Ciencias atmosfericas
Las ciencias atmosféricas son la rama de la ciencia que estudia las condiciones atmosféricas de la Tierra: la estructura, la composición y la dinámica de la atmósfera, así como los procesos físicos y químicos que determinan el clima y el tiempo. Este campo abarca 3 grandes escalas de observación, desde el movimiento de un frente de borrasca a escala regional hasta la circulación de corrientes en chorro que cruzan el globo completo a 10 000 metros de altitud.
Para situar la respuesta en un marco más amplio, conviene recordar que la ciencia es el método sistemático por el que se recopilan datos, se formulan hipótesis y se contrastan con la observación; la sección Que es la ciencia explica ese procedimiento paso a paso. Dicho procedimiento se aplica de forma distinta según el objeto de estudio, y la entrada Ciencia y tecnologia recoge cómo los avances tecnológicos han ampliado el alcance de cada disciplina. A su vez, el artículo Tipos de ciencia clasifica las familias en las que se distribuyen las ciencias, y dentro de ellas las ciencias atmosféricas ocupan un lugar propio, junto a la oceanografía, la climatología y la meteorología. En un plano biológico, disciplinas tan distantes como la investigación sobre Células madre comparten con la atmósfera el mismo rigor: medir, repetir y publicar. La pregunta sobre qué estudia las ciencias sociales o qué estudia las plantas queda fuera del alcance de esta página, pues pertenecen a otros dominios.
Qué estudian exactamente las ciencias atmosféricas
Las ciencias atmosféricas estudian la atmósfera terrestre como un sistema físico y químico activo. El objeto incluye 5 capas principales: la troposfera, donde se genera el 75 % de la masa de aire y donde ocurren casi todos los fenómenos meteorológicos; la estratosfera, que contiene la capa de ozono a 15 a 50 km de altura; la mesosfera; la termosfera y la exosfera, que se desvanece hacia el espacio. Cada capa responde a gradientes de temperatura y presión que definen su comportamiento.
Dentro de ese sistema, el investigador atmosférico analiza 3 tipos de proceso: la termodinámica del aire (cómo se transfiere el calor entre la superficie, la columna de aire y el espacio), la dinámica (cómo las diferencias de presión generan vientos, corrientes en chorro y sistemas de alta y baja presión) y la microscopía de las nubes (cómo los cristales de hielo y las gotas de agua se forman, crecen y precipitan). Ninguno de los tres puede aislarse del resto: una nube de cúmulos a 2 000 m interactúa con la corriente en chorro a 10 000 m y con la radiación que atraviesa la estratosfera.
Clima frente a tiempo atmosférico: dos escalas, un mismo sistema
El clima y el tiempo atmosférico son dos lecturas del mismo sistema a escalas distintas. El tiempo atmosférico describe las condiciones que se registran en un lugar concreto durante horas o días: la temperatura de hoy, la lluvia de esta tarde, el viento de mañana. El clima, en cambio, es la estadística de esas condiciones durante 30 años, según la definición que la Organización Meteorológica Mundial adoptó en 1961 y sigue utilizando. Un pronóstico meteorológico cubre 7 días; un informe climático de referencia cubre el periodo 1991-2020, que es la serie que el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (GIEC) emplea en sus evaluaciones de 2021 y 2023.
La distinción importa porque cambia la herramienta y la pregunta. El meteorólogo responde: "¿lloverá este jueves a las 18:00?" y usa modelos numéricos que resuelven ecuaciones de Navier-Stokes sobre una malla de 9 km de lado. El climatólogo responde: "¿cuánto se ha elevado la temperatura media global desde la era preindustrial?" y trabaja con 150 000 años de hielo atrapado en testigos de Groenlandia y la Antártida, con registros anillos de árboles y con la serie instrumental que comenzó en 1850. Ambos trabajan en el mismo sistema, pero a 30 000 veces menos resolución el meteorólogo que el climatólogo.
Instrumentos, datos y modelos: el método de la ciencia atmosférica
El método de la ciencia atmosférica combina observación in situ, teledetección y modelización numérica. En la observación in situ participan 10 000 estaciones de superficie distribuidas por el mundo, radiosondeos que se lanzan 2 veces al día desde más de 900 estaciones, y 2 500 estaciones de viento que alimentan el sistema del Servicio Meteorológico de cada país. La teledetección se apoya en una flota de 14 satélites geoestacionarios de la Organización Meteorológica Mundial y en satélites de órbita baja como la serie Suomi NPP de la NASA, que pasa sobre cada punto de la Tierra cada 101 minutos. La modelización numérica toma todos esos datos, los asimila en un estado inicial y proyecta el sistema hacia adelante con supercomputadoras que resuelven las ecuaciones de la atmósfera a 12 km de resolución horizontal.
Los resultados de ese método no se quedan en el laboratorio. Los centros nacionales de predicción, como el European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) en Reading o el National Weather Service en Washington D. C., publican pronósticos que cubren 14 días con una resolución de 9 km. La comunidad científica revisa cada modelo contra la observación real y corrige los sesgos antes de que el pronóstico llegue a la pantalla del público. Esa cadena, de la estación de medición al pronóstico de 14 días, es el ejemplo más visible de cómo un resultado de laboratorio se convierte en conocimiento público.
Relación con otras disciplinas de la ciencia
La ciencia atmosférica no trabaja aislada: se cruza con 4 disciplinas que aportan datos o métodos que sin ella serían incompletos. La oceanografía aporta el estado de los océanos, pues el 90 % del calor extraído por el sistema climático se almacena en el agua y las corrientes marinas modulan el clima continental. La química atmosférica, rama propia, mide la composición de 180 especies gaseosas, incluidos los gases de efecto invernadero CO2, CH4 y N2O, cuyos niveles en 2023 superaron los 421 ppm, 1 900 ppm y 336 ppm respectivamente según las mediciones del Observatorio de Mauna Loa. La física de los fluidos aporta las ecuaciones que describen la circulación, y la biología de la superficie aporta el ciclo del carbono y la evapotranspiración de la vegetación. En la tabla se resumen esos vínculos.
| Disciplina | Qué aporta a la ciencia atmosférica | Dato de referencia |
|---|---|---|
| Oceanografía | Estado térmico y salino de los océanos | El 90 % del calor del sistema climático se almacena en el mar |
| Química atmosférica | Composición gaseosa y ciclos de oxidación | CO2 en 421 ppm en 2023 (Mauna Loa) |
| Física de fluidos | Ecuaciones de movimiento y turbulencia | Corriente en chorro a 10 000 m, 200-400 km/h |
| Biología de superficie | Evapotranspiración, albedo de la vegetación | La biosfera terrestre fija 120 Gt de CO2 al año |
Cada una de estas disciplinas conserva sus propios métodos y sus propias publicaciones, pero comparte con la ciencia atmosférica el mismo requisito: el dato debe ser medible, repetible y público. La biología que estudia las plantas o la lingüística que estudia el significado de las palabras operan bajo ese mismo contrato, aunque sus objetos y sus escalas sean otros. La frontera no está en el método, sino en el sistema que cada disciplina elige como objeto.
Del laboratorio al pronóstico público: cómo viaja el conocimiento
El conocimiento atmosférico viaja por 4 etapas: la publicación revisada, la asimilación en modelos, la traducción al pronóstico y la comunicación al público. Un artículo que describe una nueva forma de parametrizear la convección en una nube se publica en la revista Journal of the Atmospheric Sciences; los operadores de ECMWF y del National Center for Atmospheric Research lo evalúan, lo integran en el modelo operativo y, si mejora el pronóstico a 7 días, lo adoptan. El pronóstico resultante llega al ciudadano en 3 formatos: el mapa de radar de la aplicación del teléfono, el aviso de tormenta que emite la autoridad nacional y la explicación en la televisión de por qué esta semana va a hacer más frío de lo habitual. La distancia entre la ecuación en el papel y el icono de lluvia en la pantalla es de semanas, no de años, porque la comunidad atmosférica publica y corrige con una cadencia de 500 artículos al año en las principales revistas.
En el frente climático el viaje es más largo pero sigue el mismo patrón. El informe de evaluación del GIEC de 2023, escrito por 234 autores y revisado por 4 000 expertos, resume 15 años de mediciones satelitales y de modelos para afirmar que la temperatura media global se ha elevado 1,1 grados Celsius desde 1850. Ese número viaja de la publicación científica a las cumbres de la ONU, de las cumbres a los medios y de los medios a la política de cada país. La ciencia atmosférica, en esa cadena, es el eslabón que convierte el dato en una cifra que el público puede verificar: un grado, 14 días, 421 ppm, 10 000 metros. Cada una de esas cifras es medible, repetible y, en el fondo, la respuesta a la pregunta original: qué estudia la ciencia del clima y de las condiciones atmosféricas de la Tierra.