El sistema utiliza cámaras disponibles comercialmente
Un equipo de investigación dirigido por científicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) ha desarrollado un sistema que proporciona información clave sobre la relación entre los aerosoles marinos, el estado del mar y las condiciones atmosféricas. El sistema fue montado en un rompehielos y transportado a través de vastas regiones del Ártico para recopilar y analizar valiosos datos.
Los aerosoles son pequeñas partículas suspendidas en el aire que juegan un importante papel en la formación de nubes, la precipitación y la reflexión de la luz solar hacia el espacio.
Los datos cuantitativos sobre los aerosoles son importantes factores para realizar pronósticos meteorológicos y predicciones del cambio climático. Dependiendo de su composición, tamaño y altitud, los aerosoles pueden influir en el equilibrio energético de nuestro planeta de maneras complejas, ya sea enfriando o calentando la atmósfera.
Los océanos, que cubren más del 70% de la superficie de la Tierra, producen aerosoles marinos, los aerosoles naturales que quizás tengan el mayor impacto en el equilibrio de radiación del planeta.
"Aún no tenemos una idea clara de la cantidad de aerosoles marinos producidos, lo que los convierte en una gran fuente de incertidumbre en los modelos meteorológicos y climáticos", dice Julia Schmale, profesora del Laboratorio de Investigación de Ambientes Extremos de la EPFL-Cátedra Ingvar Kamprad, con sede en Sion.
Ella y un equipo de científicos de otras universidades han desarrollado un novedoso sistema para relacionar la concentración de aerosoles marinos con el estado del océano utilizando cámaras disponibles comercialmente. Su sistema, diseñado para su uso en un barco, puede registrar las concentraciones de aerosoles circundantes, las condiciones atmosféricas y las características de las olas del océano.
El equipo recopiló recientemente su primer conjunto de datos en un barco de investigación en el Océano Ártico.
Imagen: A bordo de este rompehielos se instaló el Laboratorio de Investigación de Entornos Extremos que dio sus primeros resultados. Crédito: EERL
Un sistema de bajo costo que se puede utilizar en diferentes barcos
Para la prueba inaugural de su sistema, los científicos eligieron un rompehielos que navegara por las duras aguas del Ártico (y específicamente los mares de Barents y Kara, cerca del Polo Norte) por una muy buena razón.
"La formación de aerosoles marinos es muy irregular en esta región, en parte porque el hielo marino se está reduciendo y cada vez hay más témpanos individuales flotando y ahora hay más agua abierta", dice Schmale. "Esperamos ver cambios muy significativos en los próximos años".
Hoy en día, la mayoría de los datos sobre aerosoles marinos se recogen mediante satélites o desde observatorios costeros, pero el análisis de estos datos proporciona sólo una parte del panorama. Para llenar los vacíos, el sistema de los científicos también recopila información sobre el estado del mar utilizando dos cámaras estándar montadas en la cubierta del barco.
Estas cámaras proporcionan a los investigadores una visión estereoscópica, permitiéndoles generar imágenes en 3D de la superficie del mar, incluso en aguas agitadas. Los algoritmos analizan los datos sobre las características de las olas (por ejemplo, su altura, inclinación y edad) y los combinan con mediciones de aerosoles y datos sobre las condiciones atmosféricas (por ejemplo, temperatura, precipitación y velocidad del viento).
"Este proceso nos proporciona una excelente resolución temporal de alrededor de un segundo tanto para las mediciones marinas como para las atmosféricas. Antes de poder incorporar estos datos precisos a los modelos climáticos, necesitamos más estudios como el nuestro sobre una variedad de océanos. Las condiciones pueden variar considerablemente según la estación, el clima y la ubicación exacta", dice Schmale.
Imagen: Relación entre los aerosoles atmosféricos y el estado del mar en el océano Ártico
Uso de datos atmosféricos y marinos para estimar las concentraciones de aerosoles
Los hallazgos iniciales del equipo de investigación brindan información sobre qué variables físicas (estado del mar, velocidad del viento y estabilidad atmosférica) afectan la producción de aerosoles marinos en esta parte del Ártico durante el verano.
"Para validar la nueva configuración, el primer paso fue confirmar nuestra suposición de sentido común de que la producción de aerosoles está altamente correlacionada con las condiciones del hielo", dice Schmale. "En otras palabras, se emiten más aerosoles cuando hay relativamente más agua y menos hielo. Y cuando el hielo es compacto, hay muchas menos emisiones directas de aerosoles en verano. Pero podríamos averiguar mucho más".
Los hallazgos también sugieren que las concentraciones de aerosoles marinos están fuertemente influenciadas por la estabilidad de la capa límite marina, que es la capa más baja de la atmósfera sobre el mar. Esta capa experimenta turbulentas corrientes de aire, especialmente cerca de la superficie del agua cuando se forman olas.
Al combinar datos sobre las características de las olas con los de las condiciones atmosféricas, los científicos desarrollaron una fórmula para predecir las concentraciones de aerosoles. ¿Podría esto permitir a los investigadores incorporar con mayor precisión los aerosoles de la espuma marina en sus modelos climáticos?
"Sí, pero primero se necesitan más estudios como el nuestro en distintos océanos", dice Schmale. "Las condiciones pueden variar considerablemente según la estación, el clima y la ubicación exacta".
Por ejemplo, los resultados del Polo Norte no se pueden aplicar al Polo Sur debido a que los vientos en la Antártida son mucho más fuertes. Sin embargo, el sistema de bajo costo y fácil instalación de los científicos podría usarse fácilmente en el futuro en numerosos barcos para recopilar datos de todos los rincones del planeta.
Los hallazgos se han publicado en Atmospheric Environment: Links between atmospheric aerosols and sea state in the Arctic Ocean
