Instituto Antártico Chileno

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Climatología UV en la Antártica

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Publicado
13 de may del 2014

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Boletín Ciencia

La Antártica afecta significativamente el clima de toda la Tierra al modular los intercambios de calor, humedad y gases entre la atmósfera y el océano. Asimismo, los cambios en la cubierta de hielo marino o la inestabilidad de las plataformas de hielo podrían incidir fuertemente en esta influencia.

A pesar de que las variaciones en la actividad solar afectan el clima planetario, el balance energético de la atmósfera terrestre está siendo afectado también por la abundancia de los llamados “gases invernadero”. Mientras se espera que la superficie de la Tierra se caliente (en respuesta a la influencia del dióxido de carbono), se espera que la estratósfera se enfríe.

Los nuevos aumentos en las emisiones de estos gases y las atenuaciones más pronunciadas en la capa de ozono como resultado del enfriamiento estratosférico, pueden conducir a cambios climáticos drásticos. En este sentido, es urgente la investigación polar destinada a comprender mejor sus procesos climáticos.

En los últimos tres años y con el apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conicyt) y el INACH, nuestro grupo de trabajo se ha enfocado en el estudio de la climatología de la radiación ultravioleta (UV), es decir, en la cuantificación de la influencia sobre la radiación UV de los factores que la determinan: el ozono, la nubosidad y la reflectividad (albedo).

La depleción de la capa de ozono ha sido hasta ahora el factor dominante en los incrementos de la radiación UV en la Antártica. Sin embargo, como consecuencia del cambio climático (CC), los otros parámetros importantes que determinan la radiación UV en superficie (nubes y albedo) podrían cambiar significativamente en su valor absoluto, en su estructura cualitativa o en su patrón temporal. Por lo tanto, podrían ocurrir cambios significativos en la climatología UV.

Dado que la Antártica tiene casi 19 veces el tamaño de Chile, nos centramos en el seguimiento de la radiación UV en dos sitios clave.

El primer sitio fue la base Profesor Julio Escudero, ubicada en una de las áreas de más rápido calentamiento de la Tierra (isla Rey Jorge, 62º 12’ S, 58º 57’ W); el segundo sitio fue el campamento “Glaciar Unión”, ubicado en la zona sur de las montañas Ellsworth, a unos 1.000 km del polo sur (79º 46’ S; 82º 52’ W), en una zona donde los efectos del CC son menos evidentes (fig. 1).

figura-1aFigura 1. Mediciones de radiación UV en el campamento “Glaciar Unión”, ubicado en la zona sur de las montañas Ellsworth, a unos 1.000 km del polo sur, 79o 46’ S; 82o 52’ W.

Para la determinación de la climatología UV en esos sitios se aplicó un enfoque integrado que combinó mediciones terrestres (recabadas durante campañas de medición), lecturas satelitales y datos calculados mediante modelos de transferencia radiativa.

A continuación, se discuten algunos de nuestros resultados. Para ponerlos en contexto se realizan comparaciones con mediciones en otras latitudes.

El ozono

Aunque el ozono representa sólo un pequeño porcentaje de la composición de la atmósfera, desempeña un papel para el clima de la Tierra. Es un gas de efecto invernadero con un importante forzamiento radiativo. Además, controla la temperatura estratosférica y protege a la Tierra de la radiación UV.

El ozono estratosférico, sobre todo en el continente antártico, experimenta anualmente una depleción (o reducción en su columna) en primavera. Este fenómeno es conocido popularmente como el “agujero de ozono”. Como se muestra en la figura 2, esta depleción está asociada a reducciones significativas en los promedios mensuales de su columna, medidos en unidades Dobson (DU por sus siglas en inglés). En el glaciar Unión, la media de la columna de ozono en septiembre (158 DU) suele ser un 40 % menor que en enero (275 DU). En la base Escudero, el promedio para septiembre (233 DU) suele ser un 25 % inferior al de diciembre (305 DU). Los niveles más bajos de ozono (alrededor de 120 DU) suelen producirse en ambos casos (al igual que en todo el continente) en septiembre. La consistencia de estas estimaciones basadas en lecturas satelitales ha sido confirmada mediante nuestras campañas tanto en Escudero como en el glaciar Unión.

figura-2aFigura 2. Columna de ozono sobre el glaciar Unión, determinada mediante lecturas realizadas con el Ozone Monitoring Instrument (OMI) a bordo del satélite EOS Aura, de la NASA. La depleción de la capa de ozono produce anualmente en primavera valores menores a 200 DU.

La depleción estacional de la capa de ozono puede producir incrementos sustanciales en la radiación UV que alcanza la superficie. En la figura 3a se observa que durante la primavera en el glaciar Unión, los valores del índice UV (que es una medida de la irradiancia o intensidad de la radiación UV) presentan variaciones (indicadas en la figura 3a por la zona sombreada) que están relacionadas con la depleción estacional de la capa de ozono. Para efectos de comparación, en la figura 3a se muestran también valores típicos del índice UV en Santiago de Chile (ciudad ubicada en una zona no afectada por la depleción estacional de la capa de ozono).

La nubosidad

En general, la nubosidad atenúa la radiación solar y aumenta la variabilidad de la misma. De hecho, las variaciones entre días consecutivos mostradas en los datos del índice UV en Santiago (fig. 3a) se deben en buena medida al efecto de las nubes.

La nubosidad sobre Escudero (y en general en la península Antártica) es más frecuente que en otras zonas de la Antártica y la atenuación que produce es también mayor. Nuestra campaña de mediciones demostró que en Escudero las nubes pueden atenuar la radiación en hasta un 80 % (en comparación con aquella que se mediría sin presencia de nubes). La figura 3b muestra el efecto de la nubosidad sobre la radiación UV en Escudero. La línea roja corresponde al índice UV diario observado en Escudero; estos valores son afectados por los cambios diarios del ozono y de las nubes. La línea azul muestra el índice UV que hubiese sido medido diariamente si no hubiese habido nubosidad alguna en la zona; es decir, estos valores son afectados sólo por variaciones diarias del ozono. La zona sombreada entonces representa el efecto de la nubosidad en Escudero.

La comparación entre las líneas azul y roja en la figura 3b permite apreciar el significativo rol que la nubosidad tiene sobre la climatología UV en Escudero. La nubosidad no sólo atenúa la radiación, sino que al aumentar su variabilidad hace más difícil la detección en la zona de los efectos de la depleción de la capa de ozono.

Al comparar el índice UV en el glaciar Unión y en Escudero (las curvas rojas en figuras 3a y 3b) resulta claro que la radiación UV presenta menos variaciones diarias en el primer lugar. Esto se debe a que la nubosidad en el glaciar Unión (y en general en todo el plateau antártico) tiene una variabilidad mucho menor que en la península.

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a) Valores diarios del índice UV en el glaciar Unión y en Santiago. La depleción estacional de la capa de ozono produce sobre el glaciar Unión alteraciones en el índice UV (indicados por el área sombreada). Las variaciones entre días consecutivos observadas en el índice UV sobre Santiago son debidas a cambios en la nubosidad.

b) Valores diarios del índice UV con y sin nubes en Escudero. La nubosidad sobre Escudero produce una atenuación muy significativa en el índice UV (indicada por el área sombreada). Además, aumenta la variabilidad de la radiación UV de modo que hace más difícil la detección en la zona de los efectos de la depleción estacional de la capa de ozono.

El albedo

El albedo (definido como el cociente entre la radiación reflejada y la radiación incidente) es extraordinariamente alto en la Antártica. Nuestras mediciones en el glaciar Unión han mostrado que en el rango UV y en el visible, el 95 % de la luz incidente es reflejada por la superficie; es decir el albedo en la zona es de 0,95. Lo anterior se replica en todo el plateau antártico, pero no en la península Antártica (fig. 4a). En particular, en Escudero el albedo en verano (cuando la nieve es poco frecuente) solo es de 0,1.

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a) Albedo climatológico en la Antártica. El albedo es el cociente entre la radiación reflejada y la radiación incidente.

b) Índice UV como función del ozono y el albedo. Los valores en la gráfica son aquellos esperables a nivel del mar en ausencia total de nubes, en zonas sin contaminación atmosférica relevante.

Dispersiones múltiples en la atmósfera de la radiación reflejada por la superficie producen aumentos considerables en el índice UV. Algunas simulaciones realizadas con modelos de transferencia radiativa nos permiten concluir que el índice UV en zonas de alto albedo puede ser hasta un 50 % más alto que en zonas sin nieve (fig. 4b).

Nuestra atención al albedo y a sus posibles variaciones con el CC no es casual. Las consecuencias de cambios en el albedo en la Antártica van más allá de variaciones locales en la radiación UV, ya que el balance de energía del continente antártico es significativamente dependiente de él. Por lo tanto, las alteraciones en las condiciones climáticas imperantes (provocadas, por ejemplo, por un cambio de temperatura) pueden detonar mecanismos de retroalimentación. Estos son mecanismos que aceleran el CC, especialmente en regiones cubiertas de nieve y hielo. A medida que la Tierra se calienta, la superficie refleja menos radiación al espacio, lo que contribuye al calentamiento global. Si aumenta la temperatura en las regiones polares se puede esperar tanto una disminución del albedo en algunas áreas (debido a la fusión del hielo y la nieve) como un aumento del mismo en otras áreas (debido a nevadas causadas por el aumento de las precipitaciones). Más derretimiento de nieve y hielo, así como más vapor de agua y más nubes, pueden conducir a cambios en el albedo de la Antártica y a eventuales alteraciones en el balance energético global.

Hacia una comprensión de la climatología UV antártica

Este trabajo ha permitido una mejor comprensión del clima antártico y sus procesos, y pretende ser una contribución a los esfuerzos destinados a evaluar el papel desempeñado por la Antártica en el clima global. Dado que la Antártica es un agente climático global, la investigación destinada a comprender el clima polar y sus procesos debiera ser una prioridad.

Por Raúl R. Cordero y Alessandro Damiani
Universidad de Santiago de Chile
Publicado en el Boletín Antártico Chileno (vol. 32, edición Aniversario INACH)