Cuando pensamos en la atmósfera, solemos centrarnos en lo visible o en sus curiosidades: las nubes, las tormentas o los cielos despejados. Sin embargo, más allá de estas capas familiares se encuentra un mundo prácticamente desconocido: la mesosfera y la termosfera. Estas regiones, ubicadas entre los 50 y 110 kilómetros de altura, son esenciales para comprender fenómenos como el clima extremo, las ondas atmosféricas y los efectos del espacio en la Tierra. Pero debido a sus características únicas, han sido durante décadas un territorio difícil de explorar, ganándose el sobrenombre de “ignorosfera”.
Con este contexto en mente, un equipo japonés ha desarrollado JAWARA, un modelo innovador que combina observaciones y simulaciones para ofrecer una visión sin precedentes de estas capas superiores. Según el artículo publicado en Progress in Earth and Planetary Science, este modelo integra datos atmosféricos desde 2004 hasta 2023, abarcando alturas desde la superficie terrestre hasta los 110 km. Este avance promete revolucionar campos como la predicción climática y la investigación del clima espacial.
La importancia de la ignorosfera
Estudiar la mesosfera y la termosfera siempre ha sido un reto técnico y logístico. Estas capas están demasiado altas para los globos meteorológicos y demasiado bajas para la mayoría de los satélites. Como resultado, la escasez de datos fiables ha limitado nuestra capacidad de entender cómo funcionan y cómo influyen en fenómenos globales.
La ignorosfera está dominada por procesos fascinantes, como las mareas atmosféricas globales y las ondas gravitatorias pequeñas, que afectan tanto la temperatura como los patrones de viento. Por otra parte, desempeña un papel crucial en la forma en que los eventos de clima espacial, como las tormentas solares, impactan la atmósfera terrestre.
“Si podemos comprender mejor estas capas, mejoraríamos nuestra capacidad de responder al cambio climático, extender el tiempo de anticipación de los pronósticos estacionales y avanzar en la comprensión de los fenómenos del clima espacial”, explicó Kaoru Sato, líder del proyecto y profesor en la Universidad de Tokio.
Este avance representa un cambio de paradigma. Antes, los estudios sobre la mesosfera y la termosfera dependían de modelos limitados y datos esporádicos. Ahora, JAWARA ofrece la posibilidad de analizar no solo estas capas superiores, sino también cómo interactúan con las inferiores, generando una visión más completa de la atmósfera como un sistema interconectado.
Metodología detrás de JAWARA
El éxito de JAWARA radica en su sofisticado sistema de asimilación de datos, el JAGUAR-DAS (Japanese Atmospheric General circulation model for the Upper Atmosphere Research – Data Assimilation System). Este sistema combina observaciones de satélites, como los instrumentos MLS y SABER, con simulaciones numéricas de alta resolución. El modelo abarca 124 capas verticales y utiliza un algoritmo de asimilación de datos en cuatro dimensiones (4D-LETKF), que optimiza la precisión sin requerir un costo computacional excesivo.
Entre 2004 y 2023, JAWARA procesó datos cada seis horas, lo que permitió generar una reanálisis completo de la atmósfera neutra. Este enfoque innovador permite identificar patrones estacionales, como el flujo de energía y momento entre capas, y anomalías climáticas como las calentamientos súbitos de la estratosfera (SSW). Estas características lo diferencian de reanálisis anteriores, que no cubrían la mesosfera ni la termosfera.
El diseño del modelo también incluye mejoras significativas en la parametrización de ondas gravitatorias, un elemento clave para representar las dinámicas atmosféricas en estas alturas. Estudios previos habían identificado limitaciones en la representación de estas ondas en modelos de circulación general. JAWARA supera estas limitaciones al integrar observaciones específicas y técnicas avanzadas de modelado.
Resultados destacados
Los resultados obtenidos con JAWARA confirman su validez y utilidad para la comunidad científica. Entre los hallazgos más notables, se encuentran:
- Variaciones estacionales claras en la mesosfera y termosfera. El modelo refleja con precisión fenómenos como la oscilación semianual (SAO) y la oscilación quasi-bienal (QBO), fundamentales para entender el comportamiento atmosférico a gran escala.
- Reproducción precisa de eventos extremos, como los descensos de la estratopausa tras calentamientos súbitos de la estratosfera. Estos eventos, observados principalmente en invierno, generan patrones de enfriamiento y calentamiento que afectan la dinámica de las capas inferiores.
- Conexiones entre hemisferios y entre capas. JAWARA permite analizar cómo los procesos en la mesosfera afectan la estratosfera y, a su vez, el clima en la troposfera, abriendo nuevas posibilidades de estudio para la interacción entre atmósfera y espacio.
Aplicaciones futuras
El impacto potencial de JAWARA no se queda en la investigación básica. Este modelo puede mejorar significativamente las predicciones meteorológicas a mediano y largo plazo, así como proporcionar información clave para mitigar los efectos de fenómenos espaciales extremos. También ofrece oportunidades de colaboración interdisciplinaria entre meteorólogos y físicos espaciales.
“El conjunto de datos resultante, llamado JAWARA, permite realizar análisis detallados de la circulación general de la atmósfera y su estructura jerárquica. […] También esperamos trabajar en colaboración con científicos espaciales para estudiar las interacciones entre la atmósfera y el espacio, particularmente en regiones críticas como la mesosfera y la ionosfera”, concluyó el equipo en su publicación.
Referencias
- Koshin D, Sato K, Watanabe S, Miyazaki K. (2025). The JAGUAR-DAS whole neutral atmosphere reanalysis: JAWARA. Progress in Earth and Planetary Science. DOI: 10.1186/s40645-024-00674-3.
Cortesía de Muy Interesante
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