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Se tiene un nivel de confianza considerable en cuanto al hecho de que los modelos climáticos proporcionan estimaciones cuantitativas creíbles sobre los cambios climáticos futuros, en particular, a escala continental y más allá de ésta. Esta confianza se deriva del hecho de que los modelos se basan en principios físicos aceptados y tienen la capacidad de reproducir las características observadas del clima actual y de cambios climáticos del pasado. La confianza que se tiene en las estimaciones de los modelos es mayor para algunas variables climáticas (por ejemplo: la temperatura) que para otras (por ejemplo: las precipitaciones). En el transcurso de varios decenios de desarrollo, los modelos han brindado sistemáticamente una idea clara e inequívoca del calentamiento significativo del clima como respuesta al incremento de los gases de efecto invernadero.
Los modelos climáticos son representaciones matemáticas del sistema climático, expresados como códigos de computación y ejecutados en poderosas computadoras. Una primera razón para tener confianza en los modelos se deriva del hecho de que los principios fundamentales de estos tienen en cuenta leyes físicas establecidas, a saber: la conservación de la masa, la energía y la fuerza, de conjunto con abundantes observaciones.
PF 8.1, Figura 1. Temperaturas medias mundiales de las zonas cercanas a la superficie durante el siglo 20 basado en las observaciones (negro) y según datos obtenidos a partir de 58 simulaciones realizadas mediante 14 modelos climáticos diferentes, motivados por factores naturales y humanos que influyeron en el clima (amarillo). Se muestra también la tendencia media (línea roja gruesa). Las anomalías de la temperatura se muestran en relación con la media entre 1901 y 1950. Las líneas grises verticales indican el momento en que tuvieron lugar las principales erupciones volcánicas (Figura adaptada del Capítulo 9, Figura 9.5; para más detalles remítase al título correspondiente.)
Una segunda razón para tener confianza en los modelos se basa en la capacidad de estos para simular aspectos importantes del clima actual. Los modelos son evaluados de manera constante y amplia, comparando las simulaciones de estos con las observaciones de la atmósfera, el océano, la criosfera y la superficie terrestre. Durante el último decenio han tenido lugar niveles de evaluación sin precedentes mediante ‘intercomparaciones’ organizadas de modelos múltiples. Los modelos han mostrado una capacidad importante y cada vez mayor para representar muchas características importantes del clima medio, tales como la distribución en gran escala de la temperatura atmosférica, de la precipitación, las radiaciones y los vientos; así como la distribución de las temperaturas oceánicas, las corrientes y las capas de hielo sobre el mar. Los modelos pueden simular también aspectos esenciales de muchos de los patrones de la variabilidad del clima observada en todo un rango de escalas de tiempo. Algunos ejemplos de ello son el avance y retirada de los principales sistemas de monzones, los cambios estacionales de temperatura, las trayectorias de las tormentas y las franjas de lluvias, así como la variación a escala hemisférica de las presiones extra-tropicales de la superficie (‘modos anulares’ septentrionales y meridionales). Algunos modelos climáticos o variantes estrechamente vinculadas a ellos, han sido sometidos también a prueba, utilizándolos para realizar pronósticos climatológicos y estacionales. Estos modelos han demostrado la capacidad para realizar tales pronósticos, demostrando que pueden representar características importantes de la circulación general en escalas de tiempo más breves, así como aspectos de la variabilidad estacional e interanual. La capacidad de los modelos para representar estas y otras características importantes del clima hacen mayor nuestra confianza en que ellos representan los procesos físicos esenciales que son de importancia para la simulación de los cambios climáticos futuros. (Obsérvese que las limitaciones en cuanto a la capacidad de los modelos climáticos para hacer pronósticos de tiempo más allá de unos días no limitan su capacidad para pronosticar cambios climáticos a largo plazo, puesto que estos son diferentes tipos de pronósticos: véase PF 1.2.)
Una tercera razón para tener confianza en los modelos se deriva de la capacidad de estos para reproducir características de climas y cambios climáticos del pasado. Se han utilizado modelos para simular climas de la antigüedad, tales como a mediados del período holoceno cálido de hace 6000 años o el último máximo glaciar de hace 21000 años (véase Capítulo 6). Los modelos pueden reproducir muchas características (permitiendo cierto nivel de incertidumbre en cuanto a la reproducción de climas del pasado), tales como la magnitud y el patrón de una amplia escala del enfriamiento de los océanos durante el último período glacial. Los modelos pueden simular también muchos aspectos observados del cambio climático en los registros instrumentales. Un ejemplo de ello es que, con una gran destreza, se puede colocar en un modelo la tendencia de la temperatura mundial durante el siglo pasado (véase Figura 1), cuando se incluyen tanto los factores humanos como los naturales que influyeron en el clima. Los modelos pueden reproducir también otros cambios observados, tales como el aumento más rápido de la temperatura durante la noche que durante el día, un mayor grado de calentamiento en el Ártico y el enfriamiento mundial pequeño y a corto plazo (y su posterior recuperación), que ha ocurrido después de grandes erupciones volcánicas, tales como la del Monte Pinatubo en 1991 (véase PF 8.1, Figura 1). Las proyecciones de temperatura mundial basadas en modelos, realizadas durante los últimos dos decenios han estado también en plena concordancia con observaciones ulteriores realizadas durante ese período. (Capítulo 1).
No obstante, los modelos aún muestran errores significativos. Aunque, por lo general, estos son mayores a escalas más pequeñas, aún persisten importantes problemas a gran escala. Por ejemplo, todavía existen deficiencias para la simulación de la precipitación tropical, El Niño/Oscilación Meridional y la Oscilación Madden-Julian (una variación observada de los vientos tropicales y precipitaciones en una escala de tiempo de 30 a 90 días). La razón fundamental para la mayoría de estos errores es que muchos procesos importantes a pequeña escala no pueden representarse de manera explícita en los modelos, y deben incluirse por tanto de forma aproximada cuando interactúan con accidentes de mayor escala. Ello se debe en parte a las limitaciones de la capacidad de procesamiento, pero es también el resultado de limitaciones en cuanto al conocimiento científico o la disponibilidad de observaciones detalladas de algunos procesos físicos. En particular, existen niveles de incertidumbre considerables, asociados con la representación de las nubes y con las correspondientes respuestas de las nubes al cambio climático. Por consiguiente, los modelos siguen mostrando un rango considerable de cambio de la temperatura mundial como respuesta al forzamiento de los gases de efecto invernadero especificados (véase Capítulo 10). Sin embargo, a pesar de estas incertidumbres, los modelos son unánimes en cuanto a la predicción
que hacen del calentamiento considerable del clima por el aumento de los gases de efecto invernadero, y la magnitud de este calentamiento está en correspondencia con las estimaciones independientes, procedentes de otras fuentes, tales como las que son el resultado de cambios climáticos observados y reconstrucciones de climas pasados.
Como la confianza en los cambios proyectados por los modelos mundiales disminuye a escalas menores, se han desarrollado específicamente otras técnicas, tales como el uso de modelos climáticos regionales o métodos de reducción gradual de la escala con el objetivo de estudiar los cambios climáticos a escalas regional y local (véase PF 11.1). Sin embargo, en la medida en que los modelos mundiales continúan desarrollándose y su resolución sigue mejorando, estos se tornan cada vez más útiles para la investigación de importantes accidentes a menor escala, como los cambios en los fenómenos meteorológicos extremos; y se espera que mejore aún más la representación a escala regional, con una mayor capacidad de procesamiento computadorizado. Los modelos están siendo también más integrales en la forma de dar tratamiento al cambio climático, representando así de manera explícita un mayor número de procesos e interacciones físicos y biofísicos, que se consideran potencialmente importantes para el cambio climático, en particular, a escalas de tiempo más prolongadas. Ejemplos de ello lo constituyen la reciente inclusión de la respuesta de las plantas, las interacciones biológicas y químicas en los océanos y la dinámica de los mantos de hielo en algunos modelos climáticos mundiales.
En resumen, la confianza en los modelos se deriva de su base física y su capacidad para representar climas y cambios climáticos observados. Los modelos han demostrado ser herramientas sumamente importantes para simular y entender el clima, y hay una gran confianza en que pueden proporcionar estimaciones cuantitativas creíbles de los cambios climáticos futuros, en particular, a escalas mayores. Los modelos continúan teniendo limitaciones significativas, tales como en la representación que se hace de las nubes, que presenta incertidumbres en la magnitud y localización en el tiempo, así como en los detalles regionales de los cambios climáticos pronosticados. No obstante, en el transcurso de varios decenios de desarrollo, los modelos han brindado sistemáticamente una idea clara e inequívoca del calentamiento significativo del clima como respuesta al incremento de los gases de efecto invernadero.