Walsh et al. 2016 : las incertidumbres

Hace un año informaba de la publicación por parte de Walsh et al. de un artículo presentando su nueva serie de extensión de la banquisa ártica desde 1850 hasta el presente. (Los datos y la documentación de dicha serie se encuentran disponibles en la web del NSIDC.)

Mostraba hace un año la siguiente gráfica, en la que podemos observar las extensiones de la banquisa ártica en marzo y septiembre, en torno al máximo y mínimo anual respectivamente, según los datos de la nueva serie de Walsh durante todo el período 1850-2013 :

Walsh et al 2016 arctic sea ice extent 1850 2013 march september

Advertía también de que “antes de 1935 los valores mostrados por esta serie, al menos los de septiembre, deben tomarse con mucha prudencia. Antes de ese año, no hay prácticamente ninguna observación directa de la banquisa en septiembre, por lo que los valores presentados por Walsh et al. en su nueva serie siguen dependiendo completamente de extrapolaciones e interpolaciones, por lo que la incertidumbre asociada a estos valores es importante y muy superior a la de los años posteriores a 1935. A su vez, las incertidumbres en el período 1935-1952 también son mayores que a partir de 1953, cuando ya disponemos de observaciones más o menos continuas y fiables para casi todo el Ártico.”

Hoy me gustaría abundar en esas incertidumbres, en particular las referidas a los datos del final del verano, de agosto y septiembre:

  1. Incertidumbres derivadas del algortitmo empleado para completar las zonas sin datos.

Walsh et al. utilizan diversas fuentes de datos para la era anterior a los satélites, con coberturas geográficas y temporales variables (las fuentes más importantes son AARI, DMI y ACSYS). En cada mes, juntan todos los datos disponibles de las distintas fuentes. Las zonas sin datos, las completan con un algoritmo basado en análogos (1).

A partir de 1953 ya tenemos observaciones continuas y fiables para prácticamente todo el Ártico, por lo que el algoritmo basado en análogos no se usa y por tanto no tiene ninguna relevancia en el resultado.

Las cosas cambian antes de 1953. Antes de este año, las fuentes de datos comienzan a escasear, y ya no alcanzan a cubrir el conjunto del Ártico. Por ejemplo, en los siguientes mapas podemos comprobar las observaciones reales de las que disponen Walsh et al. para agosto y septiembre de 1941 (en rojo, las zonas con hielo, en azul, las zonas de agua abierta; todo lo demás, en gris, sin observaciones disponibles):

Más de la mitad del Ártico no cuenta con ninguna observación, y debe completarse con el algoritmo basado en análogos, lo que obviamente añade incertidumbre a los resultados.

En el período 1933-1952 hay algunos años con más observaciones disponibles que otros. Por ejemplo, aquí tenemos las observaciones reales con las que cuentan Walsh et al. para agosto y septiembre de 1935:

La cantidad de datos es bastante aceptable, sobre todo en agosto. Así pues, el algoritmo tiene un trabajo más fácil para completar las zonas sin datos y la incertidumbre es menor.

A pesar de las dificultades y de las mayores incertidumbres, podríamos decir que entre 1933 y 1952 la serie de Walsh cuenta, en general, con suficientes observaciones como para que sus resultados sean aceptablemente fiables.

Antes de 1933, sin embargo, la situación empeora mucho más, pues hay importantes fuentes de datos que dejan de estar disponibles (AARI). Y empeora aún más antes de 1900, al desaparecer también los datos del DMI.

Por ejemplo, estas son las observaciones reales disponibles en agosto y septiembre de 1879 y 1850:

Casi todo el Ártico sin observaciones, por lo que el algoritmo tiene que encargarse de reconstruir la extensión de la banquisa prácticamente en todo el Ártico. Lógicamente, las incertidumbres sobre el resultado son enormes. Asimismo, esta falta de observaciones reales y dependencia del algoritmo, podría explicar la poca variabilidad de la banquisa en septiembre entre 1850 y 1930 según la línea roja de la primera gráfica de la entrada.

 

2. Incertidumbres derivadas del uso de los datos de Kelly (zonas blancas de los mapas del DMI)

Una de las principales fuentes de datos para agosto antes de 1957 en la serie de  Walsh et al. 2016 es la compilación realizada por Kelly en 1979  (pdf, pag. 101 y siguientes), basada a su vez en los mapas elaborados por el Instituto Meteorológico de Dinamarca, el DMI.

Estos mapas del DMI, de carácter mensual, incluían en color rojo las distintas observaciones de la banquisa ártica disponibles durante cada mes. A su vez, rellenaban en color blanco las zonas de las que no tenían datos pero donde suele haber presencia de banquisa, acompañándolas de la leyenda “ice supposed but no information at hand” (hielo supuesto, pero sin información disponible).

La decisión que tomó Kelly, y que Walsh et al. heredaron en su serie, fue considerar estas zonas en blanco como realmente cubiertas de hielo.

Obviamente, el uso de datos no procedentes de observaciones reales aumenta la incertidumbre en los resultados de Walsh et al. 2016.  Además, cuando hay fuentes independientes con las que contrastar, la fiabilidad de las zonas blancas de los mapas del DMI queda descartada. Por ejemplo, comparamos el mapa del DMI de agosto de 1952 (a la izquierda) con las observaciones de AARI disponibles para dicho mes (en los mapas de la derecha: el azul indica agua abierta; mientras que en el mapa del DMI, todo es blanco “sin datos”):

(pinchar en la imagen para verla a mayor tamaño)

En este caso, no pasa nada, porque en ese año Walsh et al. 2016 ya están usando los datos de AARI, que corrigen al DMI. Pero, ¿qué ocurre antes de 1933, cuando los datos de AARI ya no están disponibles? Pues que Walsh et al. 2016 toman las zonas en blanco como cubiertas de hielo.

Las observaciones reales que aparecen en los mapas del DMI, en color rojo, son indudablemente útiles. Sin embargo, las zonas blancas son manifiestamente zonas sin datos, y no creo que deban considerarse como cubiertas de hielo. Al hacerlo, Walsh et al. anaden incertidumbres y restan consistencia a sus resultados.

Por si fuera poco, parece que Walsh et al. han cometido un error al desplazar un mes hacia atrás los datos de las zonas en blanco de los mapas del DMI. Es decir, en agosto están usando las zonas blancas de los mapas de julio, en julio las de junio, etc.

En el siguiente ejemplo, hay que fijarse en el estrecho entre la Isla de Baffin y la Península del Labrador (ver círculo negro). El mapa de Walsh et al. para agosto de 1935 (parte de abajo) muestra el estrecho cubierto de hielo, correspondiendo con la zona blanca del mapa del DMI… de julio (arriba a la izquierda), mientras que en el mapa de agosto del DMI (arriba a la derecha) esa zona aparece sin hielo:

(pinchar en la imagen para verla a mayor tamaño)

He comprobado que este desplazamiento de un mes parece observarse en todos los años en los que Walsh et al. usan esta fuente (1900-1956 aproximadamente).

Este error añadiría aún más incertidumbre a los resultados, y les resta fiabilidad. Aunque, como indico más arriba, incluso aunque fueran situadas en el mes correcto las zonas en blanco no deberían usarse como zonas cubiertas de hielo, sino como zonas sin datos. Su uso zomo zonas de hielo tan sólo añade incertidumbre y resta consistencia a los resultados.

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En conclusión, Walsh et al. 2016 han hecho un gran trabajo recopilando y combinando distintas fuentes de datos. Gracias sobre todo a la incorporación de los datos de AARI han solucionado muchos de los problemas que tenía su vieja serie, y a partir de 1933 ofrecen unos resultados ya aceptablemente fiables.

Sin embargo, entre 1900 y 1933 sus datos de extensión de la banquisa para el conjunto del Ártico deben tomarse con mucha prudencia, pues presentan grandes incertidumbres (por la propia escasez de observaciones reales, y por algún error metodológico como el uso de las zonas blancas de los mapas del DMI).

Si retrocedemos más, antes del año 1900 la fiabilidad de los resultados es sumamente escasa, y hay que tomar dichos resultados con grandes dosis de escepticismo. Simplemente, antes de 1900 no contamos con observaciones suficientes de la banquisa como para hacer una reconstrucción del conjunto del Ártico mínimamente fiable.

 

(1) https://nsidc.org/data/docs/noaa/g10010-sea-ice-1850-onward/G10010_SIBT1850.pdf

“Stated succinctly, the process is as follows:

1.For each grid point p with no data in calendar month m and year y , and no data in the surrounding 2 months, areas with existing data in m-y are compared with calendar month m of all years 1900-2000 to select the best analogs. 

2.If the three best analog years do not have data at point p, the search is repeated by limiting the analog candidates to 1953-2000.

3. If Step 2 does not produce three analogs with data at point p , then fewer than three analogs are used.

4. Point p is “filled in” with the average concentration of the (up to) 3 analog fields.”

 

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Banquisa ártica a mediados de mayo 2017

Continuando la tendencia de los meses anteriores, durante la última parte de la temporada de congelación 2016-2017 , entre febrero y abril, la extensión de la banquisa ártica ha continuado moviéndose en torno a los valores más bajos para esas fechas de toda la serie de observaciones.

No obstante, durante la primera mitad de mayo el inicio de la temporada de deshielo ha sido relativamente lento, por lo que a 17 de mayo la extensión no es tan baja como lo era por ejemplo hace justo un año, aunque sigue encontrándose entre los valores más bajos para estas fechas.

Podemos observar todo ello en la siguiente gráfica, que muestra la extensión de la banquisa ártica en 2017 (línea roja) según los datos de JAXA , comparada con algunos de los años recientes y con las medias climatológicas de las décadas anteriores (que permiten también visualizar el notable y continuado descenso en la extensión de la banquisa ártica durante las últimas décadas) :

Este comportamiento negativo de la banquisa se corresponde con una temporada de congelación menos fría de lo habitual en el Ártico. De hecho, el período octubre-abril de 2016-2017 es el segundo más cálido de toda la serie de observaciones en el Ártico, sólo superado ligeramente por el pasado 2015-2016. Lo observamos en esta gráfica procedente de los reanálisis NCEP, que nos muestra la temperatura media del aire cerca de la superficie en la banda latitudinal 70-90ºN en el período octubre-abril entre 1948 y la actualidad:

En el siguiente mapa procedente de los reanálisis NCEP/NCAR vemos la distribución geográfica de las anomalías de temperatura durante octubre-abril 2016-2017 respecto a la media 1981-2010 para el mismo período. Todo el Ártico marítimo con temperaturas muy por encima de la media, destacando especialmente la zona de los mares de Barents y Kara, junto a las Svalbard, así como los mares de Chukchi y Siberia Oriental, al norte del estrecho de Bering:

De momento, y coincidiendo con el inicio de la temporada de deshielo, las cosas han cambiado algo durante la primera mitad de mayo, como podemos observar en el siguiente mapa que muestra las anomalías de temperatura del aire cerca de la superficie entre el 1 y el 16 de mayo de 2017 con respecto a la media 1981-2010 para el mismo período:

La circulación atmosférica dominante desde finales de abril ha favorecido la llegada de aire frío desde el Ártico Central hacia los mares de Laptev, Kara y Barents, donde durante las últimas semanas las temperaturas se han situado por debajo de la media 1981-2010 para estas fechas, retrasando el inicio del deshielo.

Además, estos mismos vientos que arrastraban aire frío hacia esta zona, han provocado también la deriva de la banquisa desde el Ártico Central hacia la misma.

Gracias a estos dos factores, temperaturas frescas y banquisa derivando hacia allí,  el gran déficit de hielo  observado durante casi todo el otoño-invierno en Barents y las Svalbard  se ha reducido notablemente en las últimas semanas, tal como podemos observar en el siguiente mapa del NSIDC que muestra la extensión de la banquisa ártica a 17 de mayo de 2017 (en color blanco) comparada con la media 1981-2010 para la misma fecha (línea naranja). Ahora mismo, el mayor déficit de hielo se localiza en los mares de Bering y Chukchi:

También hay que tener en cuenta que el mismo patrón que ha favorecido la deriva de hielo hacia el mar de Barents y las Svalbard también ha incrementado algo la exportación de banquisa a través del estrecho de Fram hacia el Atlántico.

En cuanto al grosor del hielo, tenemos algunos datos ligeramente contradictorios. Mientras según el modelo PIOMAS el grosor medio y el volumen total de la banquisa ártica en estos momentos serían los más bajos de la serie con cierta claridad, según las observaciones del satélite Cryosat-2 el grosor medio en 2017 no parece demasiado distinto al de otros años como 2012, 2013 o incluso el pasado 2016. Lo vemos en la siguiente gráfica comparando el grosor hacia finales del invierno entre 2012 y 2017 según los mapas que recogen las observaciones de Cryosat-2 proporcionados por el CPOM (pinchar para ver la imagen a mayor tamaño):

Así las cosas, podemos afirmar que seguramente este verano la banquisa ártica volverá a moverse en valores bajos, en la línea posterior a 2007. Sin embargo, para determinar dónde queda exactamente en ese ranking de años más bajos, una vez más el factor más decisivo serán las condiciones meteorológicas y los patrones de circulación atmosférica y deriva del hielo que imperen durante los próximos cuatro meses. Para conocerlas, no queda otra que esperar y ver.

 

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Banquisa ártica a principios de febrero 2017

Al igual que ha sucedido la mayor parte del tiempo durante los últimos tres meses, a 8 de febrero de 2017 la extensión de la banquisa ártica es la más baja para esta fecha de toda la serie de observaciones por satélite 1979-2017. Podemos verlo en esta gráfica que muestra los datos de extensión proporcionados por JAXA (2017 línea roja):

jaxa2017_02_08En el siguiente mapa proporcionado por el NSIDC podemos observar la extensión de la banquisa ártica a 8  de febrero de 2017 (en blanco) comparada con la extensión media para el mismo día durante el período 1981-2010 (línea naranja):

n_daily_extent_hires

Se observa cómo los mayores déficits de hielo se localizan en los mares de Barents y Bering. Podemos verlo de forma aún más clara en el mapa de anomalías de concentración, que muestra en color azul las zonas donde hay menos hielo que la media 1981-2010:

n_anom_hires

El invierno 2016/2017 de momento está resultando bastante similar al anterior, lo que significa temperaturas muy por encima de la media en el Ártico y frecuentes irrupciones de aire templado desde el sur a través de los mares de Barents y Kara hacia el Ártico Central.

En el siguiente mapa procedente de los reanálisis NCEP/NCAR se muestra la presión media a nivel del mar entre el 1 de noviembre de 2016 y el 7 de febrero de 2017:

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Y lo mismo pero en forma de anomalías respecto a la media 1981-2010:

compday-vyr3wyvhtqLas borrascas procedentes del entorno de Islandia se han movido más al norte de lo habitual y han penetrado en el Ártico Central a través de los mares de Barents y Kara con más frecuencia e intensidad de lo normal. En el entorno del estrecho de Bering, la baja de las Aleutianas ha estado mucho más débil de lo habitual, y con frecuencia las altas presiones se han adueñado de la zona. Como consecuencia, en los mares de Chukchi y Bering, al norte y sur del estrecho, el flujo de vientos ha tenido también un mayor componente meridional de lo habitual.

Una de las consecuencias de todo esto la veíamos en la primera gráfica: extensión de la banquisa muy baja para la fecha, con el borde del hielo mucho más al norte de lo habitual en los mares de Barents y Bering, sobre todo. Otra de las consecuencias, la vemos en la siguiente gráfica mostrando las anomalías de temperatura del aire cerca de la superficie durante el mismo período 1 de noviembre – 7 de febrero:

compday-2i8cer7dyuTemperaturas muy por encima de la media en prácticamente todo el Ártico marítimo, disputando la plaza de invierno más cálido en el ranking al pasado 2015-2016. Destacan las fuertes anomalías positivas al norte de los mares de Barents y Kara, entre las Svalbard y Nueva Zembla. Además de por la constante llegada de aire templado desde el sur, y del movimiento hacia el norte de la templada agua superficial atlántica, la propia ausencia de banquisa en la zona ha realimentado estas temperaturas tan superiores a la media.

Además de a la extensión del hielo, las temperaturas por encima de la media también deben estar afectando al grosor del hielo de primer año, que será más fino de lo habitual en años anteriores para estas fechas.

En el siguiente mapa vemos las anomalías respecto a la media 1981-2010 en la intensidad y dirección del viento en superficie durante el mismo período de los mapas anteriores:

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Destacan los vientos más meridionales e intensos de lo normal hacia el norte de los mares de Barents y Kara, así como al norte del estrecho de Bering.

Como sabemos, el viento también empuja la banquisa, causando su deriva. La banquisa ártica depende de factores termodinámicos (temperaturas del aire y océano) y factores dinámicos (movimiento de la banquisa impulsada por los vientos). En los siguientes mapas proporcionados por IFREMER podemos observar la deriva media de la banquisa ártica durante los meses de octubre, noviembre y diciembre de 2016:

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La banquisa constantemente se ha desplazado hacia el norte en el sector atlántico. En general, da la impresión de que la deriva durante estos tres meses habría favorecido cierta compactación del hielo hacia el norte de Groenlandia y el Archipiélago Canadiense. Este hecho tiene un efecto positivo, pues hace ganar grosor al hielo, aunque su disposición bastante cercana al estrecho de Fram abre el riesgo de que sea expulsado hacia el Atlántico Norte si, por ejemplo como ha ocurrido durante las últimas semanas, la Deriva Transpolar cobra mayor importancia y aumenta la tasa de exportación de hielo por el estrecho de Fram.

Algo del efecto de la compactación del hielo y de la situación “arriesgada” de parte del mismo podemos verlo en el siguiente mapa, proporcionado por el CPOM, que nos muestra el grosor actual de la banquisa ártica según las observaciones del satélite CRYOSAT-2:

noxc3El hielo es aceptablemente grueso al norte del Archipiélago Canadiense y Groenlandia, así como en zonas del Ártico Central, probablemente a causa de la compactación causada por la deriva del hielo. Grosores, en cambio, que parecen bastante escasos en los mares de Beaufort, Chukchi o Laptev (además de en Barents, Kara y Bering, claro).

En cualquier caso, aún quedan varios meses de invierno, y el máximo en extensión podría darse en algún momento entre la actualidad y finales de marzo. En cuanto al grosor, en el Océano Ártico el hielo puede seguir formándose y ganado grosor hasta finales de abril o principios de mayo.

Aunque la situación actual no es muy halagüeña, con la banquisa en mínimos para la fecha, aún hay que esperar algunos meses antes de poder hacer un balance definitivo del invierno y de las perspectivas de cara al verano y al mínimo anual.

 

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Extensión media mensual de la banquisa ártica en noviembre 2016

La extensión media mensual de la banquisa ártica en noviembre 2016 según los datos del NSIDC se ha situado en 9.08 millones de km2, casi 2 millones de km2 por debajo de la media 1981-2010 para dicho mes.

Como era obvio tras observar el comportamiento de la banquisa ártica durante el mes, noviembre de 2016 se sitúa claramente como el más bajo de la serie de observaciones 1979-2016, tal como vemos en esta gráfica del NSIDC:

n_plot_hires

Y este es el mapa del NSIDC comparando la extensión media mensual de noviembre 2016 (en blanco) con la media 1981-2010 para dicho mes (línea rosa):

n_extn_hires

La extensión de la banquisa es inferior a la media en prácticamente todas las regiones, destacando las grandes anomalías negativas en los mares de Barents y Kara. Notable retraso de la recongelación también en el mar de Chukchi y en la Bahía de Hudson.

Como indicaba en la anterior entrada, la mayor parte de noviembre se ha caracterizado por la presencia de altas presiones en Eurasia más potentes y persistentes de lo habitual, acompañadas por bajas presiones en todo el sector americano del Ártico. De este modo, se ha mantenido un flujo constante de aire templado hacia el Ártico, mientras el aire polar era desalojado hacia Eurasia.

En el siguiente mapa procedente de los reanálisis NCEP/NCAR podemos observar la presión media a nivel del mar del 1 al 29 de noviembre de 2016:

compday-4rfqqeatidY este es el mapa que refleja las anomalías de temperatura del aire cerca de la superficie durante las mismas fechas:

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Todo el Ártico con temperaturas muy por encima de la media, que se extienden también hacia Norteamérica. Las mayores anomalías positivas se localizan al norte de los mares de Kara y Barents. Por el contrario,  se observan temperaturas por debajo de la media en buena parte de Eurasia.

El anómalo patrón de circulación atmosférica que ha predominado durante octubre y noviembre junto a las altas temperaturas oceánicas y el escaso hielo de partida, han dado como resultado el otoño más cálido y con menor crecimiento de la banquisa en el Ártico desde que hay registros.

En los últimos días de noviembre las condiciones han mejorado algo y la extensión de la banquisa ártica ha aumentado con cierta rapidez, aunque la extensión actual sigue siendo la más baja para la fecha, tal como podemos ver en esta gráfica de JAXA  (2016 línea roja):

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