupción se puede ver la nube más cálida (verde-amarilla) en la estratosfera y la nube más fría (negra-blanca) en la troposfera.

La erupción inyectó gases volcánicos (azufre) en la estratosfera y una gran cantidad de agua en forma de vapor. El volumen de agua del penacho era muy elevado porque el volcán es "submarino" haciendo erupción fuera del océano. La erupción fue lo suficientemente fuerte como para enviar ondas de choque alrededor de todo el planeta varias veces.

El azufre tiene un efecto de enfriamiento global si se expulsa a la estratosfera en grandes cantidades. Un ejemplo bien conocido es la erupción del Pinatubo en 1991, que expulsó una gran cantidad de azufre a la estratosfera, enfriando las temperaturas de la Tierra durante los años siguientes. Al igual que el azufre, el vapor de agua enfría la estratosfera al reflejar la radiación solar entrante. 

¿Cuánta agua se inyectó en la estratosfera? En base a observaciones y mediciones se estima que la cantidad normal de agua en la estratosfera es de alrededor de 1.560 teragramos, pero después de la erupción de Hunga Tonga, la cantidad total de agua aumentó a más de 1.700 teragramos, lo que representa un aumento del 10% en el contenido total de vapor de agua estratosférico. Esta es una gran cantidad para provenir de un único evento. El vapor de agua se inyectó en la estratosfera superior, pero la mayor concentración se encuentra entre los 20 y 30 km.

Asimismo, en el análisis de la NASA de la anomalía del vapor de agua a un nivel de presión de alrededor de 26 hPa (25 km) se puede ver el aumento significativo después de la erupción, extendiéndose por el hemisferio sur y por el hemisferio norte.

Este hecho se comprueba en el gráfico de medias zonales elaborado a partir de los datos del sondeador MLS-AURA proporcionados por la NASA, en el que se muestra el contenido de vapor de agua en la estratosfera inferior a media, el 23 de agosto, observándose la nube de vapor de agua que se adentra profundamente en el hemisferio sur y también en el hemisferio norte.

Por tanto, como consecuencia de la erupción, una gran "nube" de vapor de agua rodea el globo en la estratosfera.

Enfriamiento estratosférico

El vapor de agua es muy potente para enfriar la estratosfera ya que desvía la radiación solar entrante, manteniendo las temperaturas más bajas. En los mapas de anomalía de temperatura de la estratosfera media del reanálisis del Laboratorio de Ciencias Físicas de la NOAA, se observa que en mayo de 2022 (izquierda) el cinturón más fuerte de anomalías frías estaba alrededor de los 30º de latitud sur, mientras que en julio (derecha) el enfriamiento es más fuerte, con las anomalías frías desplazadas hacia el polo sur. Estas anomalías de julio fueron sustanciales, alcanzando más de 10 grados por debajo de lo normal, extendiéndose como un cinturón alrededor de todo el hemisferio sur.

El gráfico de temperatura de la estratosfera media de la NOAA también muestra este enfriamiento inusual, alcanzándose temperaturas inferiores a las mínimas en los registros de los últimos 40 años.

Último análisis y pronóstico

El último análisis muestra las anomalías de enfriamiento que se conectan hasta las regiones polares. Es decir, que la mayor parte de la estratosfera sur está más fría de lo normal. Este es un resultado esperado después de una inyección tan fuerte de vapor de agua directamente en la estratosfera.

También se observa en el último análisis vertical. La mayor parte de la estratosfera sur está más fría de lo normal, desde las partes más bajas hasta la estratosfera media y alta. Entrando en septiembre, las anomalías frías continuarán sobre la estratosfera sur. A medida que el vórtice polar comience a debilitarse y regrese el calentamiento estacional, será interesante monitorear el progreso y los efectos del vapor de agua restante.

En el pronóstico de anomalías verticales para septiembre se pueden ver anomalías frías estables. Es probable que esto continúe durante varias semanas, ya que el efecto de enfriamiento persistirá mientras la concentración de vapor de agua sea lo suficientemente alta.

Influencia en el clima estacional

La cuestión es saber cómo afectará esto al clima global, especialmente (si es que lo hace) en el próximo invierno de 2022/2023.

Para este propósito, se ha elaborado un índice de anomalía de temperatura de julio a septiembre que cubre la estratosfera sobre las latitudes medias del hemisferio sur.

Se ha comparado este índice cambiante de un año a otro con los patrones cambiantes de temperatura y presión durante la temporada de invierno en el hemisferio norte realizando una correlación lineal, que simplemente compara los dos parámetros, revelando cualquier conexión potencial.

Hay que destacar que una correlación no significa causa y efecto directos, ya que puede haber otra señal de fondo que puede causar el mismo patrón de anomalía de presión. Se necesita más investigación para confirmar la respuesta del clima de enfriamiento estratosférico.

No obstante, se puede buscar un vínculo lineal simple entre el enfriamiento estratosférico y el clima invernal.

En la siguiente imagen se muestra que una respuesta al enfriamiento de la estratosfera sur sería un patrón de presión negativa de la NAO. NAO significa Oscilación del Atlántico Norte y describe el patrón de presión que afecta a América del Norte y Europa.

Un patrón NAO negativo significa una mayor presión sobre el Atlántico norte y Groenlandia y una menor presión hacia el sur. La siguiente imagen muestra el patrón de temperatura de una temporada de invierno NAO negativa, en la que se pueden ver temperaturas más frías en la mitad norte y este de los Estados Unidos y Europa.

Así, analizando las temporadas de invierno que siguen a años anormalmente fríos en la estratosfera del hemisferio sur, podemos ver un gran ejemplo de un patrón NAO negativo. Presión alta sobre Groenlandia y presión más baja sobre la mitad del Atlántico norte.

Por supuesto, debemos destacar que esto no significa que el enfriamiento estratosférico sea responsable de estos patrones. Cada año tiene otras influencias mucho más directas. Pero hay una pista o un patrón estadístico entre la estratosfera sur y la temporada de invierno del norte.

Estratosfera en la temporada de invierno

Un área de vinculación podría ser la misma estratosfera. Volviendo a mirar los mismos años, podemos ver que el patrón de presión correspondiente en la estratosfera norte muestra un vórtice polar más débil. Las anomalías de presión positivas (izquierda) en la estratosfera pueden indicar una circulación polar más débil.

Además, al observar las temperaturas invernales de la estratosfera norte (derecha), vemos anomalías de temperatura cálida en la estratosfera en estas estaciones invernales. Esto indica una circulación estratosférica más débil, lo que también puede significar un patrón de corriente en chorro más interrumpido a continuación.

Un vórtice polar fuerte generalmente significa una circulación polar fuerte. Esto generalmente bloquea el aire más frío en las regiones polares, creando condiciones más suaves para la mayor parte de los Estados Unidos y Europa.

Por el contrario, un vórtice polar débil puede crear un patrón de corriente en chorro débil. Como resultado, le resulta más difícil contener el aire frío, que puede escapar de las regiones polares hacia los Estados Unidos y/o Europa. Imagen de NOAA.

Los eventos de vórtice polar débil generalmente resultan de eventos de calentamiento estratosférico. Estos eventos pueden colapsar la circulación polar estratosférica, modificando en gran medida los patrones climáticos debajo y creando un patrón NAO negativo.

Obtenemos una imagen interesante si combinamos todos los eventos de calentamiento estratosférico y observamos el clima de 0 a 30 días después de los eventos de calentamiento estratosférico.

A continuación, se muestra la anomalía de presión (izquierda) promedio después de un evento de calentamiento estratosférico (SSW). Corresponde a un patrón NAO negativo. Este es un patrón de circulación muy interrumpido que ayuda a crear un camino libre para que el aire polar más frío salga de las regiones polares.

La temperatura promedio (derecha) correspondiente de 0 a 30 días después de un evento SSW muestra que la mayor parte de los Estados Unidos tienen una tendencia más fría de lo normal, al igual que Europa. (Nota: esta es una imagen promedio de muchos eventos SSW. Cada evento de calentamiento estratosférico individual es diferente y no significa automáticamente un patrón de invierno fuerte).

En cuanto a las nevadas, podemos ver nevadas por encima del promedio en gran parte del este de los Estados Unidos y también en Europa. Esta es una respuesta esperada, ya que normalmente, después de un gran calentamiento estratosférico, el aire más frío tiene un camino más fácil hacia el sur y hacia estas regiones.

Resumen

La erupción de enero de Hunga Tonga en el Pacífico Sur ha inyectado una gran cantidad de vapor de agua en la estratosfera. Ese vapor de agua ahora está causando un enfriamiento significativo de la estratosfera sur.

Observando los datos históricos descubrimos que hay una débil indicación de que el enfriamiento de la estratosfera sur coincide con eventos de calentamiento estratosférico posteriores en el hemisferio norte. Sin embargo, se necesita mucha más investigación, ya que pueden estar en juego otras señales de fondo.

El calentamiento estratosférico durante el invierno del hemisferio norte puede significar una fuerte interrupción de la circulación zonal. Esto provoca cambios de presión y puede liberar aire frío del Ártico hacia los Estados Unidos y Europa.

Tiene sentido que los cambios en la estratosfera en el lado sur del planeta también afecten al hemisferio norte. Como el enfriamiento en el hemisferio sur es sustancial, el próximo invierno será una gran "prueba de laboratorio" de la vida real de los posibles cambios climáticos globales.

Autor: Andrej Flis

Publicado en Severe Weather Europe el 29 de agosto de 2022

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