Entrevista del mes: Magdalena Balmaseda

Nota de actualización. Las figuras originarias de la entrevista se han perdido debido a la migración de la RAM a una nueva plataforma informática.

¿Qué función desempeñas en la actualidad en el Centro Europeo de Predicción a Medio Plazo (CEPPM de ahora en adelante)?

Estoy al cargo de la componente oceánica que se emplea para la predicción probabilística con el modelo acoplado océano-atmósfera. Actualmente el modelo acoplado se utiliza en la predicción estacional y mensual. En un futuro próximo está previsto incluir el océano también en la predicción a medio plazo.

¿Cuándo comenzaron a desarrollarse las predicciones estacionales en el CEPPM?

La predicción estacional comenzó como un proyecto experimental en Julio de 1995. Las primeras predicciones estacionales a tiempo real, aún en fase experimental, comenzaron en Diciembre de 1996. Por algún avatar del destino, justamente coincidieron con el comienzo del famoso Niño de 1997-1998, el mayor evento de este tipo en los récords históricos. Estas primeras predicciones experimentales consiguieron predecir el famoso evento y su impacto en las temperaturas y precipitación alrededor del globo: las inundaciones en África Oriental, la sequía de Indonesia que causó aquellos tremendos incendios forestales, las lluvias en el desierto de Atacama; incluso algunos dicen que el impacto de ese Niño se dejó sentir in Europa. Fue sin duda un golpe de suerte, porque en condiciones normales la predecibilidad del clima a escala de tiempo estacional no es tan espectacular (entre otras cosas porque las anomalías climáticas no son siempre intensas)

Fue precisamente el éxito de estas primeras predicciones estacionales lo que garantizó que el programa predicción estacional se estableciera como actividad operacional en el CEPPM. Actualmente las predicciones, a 7 meses vista, se producen el 15 de cada mes. Y dos veces al año (Noviembre y Febrero) las predicciones se extienden a 13 meses.

¿Para qué ámbitos geográficos genera en la actualidad predicciones estacionales el CEPPM?

Las predicciones estacionales se producen con un modelo global, y por tanto cubren en principio todo el mundo. Sin embargo, en las páginas web accesibles al público general (http://www.ecmwf.int/products/forecasts/d/charts/seasonal/forecast/) sólo se muestra la zona tropical Los estados miembros del CEPPM tienen acceso a las predicciones globales, tanto a los productos gráficos mostrados en las páginas web con acceso limitado, como a la salida numérica del modelo.

¿Puedes explicar los principales pasos que se siguen para ejecutar una predicción estacional?

A pesar de la naturaleza caótica de la atmósfera, la predicción del clima a escala estacional es posible debido a que el comportamiento de la atmósfera obedece al forzamiento de condiciones externas que varían lentamente y que por tanto son predecibles a escala estacional: temperaturas superficiales del mar (TSM), humedad del suelo, espesor de la capa de nieve). Entre los forzamientos externos, sin duda el más significativo es la modulación de la TSM debida al El Niño. La predicción de la TSM es posible si se conoce la estructura de las temperaturas oceánicas debajo de la superficie, por lo que es importante inicializar el océano. Las condiciones oceánicas se proyectan hacia el futuro mediante la integración de un modelo acoplado océano-atmósfera. Hay que tener en cuenta la naturaleza probabilística de la predicción estacional, ya que la componente caótica siempre está presente, por lo que basta una sola integración, sino un conjunto de integraciones (predicción probabilística por conjunto de integraciones acopladas). Por último, la salida del modelo es imperfecta y necesita calibración, por lo que es necesario generar un conjunto de “predicciones retrospectivas” (“hindcast”) que puedan compararse con la realidad.

Resumiendo, las componentes principales de un sistema de predicción estacional son:

• Inicialización del océano. Se consigue mediante la combinación de todas las observaciones de temperatura, salinidad y nivel del mar a tiempo real con la información proporcionada por un modelo oceánico forzado por vientos y flujos de calor. Las distintas fuentes de información se combinan mediante un sistema de asimilación de datos. Las observaciones oceánicas tienen origen diverso: boyas ancladas del programa TAO/TRITON/PIRATA (http://www.pmel.noaa.gov/tao/index.shtml), boyas perfiladoras a la deriva del programa internacional Argo, al que España contribuye activamente (http://www.oceanografia.es/argo/, http://www.argo.ucsd.edu/FrAbout_Argo.html), medidas ofrecidas por barcos comerciales voluntariamente, satélites que miden la temperatura superficial y el nivel del mar (http://www.jason.oceanobs.com/html/alti/welcome_uk.html). Más información sobre la inicialización del océano en el CEPPM se puede obtener en http://www.ecmwf.int/products/forecasts/d/charts/ocean/reanalysis/.

Figura 1.- Datos de anomalías verticales de temperatura de agua del mar utilizados por el modelo de predicción estacional del ECMWF para establecer las condiciones iniciales de océano.

• Predicción probabilística por conjuntos de integraciones acopladas. El estado del océano obtenido en el proceso de inicialización se hace evolucionar hacia el futuro (7 meses, a veces 13) mediante un modelo acoplado océano-atmósfera. De esta manera, no sólo se predicen la temperatura superficial del mar, sino también la respuesta atmosférica al forzamiento ejercido por el océano. El mismo modelo numérico que se utiliza para la predicción meteorológica, a una resolución mas baja (alrededor de 100 km de rejilla), se acopla con el modelo del océano diariamente: la atmósfera recibe información del océano sobre las temperaturas y las corrientes oceánicas, mientras que el océano recibe de la atmósfera los vientos superficiales, los flujos de calor, y la precipitación/evaporación. Para generar el conjunto de predicciones (41 en total), las condiciones iniciales se perturban ligeramente para representar el grado de incertidumbre que se tiene en el conocimiento de las condiciones iniciales.

Figura 2.- Conjunto de predicciones de la anomalía de la temperatura del agua superficial del océano.

• Calibración y generación de productos. Las predicciones estacionales se presentan mas fácilmente como anomalías climáticas (no interesa saber si en invierno hace más frío que en verano, sino si este invierno va a ser más frío de lo normal o en la primavera lloverá menos de lo acostumbrado). Las anomalías se calculan comparando la predicción actual con respecto a la “climatología del modelo”, que consiste en un conjunto de “predicciones” retrospectivas realizadas para un periodo de tiempo suficientemente largo (1981-2005, por ejemplo). De esta manera también se consigue una primera calibración de las probabilidades predichas por del modelo. La selección de productos que se muestra en las páginas de web de la predicción estacional han sido calibrados de esta manera. Una vez que se tiene la estadística de la climatología del modelo es posible elaborar calibraciones más sofisticadas. En general, el tipo de calibración dependerá de la aplicación, y por tanto corre por cuenta del usuario.

¿Cuál es la mayor dificultad que plantea predecir tendencias a tres meses vista?

La circulación atmosférica es especialmente sensible a las temperaturas superficiales del mar en los trópicos, donde actúa de termostato generando o suprimiendo convección. Los fenómenos convectivos son especialmente difíciles de representar, ocurren a escalas espaciales no resueltas, y no son fáciles de parametrizar. Aunque ocurren a escales pequeñas, la convección tropical, por razones desconocidas, tiende a organizarse en grandes células convectivas de mayor escala, que mediante la generación y propagación de ondas, dan lugar a las llamadas teleconexiones, por las que la influencia de las temperaturas superficiales del mar se dejan sentir a través del globo. La representación de la convección tropical sea probablemente la mayor dificultad para la predicción estacional actualmente.

Aparte del horizonte de predicción, ¿cuál es la principal diferencia, si es que la hay, entre una predicción convencional (de 1 a 10 días), una estacional y una climática?

La predicción estacional predice el “clima” de los próximos meses, y la predicción meteorológica predice el “tiempo meteorológico” de los próximos días. El tiempo meteorológico puede considerarse como una instantánea del estado de la atmósfera, siempre cambiante. El clima se podría describir como el conjunto estadístico de estados atmosféricos sobre un periodo de tiempo, que en el caso de la predicción estacional es típicamente 3-6 meses.

Si se considera que la predicción convencional es probabilista, quizá no haya ninguna diferencia fundamental entre predicción meteorológica y estacional. Lo único que ocurre es que a medida que el horizonte de predicción se extiende la posibilidad de predecir eventos locales en espacio y tiempo disminuye (o citando al refranero: quien mucho abarca poco aprieta).. Por poner un ejemplo mas o menos aproximado: mientras que una predicción a 10 días se pretende decir si en un Toledo va a llover el fin de semana siguiente, en la predicción estacional nos tendremos que conformar con saber si en el suroeste de Europa la precipitación en verano estará por encima o por debajo de la media.

Actualmente, por razones prácticas y de uso, existen otras diferencias en la metodología empleada, pero yo no las clasificaría como diferencias fundamentales. Por ejemplo, en la predicción convencional sólo se considera la dinámica de la atmosférica, y se supone que las condiciones del océano permanecen constantes. En la predicción estacional se considera la evolución de tanto la atmósfera come del océano. En la predicción climática a más largo plazo, como en las predicciones decadales y de cambio climático, se debería tener en cuenta la atmósfera, el océano, el hielo marino, el permafrost, las placas de hielo continentales, la composición química de la atmósfera (CO2, ozono…)…

¿Existe un mayor desarrollo y operatividad de las predicciones estacionales en el continente americano que en el europeo?, ¿a qué nivel se encuentran las predicciones estacionales del CEPPM respecto a las del resto de los organismos equivalentes?

El CEPPM es centro líder en la producción de predicción estacional. Las predicciones del CEPPM de El Niño son mundialmente reconocidas por su grado de precisión. Sin embargo, un problema común a todos los sistemas de predicción estacional existentes, es que la predicción no es suficientemente fiable, sobre todo en latitudes medias. En los últimos años el CEPPM ha desarrollado un proyecto de predicción estacional operativa con varios modelos, en colaboración con la Met Office británica y Météo-France. Este proyecto de predicción multimodelo, llamado EUROSIP, intenta mejorar la fiabilidad de las predicciones estacionales mediante el muestreo de distintos modelos. Las hipótesis de partida son: (a) todos los modelos individuales tienen un grado de error, y (b) el error es de naturaleza diferente. De esta manera, la combinación de las predicciones de distintos modelos permitiría filtrar la componente no común (el error) y fortalecer señal predecible, que debe ser común a todos los modelos. Es un sistema de predicción fundamentalmente democrático, donde la opinión de la mayoría cuenta más que la opinión de un modelo individual.

Figura 3.- Conjunto de observaciones de océano utilizadas por el modelo de predicción estacional del ECMWF para generar el estado con las condiciones oceánicas iniciales.

Desde hace años, algunos centros de investigación y organismos internacionales publican de forma libre a través de Internet las salidas gráficas de sus predicciones estacionales, advirtiendo del carácter experimental de las mismas. ¿Por qué el CEPPM no hace públicas las suyas para Europa?, ¿lo hará en el futuro?

Las predicciones estacionales del CEPPM para los trópicos siempre han estado abiertas al público. Para las latitudes medias no están disponibles, por razones de política Europea de datos, cuyos detalles desconozco por completo.

¿Es grande o pequeño el margen de mejora que tienen las predicciones estacionales?

El progreso de la predicción estacional es lento, pero progresivo. El sistema de predicción estacional se actualiza típicamente cada 4 años. En cada actualización se modifican: las condiciones iniciales del océano, el modelo acoplado (atmósfera y océano), la resolución espacial y vertical, y el periodo de calibración. En los últimos 12 años ha habido 3 sistemas operacionales, y las mejoras introducidas se han traducido en una ventaja de aproximadamente un mes en la predicción de El Niño a 4 meses.

¿Los pronósticos son más certeros para algún trimestre en particular, o los errores de predicción se reparten de forma equiprobable por cada una de las 4 estaciones?

La calidad de la predicción depende del área geográfica, de la variable a predecir y de la estación del año. El ejemplo mas claro es lo que se conoce como la “barrera de predecibilidad en primavera” en la predicción de El Niño. Esta barrera en la predecibilidad se debe a que en primavera el Pacífico es especialmente inestable, y pierde la memoria de las condiciones iniciales más fácilmente. En general la predecibilidad del sistema está determinada por el balance entre la memoria de las condiciones iniciales y la inestabilidad del sistema.

En el sur de Europa, el sistema de predicción estacional del CEPPM tiene mejor capacidad predictiva para el verano que para el invierno, aunque las razones de estas diferencias se desconocen.

¿Qué productos crees que se podrían utilizar de aquí a unos cinco años con cierta fiabilidad?

Con la debida calibración de la salida numérica se pueden conseguir predicciones fiables de temperatura y precipitación en bastantes lugares del globo. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la calibración consigue mejor estimación de los márgenes de error e incertidumbre, pero no necesariamente aumenta la precisión de la predicción. La mejor manera de conseguir predicciones precisas y fiables al mismo tiempo es mediante la mejora de los modelos, y aun así hay que aceptar humildemente que no todo es predecible.En general, e ignorando “los cinco años” de la pregunta, el límite de predecibilidad estacional está por establecer. La respuesta de momento se nos escapa, porque cuando el modelo no tiene capacidad predictiva, no sabemos decir si es debido al error del modelo o se debe a que el fenómeno en cuestión no es predecible. Y la cosa se complica aún más si se tiene en cuenta que en las predicciones probabilísticas con muestreo limitado, no siempre es posible decir si el modelo tiene o no tiene capacidad predictiva. En este contexto sería oportuno citar a Donald Rumsfeld, en su famosa disquisición al respecto de las certidumbres ciertas, las incertidumbres ciertas y las incertidumbres inciertas.

¿Se realizan predicciones estacionales específicas para, por ejemplo, la actividad de la próxima estación de huracanes del Atlántico Norte, o del hielo en la Antártida?

La actividad de huracanes (o más precisamente, de ciclones tropicales) es uno de los productos resultantes de la predicción estacional, que el CEPPM pone a disposición de los estados miembros. La actividad se mide en términos de número y lugar de la génesis, y los resultados están disponibles para diferentes áreas identificadas come zonas de riesgo: Atlántico Norte, Pacífico Norte Oriental y Occidental, Océano Indico Norte y Sur, etc…

Actualmente sin embargo no se emiten predicciones de cobertura de hielo, ya que de momento el sistema utilizado para la predicción estacional no incorpora el tratamiento dinámico del hielo marino. Tenemos planes de incluir un modelo de hielo marino en las próximas versiones del sistema de predicción estacional. Sin embargo, además de un modelo de hielo, la predicción de la extensión de hielo marino necesita también la inicialización correcta de la extensión y del espesor del hielo. De momento se desconoce si la extensión de hielo es predecible a escala de tiempo estacional.

A veces, a las personas que trabajan en predicción se les pide si va a nevar o no, a tres meses vista, en el Pirineo: ¿Qué le responderías a la persona que hace ese tipo de preguntas?

Yo no planearía mis vacaciones de esquí basada en los resultados de la predicción estacional. Sin embargo, si fuese dueña de un hotel en los Pirineos, quizá sí me interesase hacer una consulta de riesgo, si estuviese a mi alcance, donde se tuviese en cuenta el porcentaje de fallos/aciertos de la predicción respecto a las pérdidas o gastos incurridos. Pero ignoro si existen estos servicios de asesoramiento que operen comercialmente de manera fiable.

Por último, ¿nos puedes dar una predicción estacional para el verano e invierno de 2008?

OK. Durante el otoño-invierno del 2007/8 las condiciones climáticas han estado dominadas por el impacto de La Niña (i.e condiciones frías en el Pacífico Oriental, lo contrario del El Niño, que está asociado a condiciones cálidas). Las condiciones de Niña continuarán durante la primavera y verano; durante esta época, habrá un enfriamiento general de la zonal ecuatorial, y un calentamiento de los subtrópicos septentrionales. Esta previsto que para final del verano, comienzo del otoño del 2008 las condiciones de la Niña cesarán, dando lugar a condiciones neutras en el Pacífico.

Figura 4.- Salida del modelo de predicción estacional del ECMWF para los ámbitos tropical y subtropical (30ºN a 30º S) para los meses de mayo, junio y julio de 2008.

La RAM quiere agradecer a Magdalena Balmaseda por haber respondido a las preguntas. Desde aquí la animamos a que siga trabajando con entusiasmo en el desarrollo de las predicciones estacionales del CEPPM.