Topología algebraica para predecir puntos de inflexión climáticos

5 ejemplos de elementos de inflexión en el sistema terrestre / Imagen: tipes.dk

Topología algebraica, una valiosa herramienta

 

Un nuevo estudio ha demostrado que la aplicación de la topología algebraica a modelos climáticos podría ayudarnos a predecir el próximo cambio brusco en el clima de la Tierra. El estudio combina dos destacadas teorías sobre el cambio climático: la teoría del caos determinista de Edward Lorenz y el modelo estocástico de la variabilidad climática del ganador del premio Nobel de 2021 Klaus Hasselmann.

 

Cordis / El cambio climático no es algo nuevo. En sus 4500 millones de años de historia, es muy probable que la Tierra haya sido testigo de muchos cambios climáticos repentinos. Entonces ¿están las acciones del ser humano empujando al clima del planeta hacia un nuevo punto de inflexión? Por desgracia, los modelos climáticos actuales no están preparados para decírnoslo.

El estudio combina dos destacadas teorías sobre el cambio climático con herramientas de topología algebraica en un modelo que muestra el clima de la Tierra

Un estudio reciente que cuenta con el apoyo de los proyectos TiPES y CloudCT, financiados con fondos europeos, podría indicar el camino hacia una respuesta. Publicado en la revista «Chaos», el estudio combina dos destacadas teorías sobre el cambio climático con herramientas de topología algebraica en un modelo que muestra el clima de la Tierra, en efecto, sufre transiciones abruptas. El análisis podría ayudar a determinar si nuestro sistema climático en su totalidad está a punto de dar un vuelco como resultado del calentamiento global.

Los científicos aún no saben con certeza cómo evoluciona el clima. «Es uno de los verdaderos misterios sin resolver sobre las ciencias del clima, y ​​estamos intentado desentrañarlo», comenta el catedrático Michael Ghil, autor principal del estudio, de la Escuela Normal Superior de París (Francia), en una nota de prensa publicada en «EurekAlert!».

Las dos principales teorías sobre el cambio climático aludidas son la teoría del caos determinista de Edward Lorenz y el modelo estocástico de la variabilidad climática del ganador del premio Nobel de 2021 Klaus Hasselmann. La primera trata del comportamiento aparentemente aleatorio o impredecible en los sistemas regidos por leyes deterministas (todos hemos oído hablar del efecto mariposa), mientras que la segunda se basa en la hipótesis según la cual todo fluctúa, pero retrocede hasta la media.

 

La incorporación de la topología algebraica

«Anteriormente, en 2008, unimos ambas teorías y mostramos que las cosas se vuelven mucho más interesantes si cuentas tanto con el caos determinista como con las perturbaciones estocásticas», señala Ghil. Esta combinación dio sus frutos en algo llamado «atractor aleatorio» que cambia a lo largo del tiempo. La forma que adopta el atractor aleatorio en un momento específico —que se conoce como «instantánea» – determina el lugar en el que es más probable que vaya a estar el sistema climático. No obstante, los científicos no están seguros de cómo interpretar los cambios del atractor aleatorio a lo largo del tiempo, ni de lo que implica su trayectoria cambiante para nuestra comprensión del clima. Ahí es donde entra la topología algebraica.

Los investigadores estudiaron la cantidad de agujeros del sistema climático en función de un concepto relativamente sencillo: si las figuras geométricas de dos sistemas son similares, entonces tienen el mismo número de agujeros

En el análisis de topología algebraica llevado a cabo, los investigadores estudiaron la cantidad de agujeros del sistema climático en función de un concepto relativamente sencillo: si las figuras geométricas de dos sistemas son similares, entonces tienen el mismo número de agujeros. Tal como se informa en la nota de prensa, la investigación sobre el atractor aleatorio del clima desveló que los agujeros aparecen y desaparecen con el paso del tiempo. Esto implica que el sistema climático experimenta lo que parecen ser cambios instantáneos entre distintos regímenes, lo que, a su vez, sugiere que sufrirán las transiciones abruptas que denominamos puntos de inflexión es inherente al clima de la Tierra.

«Se trata de un método bastante sólido para establecer condiciones críticas en situaciones muy complejas», explica Ghil, en referencia al uso de herramientas de topología algebraica para ayudar a predecir un punto de inflexión climática. «Así que, en mi opinión, debería ser posible utilizar estas herramientas para de veras pronosticar transiciones en un sistema tan complejo como lo es el sistema climático».

Este estudio ha sido coordinado por la Universidad de Copenhague (Dinamarca).

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