Un estudio de Cal Poly analiza las olas de calor y las olas de frío marinas en medio de condiciones climáticas cambiantes

Ryan Walter, izquierda, profesor asociado de física de Cal Poly con especialización en oceanografía, y Michael Dalsin, estudiante de último año de física de Cal Poly de Minnesota, están colaborando en una investigación para comprender mejor cómo el cambio climático está impactando las temperaturas extremas del océano frente a la costa central. Su artículo publicado en la revista Nature Scientific Reports analiza los datos de temperatura del océano de California que abarcan cuatro décadas.

Un estudiante de Cal Poly y investigadores de la facultad, junto con un equipo en la costa este, están explorando cómo el cambio climático está impactando las temperaturas extremas del océano en la costa central.

Junto con el Instituto de Ciencias Marinas de Virginia en Gloucester Point, la escuela de posgrado en ciencias marinas del College of William & Mary, el primer estudio analiza los impulsores de las olas de calor y las olas de frío marinas en las aguas poco profundas a lo largo de la costa de California. . El trabajo está investigando las condiciones que conducen a temperaturas extremas del agua. Los picos en aguas cálidas, conocidos como olas de calor marinas, pueden verse exacerbados por el aumento de las temperaturas globales. En el extremo opuesto se encuentran los períodos prolongados de aguas frías, conocidos como olas de frío marino.

En California, los distintos patrones de surgencia influyen significativamente en estas temperaturas extremas del agua costera.

Los hallazgos se publicaron el 31 de julio en un artículo de Nature Scientific Reports titulado "Efectos de los modos climáticos a escala de cuenca y el afloramiento de las olas de calor y las olas de frío marinas cercanas a la costa en la corriente de California".

Esta investigación proporciona una mejor comprensión de cuándo, dónde y por qué ocurren estos eventos marinos extremos.

"Una cosa está clara: estos fenómenos de temperaturas extremas no van a desaparecer, por lo que es fundamental que sigamos explorando sus impulsores y consecuencias", dijo Ryan Walter, coautor y profesor asociado de física de Cal Poly especializado en oceanografía física.

La expectativa de los climatólogos es que 2023 será el año más caluroso jamás registrado.

El cambio climático causado por el hombre también ha provocado temperaturas oceánicas extremas: un sensor de agua a 5 pies bajo el agua en Manatee Bay, Florida, alcanzó los 101,1 grados Fahrenheit el 24 de julio, eclipsando el récord anterior de la superficie del mar de 99,7 grados en la Bahía de Kuwait, establecido en 2020. Estas temperaturas extremas causan impactos perjudiciales en los ecosistemas marinos y la ecología relacionada con los océanos.

Se sabe desde hace mucho tiempo que las surgencias costeras (el transporte impulsado por el viento de agua fría y profunda hacia zonas poco profundas a lo largo de la costa) tienen un fuerte efecto de enfriamiento en las aguas costeras, creando capas marinas brumosas y estimulando la productividad marina. La surgencia ayuda a mantener pesquerías saludables y una vida marina robusta. Las aguas frías también ayudan a amortiguar el aumento de la temperatura del agua que se produce con frecuencia más lejos de la costa y en otros lugares del mundo como Florida, que no experimenta las fuertes surgencias que se encuentran en California.

"Los sistemas de afloramiento en general se encuentran entre los ecosistemas más productivos del mundo, incluidas muchas de las pesquerías y hermosos bosques de algas del mundo", dijo Walter. “Debido a que las aguas profundas que surgen son frías, ayudan a mitigar algunos de los extremos del agua cálida.

"Además, estas aguas profundas y frías están llenas de nutrientes y, cuando surgen, fertilizan eficazmente la superficie del océano y conducen a una fuerte productividad biológica".

Michael Dalsin, estudiante de último año de física de Cal Poly, fue el autor principal junto con los coautores Walter y Piero Mazzini, profesor asistente en el Instituto de Ciencias Marinas de Virginia.

"Este estudio sienta las bases para comprender cómo las temperaturas extremas en nuestro océano responderán al cambio climático", dijo Dalsin, un estudiante universitario que ganó múltiples premios por su trabajo en el estudio, incluido un premio estudiantil de la Sociedad Meteorológica Estadounidense (AMS) por su Presentación oral en la reunión anual de 2023 de la organización. El residente de Edina, Minnesota, también fue uno de los 10 estudiantes seleccionados para representar a Cal Poly en el Concurso de Investigación Estudiantil de la Universidad Estatal de California de 2023, donde presentó los resultados del artículo publicado recientemente.

Cuando las temperaturas del océano a lo largo de la costa de California aumentan durante los años de El Niño, como el que se pronostica que tendrá lugar este invierno, los ecosistemas marinos pueden verse gravemente afectados si las temperaturas aumentan demasiado. En el pasado, estas olas de calor marinas han provocado la pérdida de bosques de algas gigantes, mortandades masivas de aves marinas y pesquerías de importancia económica y floraciones de algas nocivas.

En condiciones normales, los vientos alisios, que soplan de este a oeste a lo largo del ecuador del Océano Pacífico, empujan las cálidas aguas superficiales hacia Asia, amontonándolas en el Pacífico occidental. Este año, se espera que los vientos alisios se debiliten o incluso se reviertan. Esto hará que el agua superficial cálida se desplace hacia el este, lo que provocará aguas más cálidas de lo normal en el Pacífico ecuatorial, también conocidas como condiciones de “El Niño”. Esto también puede causar aguas más cálidas de lo normal a lo largo de la costa de California y una reducción del afloramiento de agua fría. Sus impactos climáticos se manifiestan principalmente en los meses de invierno en América del Norte.

El estudio encontró que ciertas condiciones ambientales y el estado del océano (años de El Niño y La Niña, por ejemplo) condujeron a un mayor riesgo de olas de calor y períodos de frío marinos, condiciones que los científicos y administradores ambientales deberán monitorear para preservar y proteger ecosistemas vitales críticos para el océano de California o la Economía Azul. Los investigadores también investigaron la Oscilación Decenal del Pacífico (PDO), un patrón de temperatura a gran escala en el Pacífico Norte que varía en escalas de tiempo de años.

"Existe un alto nivel de confianza en que, debido al cambio climático, los fenómenos de El Niño aumentarán en frecuencia e intensidad", dijo Walter. "Y por eso, si tenemos eventos de El Niño más fuertes en el futuro, esperamos ver olas de calor marinas más frecuentes y extremas y todas las consecuencias que conllevan".

Durante el último gran El Niño en 2015-16, una ola de calor marina de larga duración contribuyó al colapso de los bosques de algas marinas, ricos en especies, en partes de California.

El equipo analizó las temperaturas del océano, de 1978 a 2020, tomadas en una ubicación fija de la costa central cerca de la planta de energía nuclear de Diablo Canyon. Este tipo de datos oceánicos que se remontan a más de cuatro décadas es algo raro, pero se necesitan conjuntos de datos a largo plazo para calcular olas de calor y períodos de frío. Los datos utilizados son exclusivos de la Costa Central y existen debido a la planta de energía.

Junto con las condiciones climáticas y oceánicas variables causadas durante los años de El Niño y La Niña, así como los cambios en la PDO, el estudio encontró que los patrones de surgencias a corto plazo también pueden desencadenar picos de temperatura que pueden causar daños temporales y permanentes a los ecosistemas marinos. El estrés térmico, tanto por calor como por frío, puede afectar significativamente a la acuicultura y la pesca, ambos componentes importantes de la Economía Azul. Según Walter, en el futuro será cada vez más importante comprender cómo los patrones de viento y el calentamiento de la superficie debido al cambio climático afectan las surgencias a lo largo de la costa de California.

El artículo continúa explicando cómo los ambientes marinos costeros de California generalmente no se están calentando tanto como en otras partes del mundo.

"Si no tuviéramos surgencias a lo largo de nuestra costa, veríamos muchas más olas de calor", dijo Walter. “Por lo tanto, el afloramiento está enfriando las regiones cercanas a la costa y provoca que la señal de calentamiento inducida por el clima sea más atenuada. Esto también proporciona un refugio termal para los organismos marinos”.

Dalsin añadió: “Un aspecto fascinante de nuestra investigación es que podemos predecir la probabilidad de que se produzca uno de estos eventos marinos extremos dado el estado de nuestro océano. El estado del océano, determinado por los modos climáticos a gran escala y los vientos ascendentes a escala local, podría utilizarse para pronosticar olas de calor y olas de frío en el futuro”.

La investigación fue apoyada por el Fondo William y Linda Frost de la Facultad de Ciencias y Matemáticas de Cal Poly Bailey.