Monitor Ambiental | Previsión y seguimiento de fenómenos meteorológicos relacionados con el hielo: el enfoque de los Grandes Lagos para la investigación sobre el hielo

Un muro de nieve intensa desciende sobre Buffalo Southtowns durante el primero de dos eventos históricos de nieve con efecto de lago en noviembre de 2014. (Crédito: Shawn Smith / NOAA Weather vía Flickr CC BY 2.0)

La capa de nieve en los Grandes Lagos ofrece muchas oportunidades recreativas y económicas, incluida la pesca en el hielo, el alquiler de motos de nieve y las cuevas de hielo en los lagos. Desafortunadamente, la reducción de la capa de nieve y el aumento de los fenómenos meteorológicos relacionados debido al cambio climático, así como otros factores de estrés ambiental, han puesto en riesgo esas oportunidades.

Históricamente, comprender el clima invernal ha sido difícil principalmente debido a una falta de observaciones y, como resultado, las comunidades de los Grandes Lagos no quedaron preparadas para eventos extremos.

Como investigador científico asociado e investigador principal en el Instituto de Investigación Cooperativa del Gran Lago (CIGLR) de la Universidad de Michigan, Ayumi Fujisaki-Manome ha dedicado su carrera a la investigación y mejora de métodos de predicción climática así como a la supervisión de múltiples proyectos de seguimiento en los Lagos Grandes durante los últimos 14 años.

Después de recibir su doctorado en la Universidad de Tokio, Fujisaki-Manome vino a los Estados Unidos para realizar una beca postdoctoral en la Universidad de Princeton. Allí estudió las interacciones teóricas del hielo y el océano. La pasión de Fujisaki-Manome por su objetivo general de investigación se aseguró durante su segundo posdoctorado en la Universidad de Michigan.

«El objetivo general de mi investigación es mejorar la previsibilidad de fenómenos meteorológicos peligrosos, hielo y océanos o lagos para apoyar a la comunidad y su preparación y resiliencia», explica Fujisaki-Manome.

Investigación sobre los grandes lagos y el hielo costero

La investigación sobre la nieve puede ser exigente para los investigadores debido al clima severo, a menudo causado por nieve efecto lago donde el aire frío se mueve sobre los Grandes Lagos, absorbiendo calor y humedad, lo que provoca que la región sur de la cuenca experimente un aumento de nubes y precipitaciones. La investigación sobre hielo del CIGLR tiene como objetivo comprender estos eventos mediante el estudio de las interacciones entre el hielo, el agua y el clima.

La investigación de Fujisaki-Manome se centra principalmente en la distribución y el espesor del hielo, los patrones espaciales y las temperaturas del agua y el aire en los Grandes Lagos..

Un ejemplo de algunos de los trabajos más recientes de Fujisaki-Manome fue un proyecto colaborativo de CIGLR que involucró la compilación anterior. 140 años de datos sobre la temperatura del aire de varias estaciones costeras para identificar el calentamiento general y la correlación con el Oscilación multidecenal del Atlántico.

Imagen satelital MODIS que muestra la capa de hielo en los Grandes Lagos (88,7%), 28 de febrero de 2015. (Crédito: NOAA Great Lakes CoastWatch)

Además de su investigación con CIGLR, Fujisaki-Manome también trabaja en estrecha colaboración con científicos del Laboratorio de investigación ambiental de los Grandes Lagos sobre el desarrollo de un modelo de nieve para Sistema de pronóstico operativo de los Grandes Lagos de la NOAA (GLOFS), que proporciona pronósticos de 5 días sobre la temperatura del lago, las corrientes y los niveles del agua.

Tradicionalmente, el modelo de pronóstico meteorológico de la NOAA supone que las condiciones de la superficie del lago no han cambiado durante el período de pronóstico. Según Fujisaki-Manome, esta estrategia no tiene en cuenta cómo las condiciones cambiantes del lago afectan la precisión del pronóstico.

Fujisaki-Manome explica: “[Dynamic forecasts are] bastante crítico para los casos de hielo por efecto lago porque hay una masa de aire frío moviéndose sobre el lago, y las condiciones del lago cambian bastante rápidamente a medida que ocurre el enfriamiento, se forma hielo, se mueve el hielo, y esos cambios se pierden en los métodos de pronóstico tradicionales».

En cambio, CIGLR y NOAA implementaron una técnica que combina la red experimental GLOFS y el modelo de predicción del tiempo con mejorar las previsiones de nieve efecto lago.

Monitoreo y colaboración de la nieve

Mejorar la precisión del pronóstico del modelo GLOFS depende de varios métodos de monitoreo que recopilan lago dinámico de invierno datos de superficie. Un método popular de monitoreo del hielo son los datos satelitales, por lo que los científicos pueden evitar trabajar en ambientes helados severos.

«Los datos satelitales son muy útiles para monitorear los patrones espaciales de la capa de nieve». Sin embargo, Fujisaki-Manome advierte: «No es fácil estimar el espesor del hielo basándose en mediciones satelitales».

Otros métodos de seguimiento de la nieve utilizados para recopilar datos de previsión son las mediciones in situ, como el clásico muestreo con barrenas de nieve. Específicamente, en la cuenca occidental del lago Erie, los perfiladores de hielo de aguas poco profundas (sensores de lagos/fondo marino que miran hacia arriba para medir el espesor del hielo) recopilan datos valiosos.

La investigación continua y el mayor desarrollo de métodos de seguimiento garantizarán que GLOFS recopile datos precisos y verificables. Adquirir pronósticos precisos, particularmente para una escala de tiempo estacional y más allá, es un desafío porque la dinámica del clima invernal de los Grandes Lagos varía de un año a otro. La tendencia general es ver una disminución de la nieve con grandes altibajos a lo largo del tiempo, lo que dificulta determinar cómo será la temporada invernal con tres meses de antelación.

Plataforma de observación Grand Marais, Lago Superior. 13 de febrero de 2008. (Crédito: NWS Marquette, MI. vía Flickr CC BY-SA 2.0)

Los investigadores recopilan una gran cantidad de datos y pueden preparar la interfaz GLOFS, pero no siempre pueden determinar qué usuarios la disfrutarán más. En colaboración con científicos de Ciencias Integradas y Evaluación de los Grandes Lagos, la Universidad de Michigan organizó una serie de talleres, entrevistas y grupos focales para ayudar a conectar a los científicos y grupos de usuarios potenciales.

Los talleres comenzaron en 2019 con la Guardia Costera de EE. UU., representantes de la industria y científicos de la NOAA que brindaron comentarios sobre el diseño de la interfaz original. En 2021, los investigadores realizaron entrevistas adicionales con los participantes del taller para evaluar el modelo recientemente rediseñado que integraba comentarios de talleres anteriores. En particular, el nuevo diseño incluyó la incorporación de cobertura espacial y viento además de hielo e información meteorológica.

“Me gusta trabajar con gente fuera de mi área. En mi propio instituto, ya sabes, es muy interdisciplinario. Hay ecólogos, ingenieros, monitores, científicos atmosféricos, oceanógrafos físicos, etc. Así que gran parte de nuestro trabajo es colaborativo y creo que eso es una fortaleza», explica Fujisaki-Manome.

Beneficios de los pronósticos del tiempo de nieve

Pronosticar y monitorear el clima de nieve tiene enormes ventajas para las comunidades circundantes. Es difícil determinar dónde y cuánta nieve caerá, pero las advertencias de clima inestable pueden ayudar a los residentes cercanos a prepararse para posibles peligros.

“Específicamente en el caso de la nieve con efecto lago, puede causar daños a los servicios públicos, cierre de escuelas y mal tráfico. Estos fenómenos de nieve pueden provocar víctimas mortales», subraya Fujisaki-Manome.

Pronosticar con precisión eventos de nieve peligrosos prepara a las personas que viven cerca de los Grandes Lagos para que puedan evaluar adecuadamente los eventos climáticos con efecto lago.

Junto con los pronósticos de fenómenos meteorológicos de nieve, los datos de GLOFS muestran evidencia que sugiere que los Grandes Lagos capa de nieve está disminuyendo. La disminución de la nieve puede ser tan peligrosa como el clima helado debido a la menor capa de nieve, que calienta el agua y libera humedad, acelerando así el efecto lago.

«Por lo tanto, habrá más efectos de lago, que podrían ser lluvia en lugar de nieve. Pero si llueve helada, es más peligroso que la nieve. La lluvia helada es peligrosa, por lo que habrá cambios de todo tipo. Y no estoy seguro de que estemos todos preparados para ello», explica Fujisaki-Manome.

Menos nieve sugiere futuros cambios culturales y económicos para quienes dependen de ella para sobrevivir el invierno. Un invierno sin nieve significaría que las empresas perderían oportunidades y cesarían las actividades recreativas invernales que requieren nieve. Por ejemplo, las Islas Apóstoles cuevas de hielo sobre el Lago Superior dependen de patrones de viento frío para formarse correctamente.

Las fluctuaciones de la nieve también pueden influir en la forma en que los residentes de las regiones dependientes de la nieve pasan el invierno. De

Récord máximo anual de cobertura de hielo en los Grandes Lagos. (Crédito: Laboratorio de Investigación Ambiental de los Grandes Lagos de la NOAA)

Entre 2018 y 2021, Fujisaki-Manome realizó una investigación en las costas de Alaska y el Océano Ártico para predecir mejor la presencia de hielo en tierra, que es una capa de hielo estable adherida a la costa.

Este hielo es particularmente importante ya que muchos habitantes de Alaska dependen del hielo para el transporte y la caza. Fujisaki-Manome y sus colegas continúan esta investigación, centrándose en la participación de las organizaciones y comunidades fronterizas de Alaska.

Los pronósticos de hielo también afectan la disponibilidad global de recursos en los ecosistemas marinos. En las aguas saladas, hielo marino La formación contribuye a la convección en aguas profundas, a los suministros esenciales de hierro oceánico y a la ventilación en aguas profundas, todos los cuales son importantes para los ecosistemas oceánicos.

Doctor en Filosofía. de Fujisaki-Manome. El estudio se centró en la relación entre la formación de hielo marino en el mar de Okhotsk y la influencia sobre las aguas profundas que suministran hierro oceánico a las aguas intermedias del Océano Pacífico Norte. Una disminución del hierro oceánico altera todo el ecosistema marino, ya que el recurso es esencial para mantener la cadena ecológica.

Conclusión: alcance global del cambio de hielo

Los cambios en el clima invernal impactan no solo en los Grandes Lagos Laurentianos: una variedad de variaciones en la dinámica del hielo pueden estar relacionadas con el cambio climático, en particular la frecuencia y el impacto del hielo en las zonas costeras.

Las zonas afectadas utilizan el pronóstico para preparar al público para las condiciones climáticas y mitigar los riesgos de fenómenos meteorológicos invernales específicos. Pronósticos como GLOFS y el Sistema de predicción del océano costero de Alaska (ALCOFS) están mejorando gracias a la continua investigación de pronóstico por Fujisaki-Manome y otros investigadores.

Para mejorar la precisión, se necesita investigación adicional sobre tendencias de datos anteriores y análisis de nieve más amplios para informar los modelos de pronóstico. El desarrollo de sistemas avanzados de seguimiento del hielo ayudará a los investigadores a adquirir condiciones dinámicas de lagos y mares para realizar predicciones más precisas.

Muestreo de hielo en Green Bay, Lago Michigan. Febrero de 2009. (Crédito: Laboratorio de Investigación Ambiental de los Grandes Lagos de la NOAA vía Flickr CC BY-SA 2.0)